大型內(nèi)齒圈高位置度精度銷孔加工方法

張金夢(mèng)，張琰，陳永祥

重慶齒輪箱有限責(zé)任公司 重慶 402260

1 序言

為提高內(nèi)齒圈與箱體的互換性，提升螺栓安全系數(shù)，減小螺栓斷裂風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)銷孔的位置度精度要求不斷提高，而大型內(nèi)齒圈自重大，多屬于薄壁件，易變形，對(duì)生產(chǎn)加工提出了新的難題。下面以大型風(fēng)電內(nèi)齒圈為研究對(duì)象，結(jié)合零件自身特性，基于理論計(jì)算、軟件分析，多角度攻克銷孔加工難題，為裝配精度和效率提供保障。

2 銷孔位置度定義

位置度是一個(gè)形體的軸線或中心平面允許自身位置變動(dòng)的范圍，是限制被測(cè)要素的實(shí)際位置對(duì)理想位置變動(dòng)量的指標(biāo)。理想位置由基準(zhǔn)和理論正確尺寸確定。假設(shè)某孔理想軸心線對(duì)基準(zhǔn)平面X、Y軸的坐標(biāo)值為（a，b），實(shí)際軸心線對(duì)基準(zhǔn)平面X、Y軸的坐標(biāo)值為（x，y），則該孔實(shí)際位置對(duì)理想位置的偏離量為（fx，fy），即fx＝x－a，fy＝y(tǒng)－b，則該孔實(shí)際軸心線的位置度誤差值

3 零件加工技術(shù)要求

內(nèi)齒圈結(jié)構(gòu)尺寸及加工技術(shù)要求如圖1所示。銷孔位置度要求φ0.08mm，兩面均布，在同一剖面角度差≤0.05°，要求表面粗糙度值Ra=1.6μm。按照傳統(tǒng)方法加工后，利用三坐標(biāo)以A、B基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，采用極坐標(biāo)法檢測(cè)，位置度為φ0.051～φ0.091mm，銷孔位置度超差。

圖1 內(nèi)齒圈結(jié)構(gòu)尺寸及加工技術(shù)要求

4 優(yōu)化加工方式

為進(jìn)一步控制銷孔加工位置精度，通過(guò)如下方式進(jìn)行工藝優(yōu)化。

4.1 加工變形預(yù)控制技術(shù)

根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)內(nèi)齒圈專用工裝（見(jiàn)圖2），通過(guò)有限元分析，最終確定8點(diǎn)均布定位銷、4點(diǎn)均布限位塊，從而更有利于減小應(yīng)力集中，控制加工變形。工裝應(yīng)力分布如圖3所示。

圖2 內(nèi)齒圈專用工裝

圖3 工裝應(yīng)力分布

使用此工裝進(jìn)行吊裝，一方面可有效避免零件因自重過(guò)大引起的吊裝變形，使得最大變形由0.059mm減小至0.034mm；另一方面可提高操作人員裝夾找正的效率，增強(qiáng)零件整體剛性和穩(wěn)定性。使用工裝前后內(nèi)齒圈吊裝位移分布對(duì)比如圖4所示。

圖4 使用工裝前后內(nèi)齒圈吊裝位移分布對(duì)比

4.2 對(duì)稱錯(cuò)位加工技術(shù)

由于機(jī)床（車銑復(fù)合中心）工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸定位精度為±5″，重復(fù)定位精度為±2.5″，因而為減小工作臺(tái)回轉(zhuǎn)誤差累積，將加工方式由逐孔加工優(yōu)化為對(duì)稱錯(cuò)位加工，使加工應(yīng)力分布對(duì)稱化，有效地避免了加工過(guò)程中零件的異常變形。兩種加工方式的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 兩種加工方式的參數(shù)對(duì)比

4.3 正反面對(duì)中技術(shù)

內(nèi)齒圈兩端銷孔要求角度誤差≤0.05°，若按照傳統(tǒng)劃線加工方法，即通過(guò)機(jī)床引零件中心與某銷孔的延長(zhǎng)線到外圓，翻面后通過(guò)延長(zhǎng)線與外圓交點(diǎn)，確定另一端對(duì)應(yīng)銷孔位置，則找交點(diǎn)時(shí)誤差較大，易導(dǎo)致兩端銷孔的角位移偏差較大。

若通過(guò)找正板（見(jiàn)圖5）進(jìn)行找正，則可提高翻面角度精度。找正原理如圖6所示，找正方法為：①精鏜一端銷孔，找正工裝，通過(guò)內(nèi)齒圈上的螺孔擰緊，銷孔定位并找正工裝。②通過(guò)兩端銷孔B，找到工裝與銷孔圓心在一條線上的C點(diǎn)位置，并精鏜C孔。③內(nèi)齒圈翻面，通過(guò)找兩個(gè)C處銷孔，確定直線CC的位置，即保證兩面中心重合。

圖5 找正板

圖6 找正原理

優(yōu)化前后內(nèi)齒圈兩端銷孔的角位移偏差對(duì)比見(jiàn)表2。優(yōu)化后角位移偏差降低50%～60%。

表2 優(yōu)化前后內(nèi)齒圈兩端銷孔的角位移偏差對(duì)比 （單位：mm）

4.4 優(yōu)化檢測(cè)評(píng)估方式

明確規(guī)定以檢測(cè)銷孔所在平面與相應(yīng)止口外圓作為基準(zhǔn)，明確內(nèi)齒圈檢測(cè)起始孔，統(tǒng)一銷孔檢測(cè)位置和采集點(diǎn)數(shù)量，基于最小區(qū)域法的評(píng)價(jià)原則，通過(guò)對(duì)初始坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)分析、優(yōu)化初始坐標(biāo)系下的測(cè)量結(jié)果，對(duì)內(nèi)齒圈銷孔位置度的檢測(cè)進(jìn)行分度修正，得到符合位置度誤差最小條件的測(cè)量數(shù)據(jù)。優(yōu)化前后銷孔位置度對(duì)比如圖7所示。

圖7 優(yōu)化前后銷孔位置度對(duì)比

5 結(jié)果分析

通過(guò)加工和檢測(cè)方式優(yōu)化，對(duì)同型號(hào)內(nèi)齒圈進(jìn)行銷孔加工（見(jiàn)圖8），并重新進(jìn)行檢測(cè)，得出銷孔位置度為φ0.029～φ0.055mm，可見(jiàn)優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用可有效保證大型內(nèi)齒圈銷孔的高位置度精度要求。

圖8 內(nèi)齒圈銷孔的加工

6 結(jié)束語(yǔ)

該研究屬于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“傳動(dòng)鏈關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計(jì)和批量制造工藝及檢測(cè)技術(shù)”，項(xiàng)目編號(hào)2018YFB1501304。通過(guò)對(duì)銷孔加工方式的改進(jìn)，不僅保證了銷孔位置度精度，更有利于減小應(yīng)力集中，控制加工變形，增強(qiáng)零件整體剛性和穩(wěn)定性，嚴(yán)格確保零件的合格率，并可提升加工效率10%～25%。銷孔互換性技術(shù)的推廣，有助于風(fēng)電齒輪箱裝配精度和效率的提升，更便于塔上維修。該加工技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。