優化工藝提高大型礦用磨機齒輪加工效率

中信重工機械股份有限公司 （河南洛陽 471039） 趙繼紅

礦用磨機大型化是國內外采礦機械發展的趨勢。大齒輪是礦用磨機中的關鍵傳動件，其加工精度直接影響著磨機的運轉穩定性。近年來，我廠為國內外大型礦用磨機配套生產的大齒輪日趨增多，所生產的大齒輪，直徑多在8m以上，齒長超過900mm，中硬齒面（＞320HBW），齒面表面粗糙度值Ra=3.2μm，精度等級7級。

1.大齒輪加工現狀及存在的問題

（1）大齒輪現有生產流程。鑄造→劃→粗銑結合面→粗車→UT→熱處理→半精銑結合面，鉆結合面孔，把合→半精車→UT→粗滾→劃→精銑結合面→鉗工把合→精車→半精滾（φ16m滾齒機）→梳齒（φ12m梳齒機）→MT→機床對滾（大小齒輪在機床上對滾）→劃→鉆腹板孔及齒輪罩孔。

（2）精梳齒工藝要求。半精滾：φ16m滾齒機齒厚留量1.8!2.0mm；梳齒：齒輪端跳、徑跳找正到0.15mm之內，梳成。

（3）存在問題。φ12m瑞士馬格梳齒機（見圖1）是目前世界上最大的精梳齒機床，具有加工精度高、齒面表面粗糙度好，是我公司精加工大齒輪使用的主力機床。

圖1 瑞士馬格φ12m 梳齒機

但由于梳齒機純機械的“切入/展成法”加工原理和梳齒刀形狀等因素的限制，使得大齒輪加工周期長，達20余天，從而成為影響大齒輪批量加工的“瓶頸”。M30梳齒刀如圖2所示。

針對生產現狀，筆者在公司現有加工設備的基礎上，通過深入挖掘各現有設備的加工能力，優化現有加工工藝，以期提高大齒輪的加工效率。

圖2 M30梳齒刀（材質：H390）

2.改進方案

（1）改進原則。在現有工藝路線的基礎上，運用“多滾少梳”的加工原則，即分別發揮φ16m滾齒機“切削效率高”和φ12m梳齒機“加工精度高”的能力優勢，即通過提高φ16m滾齒機的加工量，減少大齒輪梳齒前的余量，進而減少后續梳齒機的精加工余量，從而提高大齒輪的加工效率，減少加工周期。

（2）方案的設計和實施。針對公司訂購的一批數量為20臺份的M30齒圈，運用“多滾少梳”的加工原則，進行工藝優化。

M30齒圈各技術參數如下。直徑：8130mm；模數：30；壓力角：25°；齒數：276；齒長：900mm；螺旋角：7.5°，右旋；重量：48t；齒面硬度：320～350HBW；齒表面粗糙度值：Ra=3.2μm；精度等級：7級。

（3）加工參數設計如表1 所示。

表1

3.方案設計、實施與分析

（1）設計思路：按“逐次減小梳齒前留量，直到試驗出用最小的留量，并還能保證齒圈的精加工質量”的加工思路，分別設計滾齒機加工后的大齒輪齒厚不同留量，即減少梳齒前留量同時還能保證完成齒圈的精加工，以實現提高梳齒機加工效率，縮短加工周期的工藝目的。

（2）具體方案以及實施效果如表2所示。

表2 M30齒圈加工實施狀況

（3）加工效果分析。隨著滾齒機齒厚留量的減少，梳齒機的加工效率大大提高。

需注意的是：由于后續試驗留量越來越少，需更加謹慎，以免因留量越小而易導致齒圈找正后因無加工余量而報廢，第六臺份M30齒圈的加工試驗也證明了這一點。

第六臺份齒圈在φ16 m滾齒機用滾刀加工至齒厚留量為0.3!0.4mm，再轉到φ12m梳齒機上梳齒， 用了4天時間梳成，效率提高80%。但該齒圈兩側齒面雖然全部梳到（因為存在兩臺機床的找正誤差，滾刀、梳齒刀的找正誤差，兩臺機床本身的機床誤差等），但已經到找正極限。

加工成本比較：如果數控滾齒機使用進口的M30機夾刀片滾刀，也可以進行M30齒圈的精加工。但是因為機夾刀片昂貴，加工成本高出很多。

機夾刀片滾刀本體約160萬元左右，一盤刀片有150片，僅刀片費用就約為20萬元，加工一個齒圈需要一盤刀片（雖然每個刀片有4個可換面，但因為精加工需要換刀片2次，基本上滾成后這一盤刀片就耗完3個刃），再加上每次滾刀的消耗費，滾齒的加工成本太高。而梳齒刀成本較低，每把刀在4000～5000元之間，并且可以重磨，相對來說，成本降低了很多。并且經過齒輪檢測數據的對比，梳齒加工的齒圈比滾齒加工的齒圈精度高；經過大、小齒輪對滾試驗后的對比檢查，梳齒加工的齒圈接觸率不用拋磨均直接達到設計要求。

4.結語

（1）為了確保最終能梳出合格的齒圈，建議齒厚留量在0.5～0.6mm較為合適，此時效率可以提高70%；如留量再小，可能會因累積誤差，造成精梳齒余量不夠而使得齒圈報廢。

（2）如果把7臺份作為一組計算，精梳齒相對于精滾齒僅刀具使用費就節省140多萬元，同時生產效率提高。采用“多滾少梳”的加工原則優化現有工藝，充分發揮φ16m滾齒機和φ12m梳齒機的加工能力，在確保大型齒輪加工質量的前提下，大大提高了大型齒輪的加工效率。該工藝方法也適用于其他高精度的大齒輪加工。