近日，河北省張北縣政府與中國大唐集團(tuán)新能源股份有限公司、中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測有限公司簽訂了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略合作開發(fā)協(xié)議書，總投資約11億元的“一園一館三中心”項(xiàng)目正式落戶張北。

　　據(jù)了解，由大唐集團(tuán)新能源股份有限公司投資10億元人民幣興建的“世界風(fēng)機(jī)博覽園”位于張北西部滿井地區(qū)，總規(guī)模約10萬千瓦，規(guī)劃擬建50個(gè)左右的風(fēng)機(jī)機(jī)位，預(yù)計(jì)2016年底前建設(shè)完成。入園風(fēng)機(jī)優(yōu)先采用國家風(fēng)機(jī)研究檢測中心試驗(yàn)基地檢測后的風(fēng)機(jī)，并為風(fēng)機(jī)制造商提供風(fēng)機(jī)掛網(wǎng)試運(yùn)行、長期運(yùn)行檢測和考核服務(wù)。同時(shí)，投資1億元配套建設(shè)新能源科技館和高水平、高科技含量的運(yùn)行考核、研發(fā)、培訓(xùn)中心,降溫水簾，使其與國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范項(xiàng)目、國家風(fēng)機(jī)研究檢測中心相得益彰，形成集新能源科研示范、檢測認(rèn)證、科普教育培訓(xùn)為一體的張北新能源產(chǎn)業(yè)科技研發(fā)中心。

　　目前，“一園一館三中心”已完成區(qū)域選址，相關(guān)單位正在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、注冊(cè)公司、辦理前期手續(xù)等工作。
排煙風(fēng)機(jī) 屋頂風(fēng)機(jī)

摘要：本文對(duì)地鐵、礦井、電站等領(lǐng)域應(yīng)用的動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)輪轂零件軸孔（與軸之間采用帶鍵過渡配合性質(zhì)）的加工，提出并實(shí)施了一種新的以車床代替磨床的工藝方法。該方法解決了輪轂零件外形尺寸偏大，軸孔加工部位結(jié)構(gòu)尺寸�。痪�度要求高并且為非連續(xù)加工表面的技術(shù)難點(diǎn)。為類似特殊異形工件的精確加工，提供了一個(gè)新的工藝借鑒。能使企業(yè)以低投資，制造高技術(shù)含量、高質(zhì)量、高回報(bào)的產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；異形零件；以車代磨；輪轂軸孔

0 引言
　　以往國產(chǎn)單或雙級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)均為定子靜葉固定或靜葉可調(diào)。為了提高風(fēng)機(jī)的性能和效率，使其具有較寬闊的工作區(qū)域，沈鼓集團(tuán)從丹麥引進(jìn)了動(dòng)葉可調(diào)系列軸流通風(fēng)機(jī)，其技術(shù)含量較高和應(yīng)用前景廣闊。
　　該風(fēng)機(jī)在制造過程中遇到了重要部件轉(zhuǎn)子輪轂的軸孔加工精度和表面質(zhì)量長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)和零部件回用的問題。鑒于產(chǎn)品的重要性和市場需求，我們提出并實(shí)施了一種新的以車床代替磨床的工藝方法，使問題得以解決。
1 問題的提出
　　該系列風(fēng)機(jī)共有九種規(guī)格，見表1。
　　表1給出了其主要特征尺寸和軸孔徑、軸孔長、精度、粗糙度要求等與加工相關(guān)的信息。
　　零件外形結(jié)構(gòu)與加工部位尺寸見圖1。


　　由圖1可知，工件為焊接組成的結(jié)構(gòu)件，外徑尺寸大并且為對(duì)稱球缺形狀，球缺體外表面與內(nèi)壁間有若干動(dòng)葉安裝孔。由波狀腹板把外廓對(duì)稱球缺體與軸孔件組立焊接起來，而中間軸孔直徑相對(duì)較小,因配合性質(zhì)決定了尺寸精度、形狀和位置精度要求高、粗糙度Ra值要求較小，并且輪轂與軸采用過渡配合加鍵聯(lián)接傳遞功率和扭矩。由表1可以看出除QT和16Mn材料，其它材料的切削性能均不佳。此類零件的機(jī)械切削加工有一定難度。
　　根據(jù)工件形狀、尺寸、軸孔的加工安排立式車床加工是合適的。
　　原工藝過程為：半精加工→精車前找正→精車外形和軸孔→插床加工鍵槽→鏜床分別加工動(dòng)葉安裝及調(diào)整孔→粗找平衡→安裝動(dòng)葉及調(diào)整裝置→精找動(dòng)平衡→做標(biāo)記拆分動(dòng)葉和調(diào)整裝置→總裝車間。
　　對(duì)內(nèi)孔部位的加工，因零件外形尺寸大，立車難以靠提高切削速度達(dá)到Ra=1.6的要求；采用光刀車削又必須滿足以下條件才能獲得良好效果。
　　a） 優(yōu)良的刀具（一般為整體高速鋼刀具，由操作者刃磨）；
　　b） 足夠并且合適的切削液；
　　c） 適當(dāng)?shù)那邢饔昧浚?br>　　d） 方便的觀察和必要的工藝加工參數(shù)調(diào)整。
　　但輪轂軸孔中心線必須與立車工作臺(tái)的中心線重合，而外徑尺寸大、孔徑相對(duì)��；精度要求高、孔長又比較大，這為操作者實(shí)施上述內(nèi)容增加了許多困難。這些不利因素造成孔的粗糙度值介于Ra=（3.2～6.4）之間，大多數(shù)偏向于Ra=3.2。一旦孔徑接近下限尺寸，操作者無法再光一刀（過渡配合的公差帶很窄），只好用拋光砂輪修整。這對(duì)形位公差又產(chǎn)生不良影響。因而孔的表面粗糙度和形位公差均不符合圖紙的要求。
　　從上述工藝過程不難看出,車間負(fù)壓風(fēng)機(jī)，孔精加工后轉(zhuǎn)去加工鍵槽，破壞了孔的形狀和位置精度，也必然給總裝帶去困難。但是為了保證孔在立車的精加工又必須先車而后插鍵槽。正是這些因素造成該件孔部合格率不足5%。
2 問題的分析
　　過渡配合是介于過盈配合與間隙配合之間的一種配合。這種配合類型的公差帶范圍很窄，是加工精度中尺寸和表面質(zhì)量控制的難點(diǎn)。
　　如果尺寸精度控制不好將產(chǎn)生間隙或者過盈不是大就是小的情況。這都是該部件不允許發(fā)生的現(xiàn)象。因?yàn)檩嗇炇寝D(zhuǎn)子葉片與軸相連接的中間體。產(chǎn)品性能、轉(zhuǎn)子質(zhì)量都需要輪轂的精度來保證。
　　粗糙度對(duì)配合性質(zhì)有影響，對(duì)間隙配合而言，表面粗糙輪廓的峰頂磨損后,通風(fēng)系統(tǒng)，配合間隙迅速增大；對(duì)過盈配合而言，粗糙表面的波峰被擠平，就減少了實(shí)際有效過盈量，降低了零件間的連接強(qiáng)度。
　　粗糙度還對(duì)接觸剛度有影響，粗糙不光的兩個(gè)表面接觸，實(shí)際接觸面積只是理想接觸面積的一部分，這些先接觸的峰頂單位面積壓力增大，外力作用下，極易產(chǎn)生變形（彈性和塑性變形），這種接觸變形是影響工程剛度的一個(gè)不可忽視的因素。
　　粗糙度數(shù)值大，因微觀波谷內(nèi)存有間隙，零件易腐蝕；粗糙度數(shù)值小表面光滑，可以提高零件的抗腐蝕能力。
　　綜上所述，可以看出對(duì)于過渡配合的零件，其粗糙度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響是不能忽視的。尤其是這種過渡配合的輪轂，必須采取有效措施使問題徹底解決。
3 問題解決的初步設(shè)想
　　根據(jù)以上分析，設(shè)想了以下幾種解決問題的方案，并對(duì)各方案逐一進(jìn)行了分析研究，從中優(yōu)選出一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的方案。
　　1） 購置一臺(tái)大型立式萬能磨床，零件尺寸精度和表面質(zhì)量問題都可以迎刃而解，但一臺(tái)這樣的設(shè)備至少需人民幣2 000多萬元。而且國內(nèi)沒有成型產(chǎn)品可購，因?yàn)橹皇橇慵�的形狀特殊才產(chǎn)生這樣一種結(jié)果。進(jìn)口設(shè)備得不償失；
　　2） 購置一臺(tái)中大型立式數(shù)控車床要求附加磨削裝置。零件尺寸精度和表面質(zhì)量問題也可以得到解決，但這樣一臺(tái)設(shè)備至少需人民幣1 700萬元。而且國內(nèi)產(chǎn)品處于研發(fā)試制期沒形成商品化產(chǎn)品。而進(jìn)口設(shè)備也得不償失；
　　3） 利用已有數(shù)控立車配置相應(yīng)工藝裝備，購置電主軸（安裝磨輪）。實(shí)現(xiàn)車、磨同臺(tái)設(shè)備一次裝夾完成孔的加工。目前，數(shù)控加工設(shè)備不論進(jìn)口還是國產(chǎn)，其分辨率均為0.001mm；最小步進(jìn)可達(dá)到0.005～0.01mm。而進(jìn)口機(jī)床可達(dá)0.001mm；
　　4） 利用已有普通立車配置相應(yīng)工藝裝備，購置電主軸（安裝磨輪）。實(shí)現(xiàn)車、磨同臺(tái)設(shè)備一次裝夾完成孔的加工。但普通立車進(jìn)給和上刀裝置均由進(jìn)給齒輪箱經(jīng)若干次變速傳給絲杠，進(jìn)而拖動(dòng)進(jìn)給刀架運(yùn)動(dòng)或采用機(jī)械式刻度盤完成上刀，這都很難保證零件加工的準(zhǔn)確性。
4 方案優(yōu)選及實(shí)施
4.1 方案優(yōu)選

　　上述四個(gè)方案中選取了方案三。因?yàn)榫洼嗇灹慵�尺寸精度和表面質(zhì)量而言，數(shù)控立式車床完全可以保證。數(shù)控設(shè)備的分辨率和最小步進(jìn)指標(biāo)都遠(yuǎn)小于零件精度要求；數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是帶有雙向預(yù)緊機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠，其反向間隙不大于0.005mm；其進(jìn)給驅(qū)動(dòng)原件為伺服步進(jìn)電機(jī)，可直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠減少了中間環(huán)節(jié)的傳動(dòng)誤差，并且數(shù)控機(jī)床各基礎(chǔ)元件均有很好的剛性，能保證設(shè)備的定位精度和重復(fù)定位精度。這些是普通機(jī)床不能相比的。
用現(xiàn)有數(shù)控立式車床只要不多于7萬元人民幣配置電主軸磨輪、變頻器和自制與機(jī)床連接的工藝裝備即可完成工藝裝備的全部配置。與購置新設(shè)備相比至少可節(jié)約千萬元的投資。
4.2 方案實(shí)施的準(zhǔn)備
　　1） 首先選定最大回轉(zhuǎn)直徑不小于2 300mm的數(shù)控立車作為實(shí)施以車代磨的基礎(chǔ)設(shè)備。
　　2） 購置用于安裝磨輪的電主軸（選用洛陽軸承研究所制造的DZ24W型電主軸。
　　3） 由軸研所配套選擇的UFDO55a43B型變頻調(diào)速器。
　　4） 自制連接體一套。
　　5） 電磨頭內(nèi)冷卻工程一套。（一個(gè)揚(yáng)程5m的電動(dòng)水泵；30L容積的水箱，進(jìn)出水管共計(jì)20m）
　　上述4.2.1～4.2.5項(xiàng)總價(jià)不超過7萬元人民幣。
4.3 方案實(shí)施的過程
4.3.1 電主軸技術(shù)參數(shù)及示意圖，見圖2。
　　徑向跳動(dòng)：0.003mm
　　軸竄：0.002mm
　　功率：1.7～4.5kW
　　最高轉(zhuǎn)速：10 000r/min

　　D=130mm d=80mm L=150mm l=320mm
　　調(diào)速變頻器：UFDO55a43B型
4.3.2 砂輪選擇
　　磨料為白剛玉60號(hào)粒度平砂輪；牌號(hào) P100X20X20
4.3.3 零件選擇
　　表1中規(guī)格：SΦ=1　120mm 材料：A3
　　孔徑：Φ128H6+0.0250
　　孔長：180mm
　　　　 磨削余量：0.10～0.16mm（單邊余量）
4.3.4 磨削工藝參數(shù)
　　砂輪線速度：20～27m/s（采用干磨削方式）
　　每次磨削深度：0.005～0.02mm
　　工件轉(zhuǎn)速：10r/min（即立車工作臺(tái)轉(zhuǎn)速）
　　工件每轉(zhuǎn)砂輪進(jìn)給：4～6mm
4.3.5 加工效果
　　磨削后實(shí)際尺寸：Φ128.01
　　形位公差：孔的不柱度、不圓柱度，用百分表測得，其值幾乎為零。
　　孔的軸線與基準(zhǔn)端面垂直度：兩個(gè)表面一次裝夾完成，其值幾乎為零。
　　粗糙度：軸孔表面輪廓的平均算術(shù)偏差值（Ra）： 0.4≤Ra<0.8
　　由4.3.5加工效果不難可以看出：其尺寸精度控制在H6的中線；粗糙度降低兩個(gè)等級(jí)； 由于采用磨削幾何精度提高了一個(gè)等級(jí)；最明顯的效果指標(biāo)表現(xiàn)在粗糙度由100%的回用率變?yōu)?00%的優(yōu)質(zhì)合格率。
5 工藝過程的變化及需要注意的幾個(gè)問題
5.1 工藝優(yōu)化
　　原工藝過程為：半精加工→精車前找正→精車外形和軸孔→插床加工鍵槽→鏜床分別加工動(dòng)葉安裝及調(diào)整孔→粗找平衡→安裝動(dòng)葉及調(diào)整裝置→精找動(dòng)平衡→做標(biāo)記拆分動(dòng)葉和調(diào)整裝置→總裝車間
　　現(xiàn)工藝過程為：半精加工→插床加工鍵槽→磨削前找正→磨削加工→轉(zhuǎn)鏜床分別加工動(dòng)葉安裝及調(diào)整孔→粗找平衡→安裝動(dòng)葉及調(diào)整裝置→精找動(dòng)平衡→做標(biāo)記拆分動(dòng)葉和調(diào)整裝置→總裝車間
　　兩種工藝過程最大的工藝變化是：前者是精車外形和軸孔后，插床加工鍵槽這樣孔的精度被破壞，必然給裝配帶去麻煩。后者是半精加工后，插床進(jìn)行加工鍵槽，因軸孔留有磨削余量插削不會(huì)對(duì)精加工產(chǎn)生影響；這樣即避免了最終軸孔的精度被破壞，也排除了車削加工中的困難和不利因素。軸孔粗糙度由100%的回用率變?yōu)?00%的優(yōu)質(zhì)合格率。
5.2 車床磨削特殊控制因素
5.2.1 及時(shí)修整砂輪，砂輪上不應(yīng)沾有油污，修整砂輪直至砂輪磨削面無沙粒不勻，沒有可見非砂粒物質(zhì)為止。
5.2.2 如果設(shè)備具有冷卻循環(huán)裝置可使用磨削冷卻液，這樣可以增加砂輪線速度提高磨削質(zhì)量。
5.2.3 沒有數(shù)控設(shè)

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