風電扭力臂位置度精度提升探討

華剛 高鵬

摘 要：銷孔位置度對風電扭力臂與齒圈的緊固配合有重要影響，扭力臂銷孔加工工藝應具有高可靠性。原有扭力臂銷孔加工工藝忽略機床、刀具和環境的實時影響，無法提升銷孔位置度。為此，增加銷孔試切工序，以便利用銷孔三坐標檢測數據，對加工程序進行分圓直徑補償、同心度補償和擬合圓度補償。試驗結果表明，該方法可有效提升扭力臂銷孔位置度。

關鍵詞：扭力臂;加工;銷孔位置度;程序補償

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A

1 引言

隨著風電行業的迅速發展，風電齒輪箱的生產已經日趨標準化、批量化。扭力臂作為風電齒輪箱和主機艙的連接件，在低速級承受著較大的扭矩，對銷孔加工質量要求更高[1]。我司加工扭力臂的機床為立式加工中心，現有設備使用年限均為8-10年，運行時間長、機床精度呈下滑趨勢，將導致與齒圈結合面的銷孔位置精度超差，所以提升扭力臂銷孔位置度的控制方法迫在眉睫。

在位置精度控制方法研究過程中，古彬宏[2]等通過改變銷孔加工順序，減小加工過程中極角累計誤差，以提高加工質量。姜賓[3]等通過改進和修配鉆模板，提高鉆模板精度，避免因夾具間隙超差引起銷孔位置度超差。張虎[4]等提出基于數控機床定位誤差的數學模型，使定位誤差補償位置可隨時設定。這些研究極大地推動了銷孔位置度控制方法的發展。

本文依據扭力臂銷孔結構的特點，增加了銷孔試切工序，利用銷孔三坐標檢測數據，對銷孔加工程序進行分圓直徑補償、同心度補償和擬合圓度補償，形成有效的銷孔位置度提升控制方法。

2 扭力臂銷孔加工現有工藝

2.1 典型扭力臂的銷孔位置度要求

扭力臂與齒圈結合面上有46個D30JS7的銷孔，要求位置度0.12，基準A為中心軸承安裝孔，銷孔分圓直徑D1860±0.046，如圖1所示。

2.2 常規加工工藝簡介

在立式加工中心中，扭力臂齒圈結合面朝上，壓軸承孔內腔均布四點，兩圓耳處增加浮動支撐。百分表吸附在主軸端面上，校正結合面對點跳動0.02mm，校正左右兩耳孔中心連線與機床X軸一致，壓緊工件，復校各處確認數據。調用雷尼紹探頭采集軸承孔中心坐標，建立工件坐標系原點;采集結合面Z向數值，建立Z向坐標零點。裝夾校正后，加工內容如下：

（1）調用D29底孔鉆加工46個銷孔底孔;

（2）換刀調用D25-37.2倒角銑刀進行孔口倒角;

（3）吹氣清理銷孔底孔內部殘留鐵屑;

（4）調用雷尼紹探頭、復校中心坐標;

（5）調用D29.7半精鏜刀加工銷孔底孔;

（6）調用D30JS7鉸刀，加工銷孔至圖紙尺寸;

（7）清理工件送三坐標等溫測量。

3 銷孔位置度控制方式簡介

我司在進行扭力臂銷孔位置度加工時，主要控制如下幾個關鍵因素：銷孔分圓直徑、銷孔擬合分圓圓度、銷孔擬合分圓與基準軸承孔之間的同心度。通過對這三個關鍵因素的控制，來提升位置度的加工精度，以滿足圖紙要求。其中這三個關鍵因素的初始數據來源于三坐標的檢測（我司檢測扭力臂銷孔位置度常用的三坐標為德國蔡司品牌）。

對批量產品的首件進行試切（即銷孔直徑方向留余量，如D30JS7的銷孔加工到D25），進行三坐標等溫測量，然后根據三坐標出具的試切零件三坐標數據進行數據補償，補償后再加工到位，然后送三坐標進行檢測確認。

4 案例分析

本次選取我司在制的一種大批量扭力臂（圖1）零件作為案例，進行銷孔位置度的加工分析。

4.1 試切加工

采用相同機床及裝夾工裝，加工同一類型零件，將46個D30JS7銷孔加工至D25，其銷孔分布如圖1所示。

4.2 三坐標測量數據

等溫后利用三坐標測量儀獲得銷孔數據，數據如下：

銷孔分圓直徑：D1860.0222;同心度：0.0463（X方向往正方向偏0.0221，Y方向往負方向偏0.007）;擬合分圓圓度：0.0586;銷孔最大位置度0.0962。

4.3 銷孔位置度加工數據補償

（1） 銷孔分圓直徑補償：-0.0222;

（2） 同心度補償：X方向-0.02、Y方向+0.005;

（3） 擬合分圓圓度補償（絕對坐標補償）如表1所示，（表1中僅選取前5個銷孔補償數據作為案例進行展示，其余銷孔補償數據計算方式相同）。

ΔX=理論X坐標-實際X坐標;ΔY=理論Y坐標-實際Y坐標;

4.4 銷孔位置補償加工結果

通過試切銷孔，獲得銷孔位置的三坐標數據，并進行程序補償，將銷孔擴孔至D30JS7，加工后三坐標檢測，數據如下：

銷孔分圓直徑：D1859.996;

同心度：0.0048;

擬合分圓圓度：0.0232;

銷孔最大位置度0.0412。

4.5 數據補償前后兩次加工數據對比

對比程序補償前后銷孔三坐標測量結果如表2所示。

從表格中的數據可以看出，采用控制分圓直徑、同心度、擬合分圓圓度這三個關鍵因素的方式，可以實現扭力臂銷孔位置度的提升。

4.6 注意事項

（1）首次加工試切時，銷孔直徑務必要留加工余量;

（2）兩次加工必須為同一臺機床，不同機床要對應不同的補償數據;

（3）注意三坐標給出的補償數據是以擬合圓心為坐標原點的數據;

（4）批量加工過程中隨著其他因素的變化，出現銷孔位置度超差，需要根據三坐標報告數據及時進行二次調整。

5 結語

綜上所述，本文所提及的這種扭力臂銷孔位置度提升的控制措施，在實際的案例應用中對銷孔位置度質量提升有一定的效果，對于類似扭力臂類零件的銷孔加工具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1] 張文忠.NTK300/31風電機齒輪箱的故障分析與預防[J].內蒙古電力技術，2001（5）：46-47.

[2] 古彬宏，李剛，趙明月.淺談提高零件銷孔的位置度[J].冶金與材料，2015，14：14-20.

[3] 姜賓，魏鮮艷，邢海濤.斜齒輪定位銷孔位置精度的改善方法[J].基層建設，2017，29：12-15.

[4] 張虎，周云飛，唐小琦，等.數控機床定位誤差的軟件補償[J].華中科技大學學報，2001，4，29：56-58.