敞開式硬巖刀盤的加工

（北方重工集團有限公司盾構機分公司，遼寧 沈陽 110141）

一、敞開式硬巖刀盤結構

敞開式硬巖刀盤根據不同的施工要求分體結構也是不同的，主要可分為中心對分式、偏心對分式、中方五分式及中六角分式四種形式（見圖1）。

下面分析的為遼西北項目刀盤，因為直徑較大、根據現場安裝和運輸及刀具布置上的安排選擇了中方五分式結構，分為刀盤上邊塊、刀盤下邊塊、刀盤左邊塊、刀盤右邊塊和刀盤中心塊五部分。本刀盤的分體結構形式必須保證每半連接板連接處必須能和圓，而且必須保證圓的直徑在公差范圍內，為此需要制作工裝工具檢測半徑和角度。本刀盤焊接結構件約124噸，直徑8.53米，因此加工過程要考慮加工的工藝方法，還要考慮選擇機合適的機床和天車的起吊能力，以保證刀盤吊運和加工精度達到設計要求。

二、主要技術要求

（1）刀盤中心塊最終要求每個邊長度為4780mm公差在±0.4mm范圍內，垂直度要求和平行度要求控制在±0.05mm范圍內，粗糙度都要求在Ra3.2μm，對大型工件的加工來說都是較難控制的。（2）各邊塊加工后組對成整園后要求半徑控制在±6范圍內。（3）各刀盤邊塊與刀盤中心塊間連接法蘭的間隙要求控制在0.4mm范圍內，邊塊與邊塊之間的間隙是6.1mm，將來裝配時根據實際情況要填入墊片組。（4）刀盤各邊塊和中心塊間的把和孔數量每個面達2304個，其中有16個φ150銷孔，每個孔位置精度必須準確，不允許出現位置錯誤，否則將無法修復。

三、刀盤的加工

1 工藝路線

為減少焊接變形，保證刀具的安裝軌距半徑，對刀盤的控制要求進行兩次退火處理，對加工面進行初、終兩次加工的工藝方法。考慮到粗加工后是焊接刀座，刀座是加工件如果焊接后再進行退火將影響加工面，導致刀座位置有變，所以兩次退火是不可以的，但為了減少刀座焊接帶來的應力，我們采用震動時效的方式進行去應力。

具體工藝路線為：

①刀盤本體焊接②退火處理③刀盤各瓣初加工④焊接刀座⑤震動時效⑥刀盤各瓣最終加工⑦焊接其余耐磨板、格柵等

2 刀盤中心塊和各個邊塊的加工

①在加工之前需要對工件進行對毛坯的檢查進行劃全線。

首先，要參考刀座孔的尺寸確定十字中心線，避免將來安裝刀座嵌塊無法正常進行，特別是刀座位置并不是對稱于十字中心線的；劃邊塊加工線時還要考慮刀盤半徑R4150，還要考慮刀座孔的位置是否正確。其次，為保證初加工與最終加工能同為一個中心，十字中心線都必須打印沖孔標記。

②加工刀盤中心塊四個法蘭面必須保證精度，并選擇正確的機床。

刀盤中心塊初加工時是邊長為4800mm的正方形，高度為1624mm。為了保證各個平面均在±0.05平行度和垂直度范圍內，需減少裝卡次數，和掉個次數；中心塊選擇在20m數控龍門銑床上進行加工，而邊塊可以選擇在13m數控龍門銑床上加工，一次裝卡即可完成多個面和孔的加工。

③為了將來刀盤各個邊塊能夠組成合格整圓，保證精度，在加工時要求特別控制的方面。

首先，刀盤中心塊在初加工時需要將刀盤法蘭進行刀檢。其次，需要加工A1-A9的形狀為R100深度為3.8mm的圓面，作為加工基準和組對基準面，特別注意的是，這幾個基準面必須選擇在距離刀座孔較遠，不易變形的地方。最后，為了保證刀盤中心塊各個面±0.05的垂直度，特制作了90°角度控制樣板；同時為了保證將來組對時各個邊塊和中心塊法蘭的間隙均勻，也制作了45°角度控制樣板來控制四個邊塊的角度，防止將來組對時無法配置墊片以保證間隙。

④本刀盤加工比較重要的地方就是刀盤各個法蘭面把和孔的加工。

圖1

因為本刀盤上共有兩千多個把和孔，其中有1360個φ39光孔，且要求背面锪平φ70，有928個M36螺紋孔，16個φ150的銷孔需要加工。孔的數量較多，一旦孔位置錯誤將無法修復；所以為保證將來各個邊塊能正確的把和，不能一次性鉆好，采用號鉆的方式加工各個法蘭面上的孔。因為刀盤結構比較復雜，螺紋孔出是死腔，無法進行操作，必須先將光孔鉆好，然后根據光孔的位置來號鉆螺紋孔的位置。中心塊上每個面上都有兩個φ150的銷孔，其中一個是死腔，所以要求中心塊上死腔處的銷孔是被號鉆出來的，另一個銷孔需要先鉆好；所以邊塊也一樣對應中心塊死腔處的銷孔需要先鉆出來。

3 組對是控制刀具軌跡精度的關鍵過程，是刀盤加工的主要目的。

刀盤的初、終加工目的就是滿足組對， 各個邊塊初加工后分別需要和刀盤中心塊組對一次，利用刀座安裝工具進行刀座嵌塊的安裝和焊接，這是確定刀盤刀具軌跡的關鍵。刀盤各個邊塊的組對精度直接影響到刀具的位置，所以要求各個邊塊初加工后組對必須將刀盤法蘭刀檢面朝下平放，調整好垂直和水平，將各邊塊與中心塊組對，要求水平度控制在0.1/1000mm內。同時控制各個邊塊與中心塊連接法蘭面的間隙，然后用工藝螺栓連接把和牢固。

結語

由于敞開式硬巖刀盤的特殊結構類型和性能的特殊要求，刀具軌跡是刀盤質量的核心，刀盤又是整臺掘進機的關鍵，所以刀盤的工藝措施和加工方法則尤為重要。主要采用了數控機床加工滿足精度要求，然后采用人工號孔的方式確保把和精度，利用高科技的先進設備和人工號孔的準確結合，圓滿的高質量的完成了刀盤的加工制造。

[1]趙兵，張啟明.重型機械標準（第一卷）[M].北京：中國標準出版社，1998.