小型數(shù)控電火花線切割加工盾構(gòu)機大直徑內(nèi)齒輪

李揚帆

摘 要：隨著社會的發(fā)展，各地域的加工能力不斷加強，以往只出現(xiàn)在北方的大型工件加工，如今在南方也可能會遇到，由于大件工件數(shù)量相對較少，如果購買大型設(shè)備成本較高，以盾構(gòu)機為例，其技術(shù)要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建造難度大，內(nèi)齒圈的齒形就是我們所面臨的嚴(yán)峻問題之一。利用假期前往廣船國際參觀學(xué)習(xí)，正好遇到攻關(guān)小組在解決此問題，通過我們對問題的分析和研究，決定改裝數(shù)控電火花線切割以及制造與其相配合的工裝來加工制造該大直徑內(nèi)齒輪，在后期我們了又解決了鉬絲易斷以及切削液回流難的細(xì)節(jié)問題。最終達(dá)到了加工尺寸精度要求以及降低成本的目的，同時保證了加工制造周期。

關(guān)鍵詞：大直徑內(nèi)齒輪；盾構(gòu)機；數(shù)控電火花線切割

1 加工方案設(shè)計

1.1 加工任務(wù)及加工方法的選擇

盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機，是一種隧道掘進的專用工程機械。盾構(gòu)機其中幾個重要部件的加工難度較大，由于盾構(gòu)機直徑長達(dá)6260mm，所以部分部件也相當(dāng)?shù)拇螅渲形覅⑴c了盾構(gòu)機大直徑內(nèi)齒輪的加工，該齒輪齒頂圓直徑3852mm，齒根圓直徑3930mm，齒數(shù)216，模數(shù)18，壓力角20度，齒厚誤差±0.5mm，毛坯外徑4500mm。齒輪直徑龐大導(dǎo)致加工遇到了一定的困難，內(nèi)齒圈外徑為?4500mm，分度圓直徑為Φ3888mm，就目前公司僅有的ND-4型，最大加工內(nèi)齒直徑?1300mm的滾齒機而言，這么大的內(nèi)齒圈是無法加工的。針對如何加工內(nèi)齒圈齒形這個主題，應(yīng)從何處入手解決，我們提出了以下三個突破口。

經(jīng)過評估，我們依照分?jǐn)?shù)的高低選定方案3“改裝設(shè)備自行研制”作為我們的突破口，通過對小型的數(shù)控電火花線切割機進行改裝來加工大直徑的內(nèi)齒輪。

1.2 機床以及工裝

1.2.1機床的改裝

數(shù)控電火花切割機工作原理是將工作裝夾在數(shù)控工作臺上，利用工作臺移動和鉬絲上下往復(fù)切割工件，線切割機裝有鉬絲的頭部是固定不動的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對如此大內(nèi)齒圈進行切割。我們設(shè)想將帶有鉬絲的頭部裝在工作臺上，通過數(shù)控工作臺的移動帶動頭部鉬絲切割放在工裝架上的內(nèi)齒圈內(nèi)齒。

1.2.2工裝的制作

完成了對機床的改裝之后就是對工件進行裝夾定位的問題，內(nèi)齒輪的毛坯是一個外直徑為4500mm的圓環(huán)。如圖1所示，我們在一個正方形的墊板上的四個角安裝四根支架支撐起毛坯，同時在支架的頂部和側(cè)面裝上調(diào)整螺栓，在螺栓上套上絕緣的膠套，一來可以避免毛坯接地，二來螺栓可以用來校正工件。

這樣一來工件固定住，通過改裝后的數(shù)控線電火花切割機的工作臺帶動鉬絲切割系統(tǒng)移動來切割齒輪，但是單單把數(shù)控電火花線切割擺放在圓環(huán)毛坯里是不夠的，因為齒輪的X軸橫向行程是有限的，不可能加工整一圈的內(nèi)齒，于是我們在正方形平臺上的正中安裝了一個旋轉(zhuǎn)工作臺。將數(shù)控線切割機放在旋轉(zhuǎn)工作臺上，以工作臺中心為軸心旋轉(zhuǎn)工作臺就可以實現(xiàn)齒輪整圈的加工了。

1.2.3設(shè)計傳動機構(gòu)，對內(nèi)齒圈進行分度

1）通過分度頭傳給主軸比為1：40，即分度頭轉(zhuǎn)40圈，主軸轉(zhuǎn)1圈，內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)過216個齒。所以分度頭旋轉(zhuǎn)1圈時，內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)過5.4個齒，我們選擇孔數(shù)為54的法蘭盤，得出要加工出1個齒的話，分度頭只要轉(zhuǎn)過10孔數(shù)就可以了。這樣就解決了分度的問題。

2）帶軸承內(nèi)齒圈的齒數(shù)為106，而需加工內(nèi)齒圈的齒數(shù)為216，為了使能夠按以上所述的方法進行分度。就必須設(shè)計一個傳動齒輪機構(gòu)，我們通過分析按照一定的傳動方案進行，其傳動比為：1/40×20/20×53/54×20/30×30/30×30/40×40/106=1/216。傳動方式依據(jù)齒數(shù)的分解有許多種，我們只是較方便可行性選擇了此種傳動方案。

3）我們對分度方法進行了驗證，在大齒圈的齒坯上劃出內(nèi)齒圈216個齒的分度線，操縱分度手柄空行程對線確認(rèn)，經(jīng)確認(rèn)，分度準(zhǔn)確。

2 加工效果檢查

我們用改裝后的線切割機進行了試切削齒形樣板，樣板固定不動，用裝配在數(shù)控工作臺上的頭部通過其工作臺的移動對齒樣進行切割，之后同樣對切割后的齒形樣板交質(zhì)檢員檢驗。經(jīng)檢測，齒厚：28.27，四齒間的弦長：197.83。其數(shù)據(jù)結(jié)果同改造前切割數(shù)據(jù)是完全一致。

我們按照上述分度方法，指派專門人員進行操作，操縱線切割機加工出單個齒，轉(zhuǎn)動分度手柄，重復(fù)加工出所有內(nèi)齒。為了保證工期，要求24小時連續(xù)作業(yè)。

加工完成后，我們對我們的切削制作進度進行了統(tǒng)計，與實施目標(biāo)進行了對比我們是按照最快的切割速度進行切割，速度為32.5mm2/min，一個齒的表面積為：3378mm2，加工一個齒的時間為：1.83H，加工216個齒所用的時間為：33天。從而在此實施步驟中，我們比目標(biāo)天數(shù)36天減少了3天。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孔振宇，于華，劉晉春.敏捷制造環(huán)境下的線切割CAD/CAM系統(tǒng).中國機械工程出版社，1998年6期.

[2] 上海第二紡織機械廠編.舊機床改裝，2007年 6月.