新型風電增速箱齒圈銷孔制造工藝研究

邊 境 施曉寬 趙廼劍

(①天津中德職業技術學院，天津 300350;②西門子機械傳動天津有限公司，天津 300220)

增速齒輪箱是風力發電系統的一個重要組成裝置［1］，其作用是將葉輪轉動產生的扭矩通過聯軸器傳遞給齒輪箱，再通過齒輪箱內部齒輪副，使輸出轉速增大，并最終連接至發電機［2］。齒圈是連接箱體和扭力臂的核心部件，齒圈的剛度、銷孔位置度誤差和齒形齒向誤差都會影響整個增速齒輪箱的使用壽命。針對銷孔位置度這個工藝難點，本文提出了一種新型的齒圈加工方法，該方法一方面可以有效地保證銷孔位置度，另一方面可以大大提高齒圈的生產效率，這對企業降低生產成本具有重要意義。生產成本。

1 工藝難點分析

齒圈屬于薄壁類零件，端面上分布著32 個φ30H7的銷孔，兩端面共有64 個銷孔。為了使零件有良好的互換性，銷孔對定位圓的位置度往往要求很高，該型號齒圈的位置度為0.08 mm，周邊還分布著11 個φ33 mm 的通孔，如圖1 所示。

目前國內大部分生產廠家均采用立式加工中心進行加工，設定專用工裝將其固定在十字工作臺上［3］。這樣雖然可以保證銷孔的位置度，但由于齒圈兩面均有銷孔，工人還需要將工件進行人工翻轉，重新定位找正，然后完成整個齒圈銷孔的加工。該方法造成工人的勞動強度增大，企業生產效率降低，進而直接增加了

2 新型的齒圈銷孔加工方法

2.1 機床的選擇和工裝的設計

本文采用Heckert 臥式加工中心進行齒圈銷孔的加工，目的是充分利用旋轉工作臺B 軸的快速轉換優勢。該機床的另一個特點是具有兩個工作臺，一個工作臺在機床內部進行加工，另一個工作臺在機床外部進行備料。這樣的方式可以減少占用機床的有效工作時間。臥式加工中心比較適合大型工件的加工，目前風電設備的齒圈均屬于大直徑零件，其外徑可達φ1710 mm，重量為1200 kg，甚至更大。

針對臥式加工中心的特點，專門設計了一副齒圈工裝，如圖2 所示。該工裝左、右、下有3 個擋板，用于固定齒圈，并用6 個螺栓進行鎖緊;下面為齒圈的支撐部分，用于支撐齒圈全部重量;底板采用經過調質的42Cr 材質，與臥式加工中心的工作臺進行定位連接。這樣可以保證齒圈牢固地豎立在工作臺上，便于機床的鉆孔加工。

2.2 CNC 程序設計

由于銷孔位置度只有0.08 mm，故機床在加工之前需要保證工件基準面A 與機床工作臺面有非常高的垂直度。此時，機床采用探頭進行找正和測量，并在CNC系統中編輯了測工件垂直度的程序，如圖3 所示。

并設定IF 程序:

2.3 環境溫度的控制

齒圈屬于薄壁類工件，在溫度發生劇烈變化時，很容易發生變形，進而導致銷孔的位置度超差，造成工件的報廢。故齒圈在加工前，須保證環境室溫在20±2℃的范圍內。工件首件加工時，需進行齒圈的粗加工，即銷孔直接加工到φ29.3 mm，進而進行3D 檢驗，然后根據3D 報告進行銷孔位置度的微調。

3D(三坐標檢驗室)的環境溫度也需要在20 ℃。檢驗前三坐標要進行探針的校正，檢驗時機床加工的首孔需和三坐標保持一致，檢驗過程中禁止在檢驗臺上走動［4］。

在實際加工時，如果現場環境溫度有較大波動，需要進行溫度補償調整。齒圈的材質一般是34CrNiMo6，可以根據以下公式進行溫補Z 計算:

式中:A 為3D 室溫;B 為機床周邊溫度;C 為當前加工的齒圈半徑。

2.4 加工刀具的選擇

刀具的加工效率、剛性、強度、排屑和孔中心定位性能等直接影響著銷孔位置度;因此，在選擇刀具時，需要考慮加工成本、加工質量和加工效率。

在加工φ30H7 的銷孔時，根據機床加工性能和齒圈工裝的特點，本文選用了KSEM290R3WN32M 鉆桿和KSEM2973HPGM 鉆尖，進行銷孔預孔的加工，此時的主軸轉速S=544 r/min，進給量F=245 mm/min;然后采用倒角刀進行孔的倒角加工;最后選用Wohlhaupter 鏜刀進行鏜孔加工，主軸轉速S=1706 r/min，進給量F=153 mm/min。此時，清理銷孔內部切屑并使用內徑三點尺進行測量。

同樣的方法對齒圈反面進行鉆孔加工，加工時注意齒圈反面有三處擋板，要避讓擋板，防止刀具干涉。

使用風槍將工件的冷卻液和切屑清理干凈，并松開工裝上的6 個螺栓，送出機床，并將其送至3D 恒溫24 h 后進行檢驗。根據3D 檢測報告對銷孔位置度進行修正，使其達到最佳狀態，如圖4 所示。

2.5 加工時的注意事項

(1)保證機床周邊溫度和冷卻液溫度的恒定。

(2)加工過程中，不能有中斷，需保證連續、快速地完成整個齒圈的加工。

(3)根據3D 報告，及時調整銷孔位置坐標，使其達到穩定位置度，如圖5 所示。

3 結語

通過改變傳統的加工方式，革新了齒圈的加工工藝。本文提出了一種在臥式加工中心加工齒圈銷孔的新方法，在保證銷孔位置度的前提下，大大提高了生產效率，降低了企業生產成本。該方法已經在工廠實踐中投入應用，并取得了良好的加工效果，具有廣泛的應用前景。

［1］張立勇.大型風電齒輪箱均載性研究及優化［D］.北京:機械科學研究總院，2009.

［2］汪洋.風電增速箱齒圈制造工藝研究［J］.機電產品開發與創新，2011(24):177-178.

［3］宋元廣.1.5MW 增速齒輪箱齒圈銷孔制造工藝技術［J］.重工與起重技術，2013(1):23-24.

［4］杜昭.超大直徑內齒圈的一種加工方法［J］.機械研究與應用，2008(3):50-51.