用特殊方法加工翻车机大圆弧齿块
2014-07-01周翔
周翔
（四川鸿舰重型机械制造有限责任公司，四川攀枝花617063）
用特殊方法加工翻车机大圆弧齿块
周翔
（四川鸿舰重型机械制造有限责任公司，四川攀枝花617063）
介绍了翻车机扇形齿块用途，以及零件技术要求和结构，通过对其加工工艺性进行分析，选取几种加工方案对比，确定用专门工艺板定位加工，取得了较好技术效果。
特殊方法；加工；翻车机；齿块
0 引言
翻车机是一种用来将装有散料的铁路敞车与转子一起旋转，当转筒旋转一定角度，车内的散状物料在自重作用下卸入地下的机械设备。具有提高生产效率，节约劳动力，改善劳动条件，使卸车作业完全实现机械化和自动化作用。
攀钢烧结厂使用的是“C”型翻车机，由前后C型端环、3个横梁用螺栓组合成一体，端环由钢结构、轨道、传动齿条组成。翻车机转子两端环轨道、齿条分段用螺栓连接，环形轨道起支承导向作用，扇形齿块连接成齿圈起传递动力作用，与传动装置的小齿轮啮合，受小齿轮的驱动往返旋转完成翻车机的翻卸动作。
翻车机齿块使用频率高，承受载荷大，损坏更换频繁。但因外形尺寸大，超出一般设备加工能力，因此采取外委加工。但是外委制造周期长，运输成本高，维修不便，不能满足生产需求，因此实现自产化才能解决上述问题。
1 零件分析
1.1 零件技术要求
零件如图1。材料ZG35CrMo，调质处理硬度220～270HB。齿块内径φ7 250 mm，齿顶圆外径φ7 640 mm，齿宽170mm，两侧面夹角18.9°，5-φ27中心距φ7350 mm，模数Mn=20 mm，完整齿数Z=380，齿块有效齿数Z=20，压力角α=20°，螺旋角β=0°，齿顶高系数ha*=1，变位系数ξ=0，固定弦齿高Ha=14.95mm，固定弦齿厚S=27.74 mm。
1.2 零件结构分析
齿块为不完整圆弧，每件扇形齿块是圆环一段，通过5个孔与转子端环联接，多件齿块连成齿圈。应满足以下条件：
1）齿面调质，以提高综合机械性能，保证使用寿命。
图1 齿块零件图
2）5-φ27与齿相对位置正确，保证相邻齿块装配节距相等。
3）每个齿块齿向、节距和齿厚正确，避免发生干涉、振动和冲击。
2 加工工艺性分析
1）内外圆为非整圆，且直径非常大，超出公司立车最大加工直径，无法装夹，难以直接加工外形。
2）齿顶圆超出现有滚齿机最大加工直径范围，不能用滚齿机直接装夹和加工齿形。
3）按划线加工，加工误差大，难以保证齿距和齿形精度。
3 加工方案比较
以公司现有加工设备和加工能力，齿块内外圆尺寸只能用数控铣床进行精确加工。齿形的加工是全部加工难点，经研究有以下6种方案，对其进行分析比较如下：
1）划各齿加工线。用插床或镗床按划线找正，工作台旋转角度，加工质量主要取决于操作者技术水平和工作台旋转精度，用样板检查控制齿形和节距，齿形和累积误差大，齿面粗糙度差。
2）数控铣直接用立铣刀加工齿。由于齿槽尺寸小，使用的铣刀直径相应小，刀刃长度短，不能将整个齿长加工完。
3）数控铣采用平铣刀加工齿。刀轴不能按齿中心夹角自动偏转和确定相应齿槽中心位置。
4）数控铣从端面用立铣刀加工30 mm高一段齿长，作为加工全部齿形的找正基准，插床或镗床按基准齿槽对刀加工剩余齿长部分，存在工作台旋转误差和找正误差，不能保证齿中心位置，分度误差大，上下齿接刀不重合。
5）把工件放在工作台内，镗床或插床工作台回转，每加工完一个齿后，铣刀要左右、前后移动一定距离，因此确定每个齿中心位置计算困难。
6）用工艺板和工艺块找正定位加工。工艺板上工艺块前面与加工齿槽中心线垂直平分。按工艺块找正就直接确定了齿槽中心位置，测量齿厚控制齿深，减少按样板逐个加工产生的累积误差，如图2。
图2 工艺板使用
经过方案对比分析可知，第6种方案操作简单，加工精度高，因此决定采用此方案。
4 技术措施
1）先按划线找正粗加工，用数控铣床加工内外圆，用镗床加工齿槽，提高效率；
2）一次性装夹精加工内外圆和孔，保证齿与把合孔位置精度；
3）用数控铣床直接将5-φ27按φ27H7加工，既保证孔位置精度，又作为内外圆直径间接测量基准，解决了大直径圆弧直径精确测量问题。只需测量加工内圆φ7 250至5-φ27H7孔壁距离（7 350-7 250）/2-27/2=36.5，根据偏差情况调整对刀，从而保证φ7 250准确。以此为基准测量外圆距离（7 640-7 250）/2=195，间接控制外圆尺寸准确；
4）以5-φ27H7为工艺板安装基准，不必在工件其它位置重新加工基准，既减少了加工量，又保证与齿相对位置，相邻齿块装配节距标准；
5）工艺板上5-φ27H7与齿块位置对应，其上安装工艺块的22-φ20H7在每齿中心线上，相邻两销中心线与齿槽中心线垂直平分。按工艺块找正加工一个齿槽后，以相同方法加工其余齿。
5 工艺方案
5.1 齿块粗加工
1）划全线，以不加工面为基准划十字找正线和各面加工线；
2）数控铣床按水平线和十字线找正，粗加工内外圆和上端面、两侧面，单边留余量3 mm；
3）数控铣床以已加工平面为基准粗加工另一端面；
4）划线，在齿端面按已加工面为基准划十字找正线和齿槽中心线；
5）镗床按线找正粗加工齿槽，单边留余量3 mm，用样板检查。
齿块热处理调质硬度为210～240HB。
5.2 工艺板加工
1）数控铣床加工外形；
2）数控铣床加工5-φ27H7定位销孔；
3）数控铣床加工20-φ20H7工艺孔。
5.3 工艺块加工
1）加工外形；
2）加工2-φ20H7定位销孔。
5.4 齿块精加工
1）划全线，以粗加工平面、内圆以及齿形为基准划十字找正线和各面加工线；
2）数控铣床按水平线和十字线找正，精加工内外圆和上端面、两侧面；
3）工件不动，按坐标加工5-φ27H7作内外弧测量基准和工艺板安装基准；
4）翻面以已加工平面为基准加工另一端面；
5）镗床按已加工平面和圆弧找正；
6）先将工艺板和工艺块安装在中间齿槽位置；
7）旋转工作台，用百分表按工艺块前面找直正，确定齿槽中心线角度；左右移动工作台用寻边器按工艺块两侧面找镗杆轴心，确定齿槽中心；
8）主轴左右中心不动，用指形铣刀完成第一齿槽加工，用样板检查槽形；
9）旋转工作台，取下工艺块放在相邻齿槽位置两销上，按上述方法找正，用齿厚卡尺检查，完成第二齿槽加工；
10）依此类推，顺次完成其它齿加工。
6 结语
经过实践证明，该工艺方法能保证尺寸精度满足图纸技术要求，简单易行，不完全依赖机床精度和工人技术水平，解决了用通常机床不能加工难题，从而保障了生产供应。
［1］ 成大先.机械设计手册［M］.5版.北京：化学工业出版社，2007.
［2］ 成大先.机械设计图册［M］.北京：化学工业出版社，2000.
［3］《重型机械标准》编委会.重型机械标准［S］.北京：中国标准出版社，1998.
（编辑：启 迪）
TH 162
B
1002－2333（2014）04－0209－02
周翔（1974—），男，工程师。
2014-01-20
