优化工艺提高大型矿用磨机齿轮加工效率

中信重工机械股份有限公司 （河南洛阳 471039） 赵继红

矿用磨机大型化是国内外采矿机械发展的趋势。大齿轮是矿用磨机中的关键传动件，其加工精度直接影响着磨机的运转稳定性。近年来，我厂为国内外大型矿用磨机配套生产的大齿轮日趋增多，所生产的大齿轮，直径多在8m以上，齿长超过900mm，中硬齿面（＞320HBW），齿面表面粗糙度值Ra=3.2μm，精度等级7级。

1.大齿轮加工现状及存在的问题

（1）大齿轮现有生产流程。铸造→划→粗铣结合面→粗车→UT→热处理→半精铣结合面，钻结合面孔，把合→半精车→UT→粗滚→划→精铣结合面→钳工把合→精车→半精滚（φ16m滚齿机）→梳齿（φ12m梳齿机）→MT→机床对滚（大小齿轮在机床上对滚）→划→钻腹板孔及齿轮罩孔。

（2）精梳齿工艺要求。半精滚：φ16m滚齿机齿厚留量1.8!2.0mm；梳齿：齿轮端跳、径跳找正到0.15mm之内，梳成。

（3）存在问题。φ12m瑞士马格梳齿机（见图1）是目前世界上最大的精梳齿机床，具有加工精度高、齿面表面粗糙度好，是我公司精加工大齿轮使用的主力机床。

图1 瑞士马格φ12m 梳齿机

但由于梳齿机纯机械的“切入/展成法”加工原理和梳齿刀形状等因素的限制，使得大齿轮加工周期长，达20余天，从而成为影响大齿轮批量加工的“瓶颈”。M30梳齿刀如图2所示。

针对生产现状，笔者在公司现有加工设备的基础上，通过深入挖掘各现有设备的加工能力，优化现有加工工艺，以期提高大齿轮的加工效率。

图2 M30梳齿刀（材质：H390）

2.改进方案

（1）改进原则。在现有工艺路线的基础上，运用“多滚少梳”的加工原则，即分别发挥φ16m滚齿机“切削效率高”和φ12m梳齿机“加工精度高”的能力优势，即通过提高φ16m滚齿机的加工量，减少大齿轮梳齿前的余量，进而减少后续梳齿机的精加工余量，从而提高大齿轮的加工效率，减少加工周期。

（2）方案的设计和实施。针对公司订购的一批数量为20台份的M30齿圈，运用“多滚少梳”的加工原则，进行工艺优化。

M30齿圈各技术参数如下。直径：8130mm；模数：30；压力角：25°；齿数：276；齿长：900mm；螺旋角：7.5°，右旋；重量：48t；齿面硬度：320～350HBW；齿表面粗糙度值：Ra=3.2μm；精度等级：7级。

（3）加工参数设计如表1 所示。

表1

3.方案设计、实施与分析

（1）设计思路：按“逐次减小梳齿前留量，直到试验出用最小的留量，并还能保证齿圈的精加工质量”的加工思路，分别设计滚齿机加工后的大齿轮齿厚不同留量，即减少梳齿前留量同时还能保证完成齿圈的精加工，以实现提高梳齿机加工效率，缩短加工周期的工艺目的。

（2）具体方案以及实施效果如表2所示。

表2 M30齿圈加工实施状况

（3）加工效果分析。随着滚齿机齿厚留量的减少，梳齿机的加工效率大大提高。

需注意的是：由于后续试验留量越来越少，需更加谨慎，以免因留量越小而易导致齿圈找正后因无加工余量而报废，第六台份M30齿圈的加工试验也证明了这一点。

第六台份齿圈在φ16 m滚齿机用滚刀加工至齿厚留量为0.3!0.4mm，再转到φ12m梳齿机上梳齿， 用了4天时间梳成，效率提高80%。但该齿圈两侧齿面虽然全部梳到（因为存在两台机床的找正误差，滚刀、梳齿刀的找正误差，两台机床本身的机床误差等），但已经到找正极限。

加工成本比较：如果数控滚齿机使用进口的M30机夹刀片滚刀，也可以进行M30齿圈的精加工。但是因为机夹刀片昂贵，加工成本高出很多。

机夹刀片滚刀本体约160万元左右，一盘刀片有150片，仅刀片费用就约为20万元，加工一个齿圈需要一盘刀片（虽然每个刀片有4个可换面，但因为精加工需要换刀片2次，基本上滚成后这一盘刀片就耗完3个刃），再加上每次滚刀的消耗费，滚齿的加工成本太高。而梳齿刀成本较低，每把刀在4000～5000元之间，并且可以重磨，相对来说，成本降低了很多。并且经过齿轮检测数据的对比，梳齿加工的齿圈比滚齿加工的齿圈精度高；经过大、小齿轮对滚试验后的对比检查，梳齿加工的齿圈接触率不用抛磨均直接达到设计要求。

4.结语

（1）为了确保最终能梳出合格的齿圈，建议齿厚留量在0.5～0.6mm较为合适，此时效率可以提高70%；如留量再小，可能会因累积误差，造成精梳齿余量不够而使得齿圈报废。

（2）如果把7台份作为一组计算，精梳齿相对于精滚齿仅刀具使用费就节省140多万元，同时生产效率提高。采用“多滚少梳”的加工原则优化现有工艺，充分发挥φ16m滚齿机和φ12m梳齿机的加工能力，在确保大型齿轮加工质量的前提下，大大提高了大型齿轮的加工效率。该工艺方法也适用于其他高精度的大齿轮加工。