數(shù)控機床斷裂齒輪輪齒的焊接修復技術的應用

張斌 王郴 胡海霞

摘要：數(shù)控機床齒輪發(fā)生斷裂的情況在行業(yè)內(nèi)屬于較為普遍現(xiàn)象，為了降低企業(yè)運行成本，通常在發(fā)生數(shù)控機床齒輪斷裂時，使用焊接技術進行修復。焊接技術主要是經(jīng)過高壓、加熱等方法使兩者間進行融合，該技術通常應用于金屬之間或者金屬與非金屬兩者間的連接。基于此，以下對數(shù)控機床斷裂齒輪輪齒的焊接修復技術的應用進行了探討，以供參考。

關鍵詞：數(shù)控機床斷裂齒輪輪齒;焊接修復技術;應用

引言

近年來，隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展，數(shù)控切割機得到了廣泛的應用。數(shù)控切割機具有車削、鉆孔等多種功能，采用滾動銑削技術后，可提高微精度陡度的加工效果。齒輪在機械設備傳動系統(tǒng)中廣泛應用，滾動是最常用的切齒方法。隨著機械設備的不斷發(fā)展，微小而精確的零件也占據(jù)了重要位置。加工制造小而精密的零件，不僅要保證高精度，還要實現(xiàn)快速高效的生產(chǎn)。這在一定程度上對加工設備的性能提出了較高的要求，為了滿足這一要求，有必要在數(shù)控切割機上應用滾動銑削技術。

1數(shù)控機床齒輪輪齒材料特征分析

數(shù)控機床齒輪輪齒結(jié)構材料通常為合金材質(zhì)，包含多種化學物質(zhì)成分，齒輪輪齒表面硬度是58RC。將國際焊接協(xié)會公布的檢驗標準作為依據(jù)，并碳當量公式進行齒輪輪齒焊接特性方面的計算，可以得知在數(shù)控機床齒輪輪齒結(jié)構材質(zhì)中的碳當量約為1.673。這一數(shù)值說明齒輪輪齒自身材質(zhì)具有嚴重的淬硬特征，材料的焊接特性不高，不利于焊接修復技術的應用。采用焊接修復技術過程中極易發(fā)生冷裂紋、淬硬組織等現(xiàn)象。由于焊接材料中所含的碳以及金屬元素含量較多，因此，該材質(zhì)通常會在不高于500攝氏度的溫度區(qū)域內(nèi)有較為穩(wěn)定的特性。同時，含量較多的碳與金屬元素使得數(shù)控機床齒輪輪齒之間的液態(tài)與固態(tài)區(qū)間不斷增加，進而會發(fā)生偏析現(xiàn)象，進而造成熱裂紋現(xiàn)象，影響齒輪使用性能，使得修復工作難度不斷增加。

2數(shù)控機床斷裂齒輪輪齒的焊接修復技術

2.1在焊接前進行嚴格預熱

焊接前，應將鏈輪齒溫度預熱至200 ～ 250 ℃，將冷卻速度降至最低，并降低發(fā)生冷裂紋的可能性。溫度突然變化會對晶體的微觀結(jié)構產(chǎn)生很大影響，使材料易受傷害，容易產(chǎn)生裂紋，因此在焊接材料之前必須對材料進行一定程度的預熱，降低溫度突然變化對材料性能的影響，降低裂紋概率，提高焊接修復的成功率，從而滿足實際生產(chǎn)過程中的技術需求。

2.2數(shù)控縱切機床滾齒傳動

透過使用鉸鏈連接齒驅(qū)動來源并提高機構運動的認識，可將加工材料曲面中的齒復合材料的運動鏈用作傳輸鏈，以直接提供傳輸齒加工過程中運動所需的動力和速度當然，每個對象的運動軸之間也有一個動態(tài)的軸間傳輸鏈，它可以同時傳遞對象的運動狀態(tài)信息。滾子齒的內(nèi)嚙合運動是一個內(nèi)嚙合運動鏈。它主要是以具有嚴格相對運動關系的多單位運動結(jié)束的復合模具運動。在牙齒制造過程中，最重要的接觸運動是刀的高速旋轉(zhuǎn)運動和接觸刀的旋轉(zhuǎn)運動等其他運動。刀的高速旋轉(zhuǎn)運動是刀的主要運動，通常以固定速度n（r/min）刀表示。對于齒之間的軸承，分離運動是在強制齒輪毛坯和滾子之間保持齒輪運動的運動。在數(shù)控掃描機床床輥加工中，通常使用兩種控制模式：位置和速度。

2.3刀位軌跡的規(guī)劃

由齒輪嚙合原理可知，面齒輪齒面Σ2是通過插齒刀的漸開線齒面Σs若干次的連續(xù)運動包絡產(chǎn)生的。在面齒輪的插齒加工過程中，插齒刀沿其旋轉(zhuǎn)軸線做往復運動來切削面齒輪毛坯，每次插削運動插齒刀齒廓將在面齒輪單側(cè)齒面上產(chǎn)生一條嚙合接觸線，如圖5所示。因此提出將兩齒面間的接觸線作為盤形砂輪的刀位軌跡，對面齒輪進行磨削，進而實現(xiàn)包絡加工面齒輪的目的。

2.4伺服驅(qū)動

數(shù)控系統(tǒng)中的伺服驅(qū)動技術是基于微處理器、網(wǎng)絡技術等技術的基礎上發(fā)展起來的，現(xiàn)如今已成為數(shù)控機床等多個產(chǎn)業(yè)機械控制中的關鍵技術。伺服驅(qū)動能夠?qū)π枰刂频膶ο筮M行由外到內(nèi)的劃分，通常被分為位置、電流以及速度這三環(huán)。而其又能夠?qū)ο鄳膶ο筮M行位置、速度、力矩這三種控制模式。而這三種控制模式優(yōu)勢通過通信、參數(shù)設置的內(nèi)部或者使用模擬量來進行給定。

2.5焊接后的冷卻處理

在焊后冷卻過程中，應采用慢速冷卻方法或后加熱措施，以避免裂紋，避免影響修復后的鏈輪齒的使用。焊接完成后，焊接對象將在一定的溫度下加熱并隔離一段時間，從而提高焊接接頭處的金屬性能，并消除某些約束對對象的負面影響。焊接后熱處理通常包括三個過程：加熱、隔熱和冷卻，它們在操作過程中必須一致且不間斷。

3數(shù)控機床齒輪輪齒的焊接修復技術應用策略探析

3.1參數(shù)檢查法

NC機床的加工質(zhì)量受到參數(shù)的嚴重影響。如果參數(shù)設置不當，將導致操作錯誤。同時，參數(shù)的變化也受到控制面板電池運行和外部干擾的影響，使NC系統(tǒng)無法正常工作，降低了加工精度，影響了加工產(chǎn)品的綜合質(zhì)量。從而表明了參數(shù)在NC機床運行中的重要性。工人應使用參數(shù)檢驗方法驗證數(shù)控機床內(nèi)部部件的磨損、運行和安裝精度，根據(jù)數(shù)控機床性能變化進行故障排除，通過程序調(diào)整重置結(jié)構安裝機床運行參數(shù)，確保數(shù)控機床正常運行，提高加工精度。

3.2采取焊接修復技術前需要采取嚴格的預熱措施

在進行數(shù)控機床斷裂齒輪輪齒焊接修復之前需要提前對齒輪輪齒進行預熱，并且需要將預熱溫度調(diào)至200攝氏度至250攝氏度范圍內(nèi)，以確?？梢詫崿F(xiàn)最大程度的延緩冷卻速度，減少冷裂紋現(xiàn)象的發(fā)生機率。急劇的溫度降低會對齒輪輪齒晶體結(jié)構產(chǎn)生極大影響，導致裂紋現(xiàn)象的發(fā)生。在實施焊接技術之前開展預熱工作可以降低溫度發(fā)生急劇變化情況，進而降低對齒輪輪齒材料的傷害，減少裂紋發(fā)生機率，提高焊接修復技術應用效率，使修復后的數(shù)控機床齒輪輪齒滿足使用技術標準。

3.3控制焊接施工作業(yè)條件

通過多次的調(diào)查和實踐表明，在鋼結(jié)構焊接施工過程中，會對其造成影響的因素有很多，其中外界因素主要包括風力因素以及外部環(huán)境，所以，想要有效完成鋼結(jié)構焊接作業(yè)，需要不斷優(yōu)化施工條件，降低環(huán)境因素的影響作用。第一，對焊接環(huán)境溫度情況的人把控。焊接時，如果周圍溫度過低，需要以正常焊接溫度為依據(jù)，對溫度數(shù)值進行合理調(diào)整，與設備操作參數(shù)相一致，同時對需要使用的設備進行預熱處理，保證設備的運行狀態(tài)，如此才能進行下一步的焊接施工。另外，以前做好焊接方法和焊接位置的確定，選取合適的焊接材料，待達到焊接作業(yè)要求時，再進行鋼結(jié)構焊接施工。第二，控制空氣濕度，盡可能的將區(qū)域濕度控制在90以內(nèi)，如果待焊設備的發(fā)層比較潮濕，此時需要提前做好祛除濕熱的準備工作，保證焊接構件表面的干燥性，如此才不會影響焊接效果。在處理濕熱問題的時候，需要與施工情況相結(jié)合，明確施工現(xiàn)場鋼結(jié)構和焊接構件的具體特征和自身屬性，進而做好優(yōu)化控制工作;第三，合理控制施工現(xiàn)場風力情況。其主要控制原理是在原有的風力條件下，保障風速的穩(wěn)定性，保證焊接條件的穩(wěn)定性。

結(jié)束語

采用焊接修復技術可以大大降低企業(yè)設備的維護成本。但是，由于影響鏈輪材料的因素，焊接修復技術的應用有更多的缺陷，在嚴重程度較高的情況下，不僅縮短了修復設備的壽命，甚至可能導致設備無法工作。最常見的技術應用缺陷是冷裂紋、熱裂紋、偏移等。通過加強緩慢冷卻和延遲加熱等技術措施的應用，大大降低了開裂的可能性，并確保了數(shù)控機床設備在應用焊接修復技術后的正常運行和使用。

參考文獻：

[1]李大慶，趙讓乾，王振.基于通用數(shù)控加工中心的面齒輪磨齒加工分析仿真及試驗[J].現(xiàn)代制造工程，2021（04）：79-82.

[2]劉本剛，張云鵬，趙丹.數(shù)控機床主軸齒輪箱智能潤滑控制方法[J].機械工程與自動化，2020（05）：182+185.

[3]成雪峰.數(shù)控縱切機床滾齒關鍵技術研究[J].內(nèi)燃機與配件，2020（13）：56-57.

[4]王磊，陳彥龍，李智.驅(qū)動輪齒焊接徑向變形的優(yōu)化與預測[J].農(nóng)機化研究，2020，42（01）：48-52.

[5]趙永滿，付威，侯曉曉，胡斌.驅(qū)動輪齒焊接徑向變形的優(yōu)化與預測[J].農(nóng)機化研究，2018，40（03）：160-165.