基于大型數(shù)控設(shè)備的電動(dòng)輪轉(zhuǎn)子取軸工藝

楊世英

（國(guó)家能源集團(tuán)準(zhǔn)能設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017100）

電動(dòng)輪大修工作中的電樞軸更換是露天煤礦的主要難點(diǎn)。由于電樞軸和軸孔為過盈配合，在更換時(shí)如果直接使用壓力機(jī)退軸，極易造成電樞軸孔嚴(yán)重拉傷，電機(jī)報(bào)廢。受設(shè)備型號(hào)和技術(shù)制約，此項(xiàng)工作一直外委修理完成，一般需要十幾天，距離遠(yuǎn)、工期長(zhǎng)、費(fèi)用高[1]。國(guó)家能源集團(tuán)準(zhǔn)能設(shè)備維修中心采購(gòu)了大型數(shù)控鏜銑床以后，組織技術(shù)人員進(jìn)行項(xiàng)目攻關(guān)，成功將電動(dòng)輪轉(zhuǎn)子電樞軸內(nèi)壁先鉆削再鏜削至0.2 mm后直接拉出[2]，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，拓展了自修范圍。

1 數(shù)控鏜銑床

TK6516 型數(shù)控精密刨臺(tái)臥式銑鏜床其電氣控制系統(tǒng)搭載西門子840DSL 數(shù)控系統(tǒng)，該電氣系統(tǒng)具有高度的開放性能，搭載的S7－300 邏輯控制器處理快、性能穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于各類精密機(jī)床，機(jī)械部分為五軸四聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。

1）機(jī)床總體結(jié)構(gòu)。機(jī)床總體設(shè)計(jì)布局為縱、橫床身呈T 字型結(jié)構(gòu)，立柱縱向移動(dòng)，工作臺(tái)橫向移動(dòng)，主軸箱上下移動(dòng)，主要部件有立柱、床身、滑座、主軸箱頭、工作臺(tái)回轉(zhuǎn)臺(tái)面、工作臺(tái)滑座、工作臺(tái)床身組成[3－4]。機(jī)床的立柱、滑座、床身、工作臺(tái)面等基礎(chǔ)大件均采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵制造，經(jīng)時(shí)效處理，消除內(nèi)應(yīng)力，整體剛性較好，并具有良好的吸振抗振性能。機(jī)床可實(shí)現(xiàn)5 軸數(shù)控，任意4 軸聯(lián)動(dòng)，x 軸為工作臺(tái)面移動(dòng)，y 軸為主軸箱移動(dòng)，z 軸為立柱縱向移動(dòng)，W 軸為主軸移動(dòng)，B 軸為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2）主軸。機(jī)床的主軸由鏜主軸和銑主軸組成。鏜軸采用38CrMoAlA 優(yōu)質(zhì)合金鋼，經(jīng)多道工序精加工而成，鏜軸表面氮化處理，保證了足夠的硬度，保證了鏜軸的耐磨性。主軸軸承采用轉(zhuǎn)速高、剛性好、精度高的進(jìn)口（FAG/SKF）成組軸承。保證主軸回轉(zhuǎn)精度高、剛度高、壽命長(zhǎng)、噪聲低。鏜軸內(nèi)裝有刀具夾緊裝置，采用夾爪式拉釘結(jié)構(gòu)，刀具拉緊由預(yù)加載荷碟型彈簧組實(shí)現(xiàn)，松刀由液壓驅(qū)動(dòng)，刀具自動(dòng)夾緊安全可靠。主傳動(dòng)為2 檔機(jī)械變速，使主軸獲得1 500 r/min 的無級(jí)調(diào)速，主傳動(dòng)齒輪均為磨削硬齒面齒輪，主傳動(dòng)系統(tǒng)在主軸箱內(nèi)，傳動(dòng)剛性好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳遞扭矩大、維修方便。

3）導(dǎo)軌。機(jī)床的x、y、z、B 軸為靜壓導(dǎo)軌，各靜壓點(diǎn)調(diào)整方便，移動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。全行程全封閉防護(hù)罩，防止異物碰傷導(dǎo)軌，保證機(jī)床內(nèi)部清潔，采用粘貼耐磨鋅基合金導(dǎo)軌板與帖導(dǎo)軌軟帶的復(fù)合導(dǎo)軌形式。

4）進(jìn)給系統(tǒng)。機(jī)床的x 坐標(biāo)、y 坐標(biāo)、z 坐標(biāo)、W坐標(biāo)進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用了預(yù)緊雙螺母滾珠絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，保證了較高的傳動(dòng)精度。機(jī)床的B 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，采用雙齒輪消除間隙的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和齒圈傳動(dòng)，齒輪與齒圈均為硬齒面磨齒H5 級(jí)精度，保證了較高的傳動(dòng)精度。x、y、z、W、B 坐標(biāo)進(jìn)給傳動(dòng)均采用SIEMENS 公司1FT6 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)扭矩大，調(diào)速帶寬，驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)。各進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)控制靈活，能保證各移動(dòng)部件的平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)。

5）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)由供油站集中供油，并有油溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這樣就保證油溫穩(wěn)定，提高了液壓組件的使用壽命和液壓系統(tǒng)的工作可靠性；液壓系統(tǒng)采用全封閉式供油、回油方式，減小油的污染，保證回油迅速，在回油油路上有濾油裝置，保證回油清潔度。潤(rùn)滑系統(tǒng)B、x、y、z 軸均為自動(dòng)定時(shí)定量潤(rùn)滑。

6）操作系統(tǒng)。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)采用西門子840Dsl，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用西門子S120 伺服驅(qū)動(dòng)，控制軸數(shù)為x/y/z/W 4 個(gè)坐標(biāo)軸和SP 1 個(gè)主軸，插補(bǔ)軸數(shù)為四軸插補(bǔ)，PLC 集成了SIMATIC S7，兼容CPU317－2DP/319－3PN/DP。

2 電動(dòng)輪轉(zhuǎn)子取軸工藝

以SF33900 卡車電動(dòng)輪為例，SF33900 電動(dòng)輪電樞由電樞鐵心、電樞繞組、電樞軸組成。電樞繞組長(zhǎng)680 mm，電樞軸長(zhǎng)1 500 mm，繞組內(nèi)電樞軸外徑165 mm[5]。需要先使用鋸床將電樞軸鋸短至720 mm，在使用數(shù)控鏜銑床從兩端分別進(jìn)行鉆削和鏜削加工。一端的加工長(zhǎng)度為360 mm，由于加工長(zhǎng)度較長(zhǎng)，數(shù)控鏜銑床加工時(shí)需要采用分段加工的方法將電樞軸加工至。

2.1 鋸削加工

1）裝夾找正。由于鉆頭和鏜刀桿長(zhǎng)度限制，需要先將電樞軸鋸短至可加工范圍。使用特制的V 型鐵架，將電樞裝夾至鋸床平臺(tái)，使用墊鐵調(diào)整電樞水平度和垂直度至0.5 mm 內(nèi)，避免因鋸削后斷面傾斜導(dǎo)致鉆削時(shí)鉆頭偏心，調(diào)整完成后裝夾緊固。

2）鋸削。鋸削時(shí)合理選擇鋸削速度，以免出現(xiàn)表面凹凸不平。鋸斷后電樞軸兩端距電樞繞組長(zhǎng)度均為20 mm，作為預(yù)留的找正基準(zhǔn)。

2.2 第1 段鉆削和鏜削加工

鋸短后電樞軸加工總長(zhǎng)度720 mm，一端加工長(zhǎng)度360 mm。加工長(zhǎng)度較長(zhǎng)，加工中有2 個(gè)難點(diǎn)：①使用麻花鉆鉆孔時(shí)當(dāng)孔深與孔徑之比大于6∶1 時(shí)，麻花鉆很難將切屑頂離切削區(qū)并排出孔外，切屑很快會(huì)阻塞鉆頭排屑槽，不及時(shí)退鉆，會(huì)造成鉆頭過熱或崩刃，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鉆頭折斷，造成電樞軸報(bào)廢；②鏜桿長(zhǎng)度為300～350 mm，小于待加工孔長(zhǎng)度。為解決這2 個(gè)問題，將電樞軸360 mm 的加工長(zhǎng)度分為2段，第1 段160 mm，第2 段200 mm。

1）裝夾找正。將2 個(gè)φ600 mm 的可調(diào)V 型塊用拉桿固定在鏜銑床工作臺(tái)上，將電樞放置在V 型塊上，使用百分表在電樞軸預(yù)留的基準(zhǔn)位置上測(cè)量，并調(diào)節(jié)V 型塊高度，將電樞軸與機(jī)床x 軸的平行度誤差調(diào)節(jié)至0.03 mm 內(nèi)，并使用特制壓條壓緊[6]。旋轉(zhuǎn)B 軸，調(diào)整電樞軸與z 軸的垂直度誤差至0.03 mm內(nèi)，完成后將B 軸在當(dāng)前角度基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)90°，使用雷尼紹RMP60 測(cè)頭，測(cè)量電樞軸中心機(jī)床坐標(biāo)，并設(shè)置為編程坐標(biāo)零點(diǎn)[7]。

2）鉆削。第1 段加工長(zhǎng)度為160 mm，分別使用φ27 mm、φ34 mm、φ45 m m、φ55 mm、φ68 mm 的高速鋼鉆頭依次鉆孔。鉆孔長(zhǎng)度與孔徑比小于6∶1，采用普通循環(huán)鉆孔即可。

3）鏜削。鉆削完成后軸孔為φ68 mm，依次使用D68－90、D90－120、D120－160、D160－200 的鏜刀桿和鏜頭組合，將電樞軸孔鏜削至164 mm，保留精加工余量。

2.3 第2 段鉆削和鏜削加工

1）鉆削。第2 段加工長(zhǎng)度為200 mm，鉆孔長(zhǎng)度與孔徑比大于6∶1 時(shí)不好退削，需要使用深孔鉆循環(huán)間斷進(jìn)給，有利于斷屑和排屑。

2）鏜削。數(shù)控鏜銑床主軸外徑為φ160 mm，第1段加工完成后內(nèi)孔徑為164 mm，可以將主軸伸入電樞軸孔內(nèi)，解決了鏜桿長(zhǎng)度的限制。依次使用D68－90、D90－120、D120－160、D160－200 的鏜刀桿和鏜頭組合，將電樞軸孔鏜削至164 mm。最后精加工360 mm 長(zhǎng)軸孔至。

2.4 調(diào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子進(jìn)行第3 和第4 段鉆削鏜削加工

當(dāng)?shù)?、第2 段加工完畢后，電動(dòng)輪轉(zhuǎn)子1/2 的電樞軸已加工完畢，此時(shí)需要將工件調(diào)轉(zhuǎn)180°，按上述工藝進(jìn)行裝卡找正、第3 段鉆削鏜削、第4 段鉆削鏜削，方法同上，兩端加工完成后，可直接將剩余直徑0.2 mm 電樞軸壁拉出。

在加工中更換鉆頭及鏜頭時(shí)，根據(jù)鉆頭直徑和鏜孔直徑合理調(diào)整程序中的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，保證加工的效率和質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

1）分析了電動(dòng)輪電樞取軸外委修復(fù)的缺點(diǎn)和原因，詳細(xì)介紹了TK6516 型數(shù)控臥式銑鏜床的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，為該業(yè)務(wù)拓展提供硬件基礎(chǔ)。

2）以SF33900 卡車電動(dòng)輪電樞取軸為例，取軸工藝流程和具體編程程序表明了用TK6516 型數(shù)銑鏜床取軸的可行性。

3）露天設(shè)備的數(shù)字化自主修復(fù)既節(jié)約維修成本，又實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和培養(yǎng)技術(shù)人才，對(duì)智能化礦山建設(shè)有積極推動(dòng)作用。