風(fēng)電主軸軸承鉆孔誤差分析及解決方案

趙樹(shù)巖 陳征強(qiáng) 高忠寶

(1．齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江161005；2．中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司，黑龍江161042)

3.5 MW風(fēng)電主軸軸承的端面孔系加工要求位置度為?0.5 mm以內(nèi)。我公司生產(chǎn)的數(shù)控鉆床在進(jìn)行數(shù)控鉆床驗(yàn)收時(shí)，采用雙鉆削刀架同時(shí)加工工件，加工30件以后出現(xiàn)位置度超差現(xiàn)象。

根據(jù)數(shù)控鉆床上采用雙鉆削刀架加工零件時(shí)出現(xiàn)位置度超差問(wèn)題，分析并建立了誤差分析框圖，如圖1所示。

圖1 誤差分析框圖

1 查找誤差原因

1.1 原始數(shù)據(jù)分析

針對(duì)加工過(guò)程中出現(xiàn)的超差問(wèn)題，收集原始檢測(cè)數(shù)據(jù)并加以分析，通過(guò)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，認(rèn)為影響零件加工位置度的因素有兩項(xiàng)，分別是極半徑R(鉆孔分度圓半徑)和極角α(單孔分度角度)。影響極半徑R的因素見(jiàn)圖2；影響極角α的因素見(jiàn)圖3。

1.2 試驗(yàn)并查找原因

由于零件為多批次，加工時(shí)間長(zhǎng)，工件裝夾、溫度變化等因素所產(chǎn)生的誤差將在試驗(yàn)和分析過(guò)程中進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加消除。以3.5 MW風(fēng)電軸承孔徑?2657 mm±0.35 mm為例進(jìn)行試驗(yàn)，從機(jī)床精度、機(jī)床剛度、鉆削刀具剛度等多方面查找產(chǎn)生鉆孔誤差的原因。

圖2 影響極半徑的因素

圖3 影響極角的因素

1.2.1 從機(jī)床精度方面查找原因

多批次加工零件后，對(duì)機(jī)床進(jìn)行精度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)表1分析結(jié)果顯示，多次加工零件后，機(jī)床的精度仍在合格范圍內(nèi)，也表明機(jī)床的精度誤差不影響加工零件的位置度。

1.2.2 從機(jī)床剛度方面查找原因

試驗(yàn)方法：將刀具取下，用千斤頂代替，通過(guò)加載模擬鉆削進(jìn)給力F，檢測(cè)相關(guān)機(jī)床的變形情況。刀具選型及計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 機(jī)床精度檢測(cè)結(jié)果(單位：mm)

表2 刀具選型及計(jì)算參數(shù)

表3 模擬試驗(yàn)各部分變形檢測(cè)結(jié)果(單位：mm)

表4 刀具精度檢測(cè)(單位：mm)

計(jì)算結(jié)果：鉆削力F=4875 N。

根據(jù)鉆削進(jìn)給力F取最大值(F=5000 N)進(jìn)行模擬加載試驗(yàn)，滑枕伸出400 mm。檢測(cè)各部件變形見(jiàn)表3。

經(jīng)模擬試驗(yàn)檢測(cè)分析，試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)床剛度可以滿足零件加工剛度要求。

1.2.3 從鉆削刀具剛度方面查找原因

通過(guò)對(duì)刀具精度的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，多批次鉆削試驗(yàn)后刀具彎曲變形大，是造成加工孔位置度(TP)超差的重要因素。

2 分析

孔的加工分為淺孔加工和深孔加工兩類，一般規(guī)定孔深與孔徑的比大于5(即Ld>5)為深孔加工。風(fēng)電主軸軸承孔基本都屬于深孔加工。根據(jù)試驗(yàn)，從機(jī)床精度、機(jī)床剛度、鉆削刀具剛度等多方面查找產(chǎn)生鉆孔誤差的原因，最終得出：在反復(fù)、多次鉆削過(guò)程中，由于鉆削刀具長(zhǎng)、鉆削系統(tǒng)剛度改變、排除鐵屑難度大、切削熱不易傳導(dǎo)等因素，導(dǎo)致鉆削刀具發(fā)生嚴(yán)重彎曲變形，造成鉆孔定位不準(zhǔn)，最終加工工件的位置度(TP)超差。

3 解決措施

根據(jù)孔的加工工藝特點(diǎn)，從如下幾個(gè)方面制定措施：

3.1 鉆削冷卻

為避免鉆削熱變形，提高刀具使用壽命，鉆削時(shí)水冷卻十分重要。冷卻參數(shù)見(jiàn)表5。

3.2 鉆孔加工工藝

對(duì)于深孔加工，加工前，應(yīng)先打中心孔，然后鉆導(dǎo)向孔，最后再擴(kuò)孔完成最后要求，不可以用鉆孔刀具直接鉆孔。缺少中心孔及導(dǎo)向孔的定位，造成刀具彎曲變形是加工孔位置度超差的關(guān)鍵因素。

3.3 工藝措施

根據(jù)試驗(yàn)研究，建議采取表6所示的三種不同方案。三種方案的比較見(jiàn)表7。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該數(shù)控鉆床精度、剛度、加工工藝的試驗(yàn)分析，得出加工工藝對(duì)零件加工精度影響重要性。在加工過(guò)程中，該零件孔的位置度超差，主要原因是加工工藝存在問(wèn)題。根據(jù)表7所示三種方案的對(duì)比，我們建議深孔加工應(yīng)先采用1.5D的預(yù)鉆中心及導(dǎo)向孔的工藝方式，控制導(dǎo)向孔深度在20～30 mm，為鉆孔做好中心定位，再更換鉆削刀具，繼續(xù)鉆孔。鉆孔時(shí)，采用帶控溫系統(tǒng)的水冷卻，減少刀具變形，最終滿足鉆孔位置度的要求。

表5 冷卻參數(shù)

表6 三種工藝方案

表7 三種方案的比較