數(shù)控機(jī)床斷裂齒輪輪齒的焊接修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

張斌 王郴 胡海霞

摘要：數(shù)控機(jī)床齒輪發(fā)生斷裂的情況在行業(yè)內(nèi)屬于較為普遍現(xiàn)象，為了降低企業(yè)運(yùn)行成本，通常在發(fā)生數(shù)控機(jī)床齒輪斷裂時(shí)，使用焊接技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。焊接技術(shù)主要是經(jīng)過(guò)高壓、加熱等方法使兩者間進(jìn)行融合，該技術(shù)通常應(yīng)用于金屬之間或者金屬與非金屬兩者間的連接。基于此，以下對(duì)數(shù)控機(jī)床斷裂齒輪輪齒的焊接修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床斷裂齒輪輪齒;焊接修復(fù)技術(shù);應(yīng)用

引言

近年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控切割機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)控切割機(jī)具有車(chē)削、鉆孔等多種功能，采用滾動(dòng)銑削技術(shù)后，可提高微精度陡度的加工效果。齒輪在機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，滾動(dòng)是最常用的切齒方法。隨著機(jī)械設(shè)備的不斷發(fā)展，微小而精確的零件也占據(jù)了重要位置。加工制造小而精密的零件，不僅要保證高精度，還要實(shí)現(xiàn)快速高效的生產(chǎn)。這在一定程度上對(duì)加工設(shè)備的性能提出了較高的要求，為了滿足這一要求，有必要在數(shù)控切割機(jī)上應(yīng)用滾動(dòng)銑削技術(shù)。

1數(shù)控機(jī)床齒輪輪齒材料特征分析

數(shù)控機(jī)床齒輪輪齒結(jié)構(gòu)材料通常為合金材質(zhì)，包含多種化學(xué)物質(zhì)成分，齒輪輪齒表面硬度是58RC。將國(guó)際焊接協(xié)會(huì)公布的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，并碳當(dāng)量公式進(jìn)行齒輪輪齒焊接特性方面的計(jì)算，可以得知在數(shù)控機(jī)床齒輪輪齒結(jié)構(gòu)材質(zhì)中的碳當(dāng)量約為1.673。這一數(shù)值說(shuō)明齒輪輪齒自身材質(zhì)具有嚴(yán)重的淬硬特征，材料的焊接特性不高，不利于焊接修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用。采用焊接修復(fù)技術(shù)過(guò)程中極易發(fā)生冷裂紋、淬硬組織等現(xiàn)象。由于焊接材料中所含的碳以及金屬元素含量較多，因此，該材質(zhì)通常會(huì)在不高于500攝氏度的溫度區(qū)域內(nèi)有較為穩(wěn)定的特性。同時(shí)，含量較多的碳與金屬元素使得數(shù)控機(jī)床齒輪輪齒之間的液態(tài)與固態(tài)區(qū)間不斷增加，進(jìn)而會(huì)發(fā)生偏析現(xiàn)象，進(jìn)而造成熱裂紋現(xiàn)象，影響齒輪使用性能，使得修復(fù)工作難度不斷增加。

2數(shù)控機(jī)床斷裂齒輪輪齒的焊接修復(fù)技術(shù)

2.1在焊接前進(jìn)行嚴(yán)格預(yù)熱

焊接前，應(yīng)將鏈輪齒溫度預(yù)熱至200 ～ 250 ℃，將冷卻速度降至最低，并降低發(fā)生冷裂紋的可能性。溫度突然變化會(huì)對(duì)晶體的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響，使材料易受傷害，容易產(chǎn)生裂紋，因此在焊接材料之前必須對(duì)材料進(jìn)行一定程度的預(yù)熱，降低溫度突然變化對(duì)材料性能的影響，降低裂紋概率，提高焊接修復(fù)的成功率，從而滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)需求。

2.2數(shù)控縱切機(jī)床滾齒傳動(dòng)

透過(guò)使用鉸鏈連接齒驅(qū)動(dòng)來(lái)源并提高機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)，可將加工材料曲面中的齒復(fù)合材料的運(yùn)動(dòng)鏈用作傳輸鏈，以直接提供傳輸齒加工過(guò)程中運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力和速度當(dāng)然，每個(gè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軸之間也有一個(gè)動(dòng)態(tài)的軸間傳輸鏈，它可以同時(shí)傳遞對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。滾子齒的內(nèi)嚙合運(yùn)動(dòng)是一個(gè)內(nèi)嚙合運(yùn)動(dòng)鏈。它主要是以具有嚴(yán)格相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的多單位運(yùn)動(dòng)結(jié)束的復(fù)合模具運(yùn)動(dòng)。在牙齒制造過(guò)程中，最重要的接觸運(yùn)動(dòng)是刀的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和接觸刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等其他運(yùn)動(dòng)。刀的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是刀的主要運(yùn)動(dòng)，通常以固定速度n（r/min）刀表示。對(duì)于齒之間的軸承，分離運(yùn)動(dòng)是在強(qiáng)制齒輪毛坯和滾子之間保持齒輪運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。在數(shù)控掃描機(jī)床床輥加工中，通常使用兩種控制模式：位置和速度。

2.3刀位軌跡的規(guī)劃

由齒輪嚙合原理可知，面齒輪齒面Σ2是通過(guò)插齒刀的漸開(kāi)線齒面Σs若干次的連續(xù)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)產(chǎn)生的。在面齒輪的插齒加工過(guò)程中，插齒刀沿其旋轉(zhuǎn)軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)切削面齒輪毛坯，每次插削運(yùn)動(dòng)插齒刀齒廓將在面齒輪單側(cè)齒面上產(chǎn)生一條嚙合接觸線，如圖5所示。因此提出將兩齒面間的接觸線作為盤(pán)形砂輪的刀位軌跡，對(duì)面齒輪進(jìn)行磨削，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)包絡(luò)加工面齒輪的目的。

2.4伺服驅(qū)動(dòng)

數(shù)控系統(tǒng)中的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是基于微處理器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)如今已成為數(shù)控機(jī)床等多個(gè)產(chǎn)業(yè)機(jī)械控制中的關(guān)鍵技術(shù)。伺服驅(qū)動(dòng)能夠?qū)π枰刂频膶?duì)象進(jìn)行由外到內(nèi)的劃分，通常被分為位置、電流以及速度這三環(huán)。而其又能夠?qū)ο鄳?yīng)的對(duì)象進(jìn)行位置、速度、力矩這三種控制模式。而這三種控制模式優(yōu)勢(shì)通過(guò)通信、參數(shù)設(shè)置的內(nèi)部或者使用模擬量來(lái)進(jìn)行給定。

2.5焊接后的冷卻處理

在焊后冷卻過(guò)程中，應(yīng)采用慢速冷卻方法或后加熱措施，以避免裂紋，避免影響修復(fù)后的鏈輪齒的使用。焊接完成后，焊接對(duì)象將在一定的溫度下加熱并隔離一段時(shí)間，從而提高焊接接頭處的金屬性能，并消除某些約束對(duì)對(duì)象的負(fù)面影響。焊接后熱處理通常包括三個(gè)過(guò)程：加熱、隔熱和冷卻，它們?cè)诓僮鬟^(guò)程中必須一致且不間斷。

3數(shù)控機(jī)床齒輪輪齒的焊接修復(fù)技術(shù)應(yīng)用策略探析

3.1參數(shù)檢查法

NC機(jī)床的加工質(zhì)量受到參數(shù)的嚴(yán)重影響。如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，將導(dǎo)致操作錯(cuò)誤。同時(shí)，參數(shù)的變化也受到控制面板電池運(yùn)行和外部干擾的影響，使NC系統(tǒng)無(wú)法正常工作，降低了加工精度，影響了加工產(chǎn)品的綜合質(zhì)量。從而表明了參數(shù)在NC機(jī)床運(yùn)行中的重要性。工人應(yīng)使用參數(shù)檢驗(yàn)方法驗(yàn)證數(shù)控機(jī)床內(nèi)部部件的磨損、運(yùn)行和安裝精度，根據(jù)數(shù)控機(jī)床性能變化進(jìn)行故障排除，通過(guò)程序調(diào)整重置結(jié)構(gòu)安裝機(jī)床運(yùn)行參數(shù)，確保數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行，提高加工精度。

3.2采取焊接修復(fù)技術(shù)前需要采取嚴(yán)格的預(yù)熱措施

在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床斷裂齒輪輪齒焊接修復(fù)之前需要提前對(duì)齒輪輪齒進(jìn)行預(yù)熱，并且需要將預(yù)熱溫度調(diào)至200攝氏度至250攝氏度范圍內(nèi)，以確?？梢詫?shí)現(xiàn)最大程度的延緩冷卻速度，減少冷裂紋現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)率。急劇的溫度降低會(huì)對(duì)齒輪輪齒晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極大影響，導(dǎo)致裂紋現(xiàn)象的發(fā)生。在實(shí)施焊接技術(shù)之前開(kāi)展預(yù)熱工作可以降低溫度發(fā)生急劇變化情況，進(jìn)而降低對(duì)齒輪輪齒材料的傷害，減少裂紋發(fā)生機(jī)率，提高焊接修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效率，使修復(fù)后的數(shù)控機(jī)床齒輪輪齒滿足使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3控制焊接施工作業(yè)條件

通過(guò)多次的調(diào)查和實(shí)踐表明，在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過(guò)程中，會(huì)對(duì)其造成影響的因素有很多，其中外界因素主要包括風(fēng)力因素以及外部環(huán)境，所以，想要有效完成鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)，需要不斷優(yōu)化施工條件，降低環(huán)境因素的影響作用。第一，對(duì)焊接環(huán)境溫度情況的人把控。焊接時(shí)，如果周?chē)鷾囟冗^(guò)低，需要以正常焊接溫度為依據(jù)，對(duì)溫度數(shù)值進(jìn)行合理調(diào)整，與設(shè)備操作參數(shù)相一致，同時(shí)對(duì)需要使用的設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱處理，保證設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如此才能進(jìn)行下一步的焊接施工。另外，以前做好焊接方法和焊接位置的確定，選取合適的焊接材料，待達(dá)到焊接作業(yè)要求時(shí)，再進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接施工。第二，控制空氣濕度，盡可能的將區(qū)域濕度控制在90以?xún)?nèi)，如果待焊設(shè)備的發(fā)層比較潮濕，此時(shí)需要提前做好祛除濕熱的準(zhǔn)備工作，保證焊接構(gòu)件表面的干燥性，如此才不會(huì)影響焊接效果。在處理濕熱問(wèn)題的時(shí)候，需要與施工情況相結(jié)合，明確施工現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)和焊接構(gòu)件的具體特征和自身屬性，進(jìn)而做好優(yōu)化控制工作;第三，合理控制施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力情況。其主要控制原理是在原有的風(fēng)力條件下，保障風(fēng)速的穩(wěn)定性，保證焊接條件的穩(wěn)定性。

結(jié)束語(yǔ)

采用焊接修復(fù)技術(shù)可以大大降低企業(yè)設(shè)備的維護(hù)成本。但是，由于影響鏈輪材料的因素，焊接修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用有更多的缺陷，在嚴(yán)重程度較高的情況下，不僅縮短了修復(fù)設(shè)備的壽命，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法工作。最常見(jiàn)的技術(shù)應(yīng)用缺陷是冷裂紋、熱裂紋、偏移等。通過(guò)加強(qiáng)緩慢冷卻和延遲加熱等技術(shù)措施的應(yīng)用，大大降低了開(kāi)裂的可能性，并確保了數(shù)控機(jī)床設(shè)備在應(yīng)用焊接修復(fù)技術(shù)后的正常運(yùn)行和使用。

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