论文部分内容阅读
[摘 要]主要针对我公司改进型采煤机中的零件驱动轮的机械加工工艺方案进行了分析与选定，解决了此类零件在实际加工遇到的一些问题。我公司研发的新型420kW采煤机外牵引驱动轮结构与传统零件相比，此长轴型齿轮摆线齿廓两端轴长较长，传统链轮铣床无法进行装夹。针对此问题，我们提出了多项加工、装夹方案进行了分析，提出合理的解决办法，顺利实现了此零件的加工。保证了生产进度，而且对相似结构的零件加工也起到了一定的借鉴作用。
[关键词]采煤机； 机加工工艺 ；；；驱动轮 ；摆线齿廓
中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0231-01
驱动轮是我公司创新改造的零件之一，也是采煤机行走的动力传动机构的重要组成零件。它位于采煤机左右两端的外牵引部件，将电机产生的动力通过直齿轮传动减速传至此驱动轮，然后再传递至行走轮，从而驱动行走轮转动，使采煤机在工作面上行走。由于本采煤机属于优化改造的新型薄煤层采煤机[1]，结构与传统采煤机有很大的不同，此长轴型驱动轮就是典型代表之一。这也在工艺设计方面提出了一些挑战，首批次试制中不可避免地在某些环节出现问题，对此我们提出了多套加工方案并实施了验证，保证了产品质量。
1 概述
长轴型驱动轮结构与传统驱动轮相比，摆线齿廓两端轴长较长。零件一端为花键，一端为摆线型齿廓，齿廓端轴长为86.5mm，齿廓背端轴长215mm，这种结构为摆线型齿廓的加工造成了因轴端过长而无法稳定装夹的难题。本零件材料为20Cr2Ni4，齿面要求渗碳淬火。齿面渗碳硬化层有效深0.9-1.2，齿面淬火HRC58-62，芯部硬度HRC36-42。齿轮热处理后进行喷丸处理。
2 问题及解决方案
2.1 零件的结构与工艺性分析
本零件属于轴类齿形零件，包括摆线齿廓、花键、内孔、各阶梯排列外圆及径向、轴向相交油孔等，齿廓端轴长为86.5mm，齿廓背端轴长215mm，相对于传统采煤机外牵引部件的盘型驱动轮而言，此零件齿部轴长较大。
就单个结构元素而言，摆线齿廓、花键、内孔、各阶梯排列外圆及径向、轴向相交油孔等均可以以普通的方案进行加工。摆线齿廓由数控铣床输入齿形数据铣削而成；花键由插齿机加工；外圆内孔车床完成，较精密部分可以选择端外磨床等。本零件除了上述基本结构之外最大的特点是拥有较长的齿部轴端，这会造成在加工齿廓时的装夹困难的问题。与传统盘型驱动轮在数控铣床上加工齿部轮廓相同，本零件的齿部需要面向主轴直立着装夹，即齿廓背端的细长轴部需要直立，但齿部背面的轴长达215mm，造成无法稳定装夹零件，也没有准确可靠的基面用于后续加工过程。
2.2 总体工艺路线的确定
首批次试制时我们根据本零件所选用的材料及零件的技术要求，依照传统驱动轮的机械加工工艺路线，初步将工艺路线选择为：
粗车—检验—热处理（正火）--半精车—加工齿形—钳工—热处理（渗碳）--车工拔碳层—热处理（淬火）--精车—磨工—检验—插齿—钳工—完工检验—喷丸处理。
本零件总体的加工路线相对于传统的驱动轮并没有太大改变，遵循着粗加工，正火，加工齿形，渗碳，拔碳层，淬火，然后精加工的方案进行工艺设计[2]。参照对本零件进行的结构分析，此零件的花键、内孔、各阶梯排列外圆及径向、轴向相交油孔等结构元素均可用常规方法进行加工。而摆线齿廓仍需要选择数控设备输入齿形坐标进行加工，并通过使用合适的工装夹具保证其加工过程的顺利实施。
2.3 摆线齿廓的加工方案选择
在用数控加工设备加工摆线齿廓时，需要将齿廓端朝刀具进行装夹。而此驱动轮摆线齿廓两端轴长较长，造成本零件不能稳定牢固地装夹。针对这个问题，我们提出了两种装夹、加工方案。经过与车间数镗、数铣操作工交流，仔细分析对比两种方案的可行性，并进行一定的操作验证后总结如下。
2.3.1使用弯板，在数控镗床上加工
本方案的具体思路为：以齿廓背面为基准，将长轴放进弯板开孔处，并由螺栓把紧以完成装夹过程，并输入齿形坐标数据，以外圆及端面找正，加工出摆线齿形。
此种方案的优点是，装夹牢固；镗床操作工熟悉这种装夹及加工方法，并能够选择合适的切削用量进行加工。此种方案的缺点是，上弯板后零件横向悬空放置，需要将齿间6-M16底孔在镗铣成齿廓前预选钻出，以实现把紧固定，但先定螺纹孔位置，后由螺纹孔的位置定齿廓位置，属于本末倒置[3]，违反了最基本的加工原则，不利于零件质量的保证。且车间的弯板都需要事先将放置长轴端的孔、6-M16螺纹孔加工成，即需要事先改造弯板，增大了工作量。加工成本大。
2.3.2 使用四爪卡盘，在数控铣床上加工
本方案的具体思路为：将四爪卡盘固定在数控铣床的工作台上，以齿廓背面为基准，将此驱动轮立放，四爪卡盘夹紧齿廓背端的细长轴，并输入齿形坐标数据，以外圆及端面找正，加工出摆线齿形。
此种加工方案的优点是：以摆线齿廓背面为基准，先加工齿形，待加工完毕后数控加工6-M16底孔，相对位置精度高；车间现有空闲φ600四爪卡盘状况良好，完全可以使用。此种加工方案的缺点是，由于铣工对四爪卡盘不够熟悉，不能确定四爪卡盘能够提供多大的夹紧力，故一开始会选择较小的切削用量，初步使用会增加一定的加工及准备时间，生产效率低。但通过我们对此零件的技术服务，并与数控铣床师傅一起认真摸索，我们选择了合适的切削用量，顺利实现了此零件的加工。此方案有利于此零件的产品质量，可以保证产品的生产进度，为我单位新型采煤机的顺利生产及投入使用提供有效的保障。
3 结语
经过对此次长轴型驱动轮摆线齿廓的生产中遇到的问题进行加工方案的优化选择，对摆线齿廓装夹方案的分析与验证试验，我们有效保证了该零件机械使用性能，保证了产品的质量，降低了废品率，保障采煤机新结构的顺利实施，并总结了一定的生产经验，为后续生产加工提供了一些有价值的参考。
参考文献
[ 1 ] 闫振东. 新型机械化采掘设备及工艺创新与实践.第1版.北京：煤炭工业出版社.2013.2 P313
[ 2 ] 王先逵. 机械加工工艺手册.第1卷.第2版.北京：机械工业出版社.2006.12 P1-18
[ 3 ] 王先逵. 机械加工工艺手册.第1卷.第2版.北京：机械工业出版社.2006.12 P4-39
作者简介：李生才（1975—— ），学士，高级技师，助理工程师，主要从事技术管理及机械加工工艺方面的工作。
[关键词]采煤机； 机加工工艺 ；；；驱动轮 ；摆线齿廓
中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0231-01
驱动轮是我公司创新改造的零件之一，也是采煤机行走的动力传动机构的重要组成零件。它位于采煤机左右两端的外牵引部件，将电机产生的动力通过直齿轮传动减速传至此驱动轮，然后再传递至行走轮，从而驱动行走轮转动，使采煤机在工作面上行走。由于本采煤机属于优化改造的新型薄煤层采煤机[1]，结构与传统采煤机有很大的不同，此长轴型驱动轮就是典型代表之一。这也在工艺设计方面提出了一些挑战，首批次试制中不可避免地在某些环节出现问题，对此我们提出了多套加工方案并实施了验证，保证了产品质量。
1 概述
长轴型驱动轮结构与传统驱动轮相比，摆线齿廓两端轴长较长。零件一端为花键，一端为摆线型齿廓，齿廓端轴长为86.5mm，齿廓背端轴长215mm，这种结构为摆线型齿廓的加工造成了因轴端过长而无法稳定装夹的难题。本零件材料为20Cr2Ni4，齿面要求渗碳淬火。齿面渗碳硬化层有效深0.9-1.2，齿面淬火HRC58-62，芯部硬度HRC36-42。齿轮热处理后进行喷丸处理。
2 问题及解决方案
2.1 零件的结构与工艺性分析
本零件属于轴类齿形零件，包括摆线齿廓、花键、内孔、各阶梯排列外圆及径向、轴向相交油孔等，齿廓端轴长为86.5mm，齿廓背端轴长215mm，相对于传统采煤机外牵引部件的盘型驱动轮而言，此零件齿部轴长较大。
就单个结构元素而言，摆线齿廓、花键、内孔、各阶梯排列外圆及径向、轴向相交油孔等均可以以普通的方案进行加工。摆线齿廓由数控铣床输入齿形数据铣削而成；花键由插齿机加工；外圆内孔车床完成，较精密部分可以选择端外磨床等。本零件除了上述基本结构之外最大的特点是拥有较长的齿部轴端，这会造成在加工齿廓时的装夹困难的问题。与传统盘型驱动轮在数控铣床上加工齿部轮廓相同，本零件的齿部需要面向主轴直立着装夹，即齿廓背端的细长轴部需要直立，但齿部背面的轴长达215mm，造成无法稳定装夹零件，也没有准确可靠的基面用于后续加工过程。
2.2 总体工艺路线的确定
首批次试制时我们根据本零件所选用的材料及零件的技术要求，依照传统驱动轮的机械加工工艺路线，初步将工艺路线选择为：
粗车—检验—热处理（正火）--半精车—加工齿形—钳工—热处理（渗碳）--车工拔碳层—热处理（淬火）--精车—磨工—检验—插齿—钳工—完工检验—喷丸处理。
本零件总体的加工路线相对于传统的驱动轮并没有太大改变，遵循着粗加工，正火，加工齿形，渗碳，拔碳层，淬火，然后精加工的方案进行工艺设计[2]。参照对本零件进行的结构分析，此零件的花键、内孔、各阶梯排列外圆及径向、轴向相交油孔等结构元素均可用常规方法进行加工。而摆线齿廓仍需要选择数控设备输入齿形坐标进行加工，并通过使用合适的工装夹具保证其加工过程的顺利实施。
2.3 摆线齿廓的加工方案选择
在用数控加工设备加工摆线齿廓时，需要将齿廓端朝刀具进行装夹。而此驱动轮摆线齿廓两端轴长较长，造成本零件不能稳定牢固地装夹。针对这个问题，我们提出了两种装夹、加工方案。经过与车间数镗、数铣操作工交流，仔细分析对比两种方案的可行性，并进行一定的操作验证后总结如下。
2.3.1使用弯板，在数控镗床上加工
本方案的具体思路为：以齿廓背面为基准，将长轴放进弯板开孔处，并由螺栓把紧以完成装夹过程，并输入齿形坐标数据，以外圆及端面找正，加工出摆线齿形。
此种方案的优点是，装夹牢固；镗床操作工熟悉这种装夹及加工方法，并能够选择合适的切削用量进行加工。此种方案的缺点是，上弯板后零件横向悬空放置，需要将齿间6-M16底孔在镗铣成齿廓前预选钻出，以实现把紧固定，但先定螺纹孔位置，后由螺纹孔的位置定齿廓位置，属于本末倒置[3]，违反了最基本的加工原则，不利于零件质量的保证。且车间的弯板都需要事先将放置长轴端的孔、6-M16螺纹孔加工成，即需要事先改造弯板，增大了工作量。加工成本大。
2.3.2 使用四爪卡盘，在数控铣床上加工
本方案的具体思路为：将四爪卡盘固定在数控铣床的工作台上，以齿廓背面为基准，将此驱动轮立放，四爪卡盘夹紧齿廓背端的细长轴，并输入齿形坐标数据，以外圆及端面找正，加工出摆线齿形。
此种加工方案的优点是：以摆线齿廓背面为基准，先加工齿形，待加工完毕后数控加工6-M16底孔，相对位置精度高；车间现有空闲φ600四爪卡盘状况良好，完全可以使用。此种加工方案的缺点是，由于铣工对四爪卡盘不够熟悉，不能确定四爪卡盘能够提供多大的夹紧力，故一开始会选择较小的切削用量，初步使用会增加一定的加工及准备时间，生产效率低。但通过我们对此零件的技术服务，并与数控铣床师傅一起认真摸索，我们选择了合适的切削用量，顺利实现了此零件的加工。此方案有利于此零件的产品质量，可以保证产品的生产进度，为我单位新型采煤机的顺利生产及投入使用提供有效的保障。
3 结语
经过对此次长轴型驱动轮摆线齿廓的生产中遇到的问题进行加工方案的优化选择，对摆线齿廓装夹方案的分析与验证试验，我们有效保证了该零件机械使用性能，保证了产品的质量，降低了废品率，保障采煤机新结构的顺利实施，并总结了一定的生产经验，为后续生产加工提供了一些有价值的参考。
参考文献
[ 1 ] 闫振东. 新型机械化采掘设备及工艺创新与实践.第1版.北京：煤炭工业出版社.2013.2 P313
[ 2 ] 王先逵. 机械加工工艺手册.第1卷.第2版.北京：机械工业出版社.2006.12 P1-18
[ 3 ] 王先逵. 机械加工工艺手册.第1卷.第2版.北京：机械工业出版社.2006.12 P4-39
作者简介：李生才（1975—— ），学士，高级技师，助理工程师，主要从事技术管理及机械加工工艺方面的工作。