数控机床断裂齿轮轮齿的焊接修复技术的应用

张斌 王郴 胡海霞

摘要：数控机床齿轮发生断裂的情况在行业内属于较为普遍现象，为了降低企业运行成本，通常在发生数控机床齿轮断裂时，使用焊接技术进行修复。焊接技术主要是经过高压、加热等方法使两者间进行融合，该技术通常应用于金属之间或者金属与非金属两者间的连接。基于此，以下对数控机床断裂齿轮轮齿的焊接修复技术的应用进行了探讨，以供参考。

关键词：数控机床断裂齿轮轮齿;焊接修复技术;应用

引言

近年来，随着工业技术的不断发展，数控切割机得到了广泛的应用。数控切割机具有车削、钻孔等多种功能，采用滚动铣削技术后，可提高微精度陡度的加工效果。齿轮在机械设备传动系统中广泛应用，滚动是最常用的切齿方法。随着机械设备的不断发展，微小而精确的零件也占据了重要位置。加工制造小而精密的零件，不仅要保证高精度，还要实现快速高效的生产。这在一定程度上对加工设备的性能提出了较高的要求，为了满足这一要求，有必要在数控切割机上应用滚动铣削技术。

1数控机床齿轮轮齿材料特征分析

数控机床齿轮轮齿结构材料通常为合金材质，包含多种化学物质成分，齿轮轮齿表面硬度是58RC。将国际焊接协会公布的检验标准作为依据，并碳当量公式进行齿轮轮齿焊接特性方面的计算，可以得知在数控机床齿轮轮齿结构材质中的碳当量约为1.673。这一数值说明齿轮轮齿自身材质具有严重的淬硬特征，材料的焊接特性不高，不利于焊接修复技术的应用。采用焊接修复技术过程中极易发生冷裂纹、淬硬组织等现象。由于焊接材料中所含的碳以及金属元素含量较多，因此，该材质通常会在不高于500摄氏度的温度区域内有较为稳定的特性。同时，含量较多的碳与金属元素使得数控机床齿轮轮齿之间的液态与固态区间不断增加，进而会发生偏析现象，进而造成热裂纹现象，影响齿轮使用性能，使得修复工作难度不断增加。

2数控机床断裂齿轮轮齿的焊接修复技术

2.1在焊接前进行严格预热

焊接前，应将链轮齿温度预热至200 ～ 250 ℃，将冷却速度降至最低，并降低发生冷裂纹的可能性。温度突然变化会对晶体的微观结构产生很大影响，使材料易受伤害，容易产生裂纹，因此在焊接材料之前必须对材料进行一定程度的预热，降低温度突然变化对材料性能的影响，降低裂纹概率，提高焊接修复的成功率，从而满足实际生产过程中的技术需求。

2.2数控纵切机床滚齿传动

透过使用铰链连接齿驱动来源并提高机构运动的认识，可将加工材料曲面中的齿复合材料的运动链用作传输链，以直接提供传输齿加工过程中运动所需的动力和速度当然，每个对象的运动轴之间也有一个动态的轴间传输链，它可以同时传递对象的运动状态信息。滚子齿的内啮合运动是一个内啮合运动链。它主要是以具有严格相对运动关系的多单位运动结束的复合模具运动。在牙齿制造过程中，最重要的接触运动是刀的高速旋转运动和接触刀的旋转运动等其他运动。刀的高速旋转运动是刀的主要运动，通常以固定速度n（r/min）刀表示。对于齿之间的轴承，分离运动是在强制齿轮毛坯和滚子之间保持齿轮运动的运动。在数控扫描机床床辊加工中，通常使用两种控制模式：位置和速度。

2.3刀位轨迹的规划

由齿轮啮合原理可知，面齿轮齿面Σ2是通过插齿刀的渐开线齿面Σs若干次的连续运动包络产生的。在面齿轮的插齿加工过程中，插齿刀沿其旋转轴线做往复运动来切削面齿轮毛坯，每次插削运动插齿刀齿廓将在面齿轮单侧齿面上产生一条啮合接触线，如图5所示。因此提出将两齿面间的接触线作为盘形砂轮的刀位轨迹，对面齿轮进行磨削，进而实现包络加工面齿轮的目的。

2.4伺服驱动

数控系统中的伺服驱动技术是基于微处理器、网络技术等技术的基础上发展起来的，现如今已成为数控机床等多个产业机械控制中的关键技术。伺服驱动能够对需要控制的对象进行由外到内的划分，通常被分为位置、电流以及速度这三环。而其又能够对相应的对象进行位置、速度、力矩这三种控制模式。而這三种控制模式优势通过通信、参数设置的内部或者使用模拟量来进行给定。

2.5焊接后的冷却处理

在焊后冷却过程中，应采用慢速冷却方法或后加热措施，以避免裂纹，避免影响修复后的链轮齿的使用。焊接完成后，焊接对象将在一定的温度下加热并隔离一段时间，从而提高焊接接头处的金属性能，并消除某些约束对对象的负面影响。焊接后热处理通常包括三个过程：加热、隔热和冷却，它们在操作过程中必须一致且不间断。

3数控机床齿轮轮齿的焊接修复技术应用策略探析

3.1参数检查法

NC机床的加工质量受到参数的严重影响。如果参数设置不当，将导致操作错误。同时，参数的变化也受到控制面板电池运行和外部干扰的影响，使NC系统无法正常工作，降低了加工精度，影响了加工产品的综合质量。从而表明了参数在NC机床运行中的重要性。工人应使用参数检验方法验证数控机床内部部件的磨损、运行和安装精度，根据数控机床性能变化进行故障排除，通过程序调整重置结构安装机床运行参数，确保数控机床正常运行，提高加工精度。

3.2采取焊接修复技术前需要采取严格的预热措施

在进行数控机床断裂齿轮轮齿焊接修复之前需要提前对齿轮轮齿进行预热，并且需要将预热温度调至200摄氏度至250摄氏度范围内，以确保可以实现最大程度的延缓冷却速度，减少冷裂纹现象的发生机率。急剧的温度降低会对齿轮轮齿晶体结构产生极大影响，导致裂纹现象的发生。在实施焊接技术之前开展预热工作可以降低温度发生急剧变化情况，进而降低对齿轮轮齿材料的伤害，减少裂纹发生机率，提高焊接修复技术应用效率，使修复后的数控机床齿轮轮齿满足使用技术标准。

3.3控制焊接施工作业条件

通过多次的调查和实践表明，在钢结构焊接施工过程中，会对其造成影响的因素有很多，其中外界因素主要包括风力因素以及外部环境，所以，想要有效完成钢结构焊接作业，需要不断优化施工条件，降低环境因素的影响作用。第一，对焊接环境温度情况的人把控。焊接时，如果周围温度过低，需要以正常焊接温度为依据，对温度数值进行合理调整，与设备操作参数相一致，同时对需要使用的设备进行预热处理，保证设备的运行状态，如此才能进行下一步的焊接施工。另外，以前做好焊接方法和焊接位置的确定，选取合适的焊接材料，待达到焊接作业要求时，再进行钢结构焊接施工。第二，控制空气湿度，尽可能的将区域湿度控制在90以内，如果待焊设备的发层比较潮湿，此时需要提前做好祛除湿热的准备工作，保证焊接构件表面的干燥性，如此才不会影响焊接效果。在处理湿热问题的时候，需要与施工情况相结合，明确施工现场钢结构和焊接构件的具体特征和自身属性，进而做好优化控制工作;第三，合理控制施工现场风力情况。其主要控制原理是在原有的风力条件下，保障风速的稳定性，保证焊接条件的稳定性。

结束语

采用焊接修复技术可以大大降低企业设备的维护成本。但是，由于影响链轮材料的因素，焊接修复技术的应用有更多的缺陷，在严重程度较高的情况下，不仅缩短了修复设备的寿命，甚至可能导致设备无法工作。最常见的技术应用缺陷是冷裂纹、热裂纹、偏移等。通过加强缓慢冷却和延迟加热等技术措施的应用，大大降低了开裂的可能性，并确保了数控机床设备在应用焊接修复技术后的正常运行和使用。

参考文献：

[1]李大庆，赵让乾，王振.基于通用数控加工中心的面齿轮磨齿加工分析仿真及试验[J].现代制造工程，2021（04）：79-82.

[2]刘本刚，张云鹏，赵丹.数控机床主轴齿轮箱智能润滑控制方法[J].机械工程与自动化，2020（05）：182+185.

[3]成雪峰.数控纵切机床滚齿关键技术研究[J].内燃机与配件，2020（13）：56-57.

[4]王磊，陈彦龙，李智.驱动轮齿焊接径向变形的优化与预测[J].农机化研究，2020，42（01）：48-52.

[5]赵永满，付威，侯晓晓，胡斌.驱动轮齿焊接径向变形的优化与预测[J].农机化研究，2018，40（03）：160-165.