基于大型数控设备的电动轮转子取轴工艺

杨世英

（国家能源集团准能设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 017100）

电动轮大修工作中的电枢轴更换是露天煤矿的主要难点。由于电枢轴和轴孔为过盈配合，在更换时如果直接使用压力机退轴，极易造成电枢轴孔严重拉伤，电机报废。受设备型号和技术制约，此项工作一直外委修理完成，一般需要十几天，距离远、工期长、费用高[1]。国家能源集团准能设备维修中心采购了大型数控镗铣床以后，组织技术人员进行项目攻关，成功将电动轮转子电枢轴内壁先钻削再镗削至0.2 mm后直接拉出[2]，实现了技术突破，拓展了自修范围。

1 数控镗铣床

TK6516 型数控精密刨台卧式铣镗床其电气控制系统搭载西门子840DSL 数控系统，该电气系统具有高度的开放性能，搭载的S7－300 逻辑控制器处理快、性能稳定，广泛应用于各类精密机床，机械部分为五轴四联动控制系统。

1）机床总体结构。机床总体设计布局为纵、横床身呈T 字型结构，立柱纵向移动，工作台横向移动，主轴箱上下移动，主要部件有立柱、床身、滑座、主轴箱头、工作台回转台面、工作台滑座、工作台床身组成[3－4]。机床的立柱、滑座、床身、工作台面等基础大件均采用优质铸铁制造，经时效处理，消除内应力，整体刚性较好，并具有良好的吸振抗振性能。机床可实现5 轴数控，任意4 轴联动，x 轴为工作台面移动，y 轴为主轴箱移动，z 轴为立柱纵向移动，W 轴为主轴移动，B 轴为回转工作台的回转运动。

2）主轴。机床的主轴由镗主轴和铣主轴组成。镗轴采用38CrMoAlA 优质合金钢，经多道工序精加工而成，镗轴表面氮化处理，保证了足够的硬度，保证了镗轴的耐磨性。主轴轴承采用转速高、刚性好、精度高的进口（FAG/SKF）成组轴承。保证主轴回转精度高、刚度高、寿命长、噪声低。镗轴内装有刀具夹紧装置，采用夹爪式拉钉结构，刀具拉紧由预加载荷碟型弹簧组实现，松刀由液压驱动，刀具自动夹紧安全可靠。主传动为2 档机械变速，使主轴获得1 500 r/min 的无级调速，主传动齿轮均为磨削硬齿面齿轮，主传动系统在主轴箱内，传动刚性好，运转平稳，传递扭矩大、维修方便。

3）导轨。机床的x、y、z、B 轴为静压导轨，各静压点调整方便，移动、运转平稳。全行程全封闭防护罩，防止异物碰伤导轨，保证机床内部清洁，采用粘贴耐磨锌基合金导轨板与帖导轨软带的复合导轨形式。

4）进给系统。机床的x 坐标、y 坐标、z 坐标、W坐标进给机构采用了预紧双螺母滚珠丝杠传动结构，保证了较高的传动精度。机床的B 坐标旋转机构，采用双齿轮消除间隙的减速传动机构和齿圈传动，齿轮与齿圈均为硬齿面磨齿H5 级精度，保证了较高的传动精度。x、y、z、W、B 坐标进给传动均采用SIEMENS 公司1FT6 交流伺服电机驱动，电机扭矩大，调速带宽，驱动平稳。各进给传动机构传动精度高、动态控制灵活，能保证各移动部件的平稳驱动。

5）液压系统。液压系统由供油站集中供油，并有油温调节系统，这样就保证油温稳定，提高了液压组件的使用寿命和液压系统的工作可靠性；液压系统采用全封闭式供油、回油方式，减小油的污染，保证回油迅速，在回油油路上有滤油装置，保证回油清洁度。润滑系统B、x、y、z 轴均为自动定时定量润滑。

6）操作系统。机床的数控系统采用西门子840Dsl，驱动系统采用西门子S120 伺服驱动，控制轴数为x/y/z/W 4 个坐标轴和SP 1 个主轴，插补轴数为四轴插补，PLC 集成了SIMATIC S7，兼容CPU317－2DP/319－3PN/DP。

2 电动轮转子取轴工艺

以SF33900 卡车电动轮为例，SF33900 电动轮电枢由电枢铁心、电枢绕组、电枢轴组成。电枢绕组长680 mm，电枢轴长1 500 mm，绕组内电枢轴外径165 mm[5]。需要先使用锯床将电枢轴锯短至720 mm，在使用数控镗铣床从两端分别进行钻削和镗削加工。一端的加工长度为360 mm，由于加工长度较长，数控镗铣床加工时需要采用分段加工的方法将电枢轴加工至。

2.1 锯削加工

1）装夹找正。由于钻头和镗刀杆长度限制，需要先将电枢轴锯短至可加工范围。使用特制的V 型铁架，将电枢装夹至锯床平台，使用垫铁调整电枢水平度和垂直度至0.5 mm 内，避免因锯削后断面倾斜导致钻削时钻头偏心，调整完成后装夹紧固。

2）锯削。锯削时合理选择锯削速度，以免出现表面凹凸不平。锯断后电枢轴两端距电枢绕组长度均为20 mm，作为预留的找正基准。

2.2 第1 段钻削和镗削加工

锯短后电枢轴加工总长度720 mm，一端加工长度360 mm。加工长度较长，加工中有2 个难点：①使用麻花钻钻孔时当孔深与孔径之比大于6∶1 时，麻花钻很难将切屑顶离切削区并排出孔外，切屑很快会阻塞钻头排屑槽，不及时退钻，会造成钻头过热或崩刃，严重时会导致钻头折断，造成电枢轴报废；②镗杆长度为300～350 mm，小于待加工孔长度。为解决这2 个问题，将电枢轴360 mm 的加工长度分为2段，第1 段160 mm，第2 段200 mm。

1）装夹找正。将2 个φ600 mm 的可调V 型块用拉杆固定在镗铣床工作台上，将电枢放置在V 型块上，使用百分表在电枢轴预留的基准位置上测量，并调节V 型块高度，将电枢轴与机床x 轴的平行度误差调节至0.03 mm 内，并使用特制压条压紧[6]。旋转B 轴，调整电枢轴与z 轴的垂直度误差至0.03 mm内，完成后将B 轴在当前角度基础上旋转90°，使用雷尼绍RMP60 测头，测量电枢轴中心机床坐标，并设置为编程坐标零点[7]。

2）钻削。第1 段加工长度为160 mm，分别使用φ27 mm、φ34 mm、φ45 m m、φ55 mm、φ68 mm 的高速钢钻头依次钻孔。钻孔长度与孔径比小于6∶1，采用普通循环钻孔即可。

3）镗削。钻削完成后轴孔为φ68 mm，依次使用D68－90、D90－120、D120－160、D160－200 的镗刀杆和镗头组合，将电枢轴孔镗削至164 mm，保留精加工余量。

2.3 第2 段钻削和镗削加工

1）钻削。第2 段加工长度为200 mm，钻孔长度与孔径比大于6∶1 时不好退削，需要使用深孔钻循环间断进给，有利于断屑和排屑。

2）镗削。数控镗铣床主轴外径为φ160 mm，第1段加工完成后内孔径为164 mm，可以将主轴伸入电枢轴孔内，解决了镗杆长度的限制。依次使用D68－90、D90－120、D120－160、D160－200 的镗刀杆和镗头组合，将电枢轴孔镗削至164 mm。最后精加工360 mm 长轴孔至。

2.4 调转转子进行第3 和第4 段钻削镗削加工

当第1、第2 段加工完毕后，电动轮转子1/2 的电枢轴已加工完毕，此时需要将工件调转180°，按上述工艺进行装卡找正、第3 段钻削镗削、第4 段钻削镗削，方法同上，两端加工完成后，可直接将剩余直径0.2 mm 电枢轴壁拉出。

在加工中更换钻头及镗头时，根据钻头直径和镗孔直径合理调整程序中的主轴转速和进给速度，保证加工的效率和质量。

3 结语

1）分析了电动轮电枢取轴外委修复的缺点和原因，详细介绍了TK6516 型数控卧式铣镗床的结构和特点，为该业务拓展提供硬件基础。

2）以SF33900 卡车电动轮电枢取轴为例，取轴工艺流程和具体编程程序表明了用TK6516 型数铣镗床取轴的可行性。

3）露天设备的数字化自主修复既节约维修成本，又实现技术突破和培养技术人才，对智能化矿山建设有积极推动作用。