大型內齒圈高位置度精度銷孔加工方法

張金夢，張琰，陳永祥

重慶齒輪箱有限責任公司 重慶 402260

1 序言

為提高內齒圈與箱體的互換性，提升螺栓安全系數，減小螺栓斷裂風險，對銷孔的位置度精度要求不斷提高，而大型內齒圈自重大，多屬于薄壁件，易變形，對生產加工提出了新的難題。下面以大型風電內齒圈為研究對象，結合零件自身特性，基于理論計算、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

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

3 零件加工技術要求

內齒圈結構尺寸及加工技術要求如圖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。按照傳統方法加工后，利用三坐標以A、B基準建立坐標系，采用極坐標法檢測，位置度為φ0.051～φ0.091mm，銷孔位置度超差。

圖1 內齒圈結構尺寸及加工技術要求

4 優化加工方式

為進一步控制銷孔加工位置精度，通過如下方式進行工藝優化。

4.1 加工變形預控制技術

根據產品實際結構，設計內齒圈專用工裝（見圖2），通過有限元分析，最終確定8點均布定位銷、4點均布限位塊，從而更有利于減小應力集中，控制加工變形。工裝應力分布如圖3所示。

圖2 內齒圈專用工裝

圖3 工裝應力分布

使用此工裝進行吊裝，一方面可有效避免零件因自重過大引起的吊裝變形，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，增強零件整體剛性和穩定性。使用工裝前后內齒圈吊裝位移分布對比如圖4所示。

圖4 使用工裝前后內齒圈吊裝位移分布對比

4.2 對稱錯位加工技術

由于機床（車銑復合中心）工作臺旋轉軸定位精度為±5″，重復定位精度為±2.5″，因而為減小工作臺回轉誤差累積，將加工方式由逐孔加工優化為對稱錯位加工，使加工應力分布對稱化，有效地避免了加工過程中零件的異常變形。兩種加工方式的參數對比見表1。

表1 兩種加工方式的參數對比

4.3 正反面對中技術

內齒圈兩端銷孔要求角度誤差≤0.05°，若按照傳統劃線加工方法，即通過機床引零件中心與某銷孔的延長線到外圓，翻面后通過延長線與外圓交點，確定另一端對應銷孔位置，則找交點時誤差較大，易導致兩端銷孔的角位移偏差較大。

若通過找正板（見圖5）進行找正，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，通過內齒圈上的螺孔擰緊，銷孔定位并找正工裝。②通過兩端銷孔B，找到工裝與銷孔圓心在一條線上的C點位置，并精鏜C孔。③內齒圈翻面，通過找兩個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

優化前后內齒圈兩端銷孔的角位移偏差對比見表2。優化后角位移偏差降低50%～60%。

表2 優化前后內齒圈兩端銷孔的角位移偏差對比 （單位：mm）

4.4 優化檢測評估方式

明確規定以檢測銷孔所在平面與相應止口外圓作為基準，明確內齒圈檢測起始孔，統一銷孔檢測位置和采集點數量，基于最小區域法的評價原則，通過對初始坐標系的旋轉分析、優化初始坐標系下的測量結果，對內齒圈銷孔位置度的檢測進行分度修正，得到符合位置度誤差最小條件的測量數據。優化前后銷孔位置度對比如圖7所示。

圖7 優化前后銷孔位置度對比

5 結果分析

通過加工和檢測方式優化，對同型號內齒圈進行銷孔加工（見圖8），并重新進行檢測，得出銷孔位置度為φ0.029～φ0.055mm，可見優化技術的運用可有效保證大型內齒圈銷孔的高位置度精度要求。

圖8 內齒圈銷孔的加工

6 結束語

該研究屬于國家重點研發計劃項目“傳動鏈關鍵部件優化設計和批量制造工藝及檢測技術”，項目編號2018YFB1501304。通過對銷孔加工方式的改進，不僅保證了銷孔位置度精度，更有利于減小應力集中，控制加工變形，增強零件整體剛性和穩定性，嚴格確保零件的合格率，并可提升加工效率10%～25%。銷孔互換性技術的推廣，有助于風電齒輪箱裝配精度和效率的提升，更便于塔上維修。該加工技術具有廣闊的應用前景。