大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司通用減速機(jī)廠（遼寧 116000）張本麒 郝麗格 陳世剛 徐書嶺

隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向大型化發(fā)展，對(duì)齒輪箱壽命和可靠性的要求也越來越高，對(duì)風(fēng)電齒輪箱零件的加工精度要求也越來越高。行星架是風(fēng)電齒輪箱的重要零件，行星架軸孔位置度精度直接影響齒輪箱的載荷分布是否均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)能力及噪聲值指標(biāo)，提高行星架的軸孔位置度精度對(duì)整個(gè)增速機(jī)運(yùn)行十分必要。在本文中舉例的某大兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱，其行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)載荷不均勻系數(shù)kc為1.35。

為了保證行星架位置度精度，我廠在風(fēng)電行星架加工時(shí)結(jié)合三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行行星架的位置度檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)數(shù)控鏜床等加工設(shè)備進(jìn)行程序補(bǔ)償，從而大大提高了行星架的位置度精度。同時(shí)，我們充分利用三坐標(biāo)測(cè)量位置度的特點(diǎn)，基于最大值極小化思想，采用對(duì)三坐標(biāo)位置度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理的方法，解決了一系列生產(chǎn)中遇到的零件的位置度加工和測(cè)量問題，挽救了許多瀕臨報(bào)廢的零件，明顯降低了行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)載荷不均勻系數(shù)kc，為公司產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.利用三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果對(duì)數(shù)控鏜床進(jìn)行程序補(bǔ)償

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)零件的位置度采用的是坐標(biāo)測(cè)量的方法，測(cè)量時(shí)，按照零件上的檢測(cè)基準(zhǔn)，測(cè)量機(jī)可自動(dòng)建立一個(gè)三維校正坐標(biāo)系，很方便地把零件上各孔的位置坐標(biāo)量出來，并把位置度計(jì)算出來。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量位置度不僅準(zhǔn)確性好，而且可精確測(cè)量出各孔坐標(biāo)偏差的具體數(shù)值和方向，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)有很好的指導(dǎo)作用。

（1）位置度誤差值的計(jì)算方法 孔的實(shí)際軸線的位置度誤差值是以被測(cè)實(shí)際軸線的理想位置定位，做實(shí)際軸線的最小包容區(qū)域（圓柱面），該最小區(qū)域的直徑即為孔的位置度誤差值。

（2）位置度誤差值的分析及應(yīng)用 如圖2所示的行星架，為我公司某兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱的二級(jí)行星架，我們以此行星架為例，介紹一下我公司是如何利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來提高行星架的位置度精度的。

由圖樣可以看出，此行星架為5孔均布，每孔分上、下兩孔，理論中心距為817mm，相對(duì)于基準(zhǔn)A、B的位置度要求為f0=φ0.05mm。

第1步：在數(shù)控鏜床上，根據(jù)圖樣給出的各孔的理論位置，對(duì)行星架進(jìn)行試加工，各孔可留量。

第2步： 對(duì)加工完成后的行星架進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)根據(jù)圖樣給出的基準(zhǔn)A、B建立坐標(biāo)系，如圖2所示。對(duì)三坐標(biāo)位置度測(cè)量結(jié)果分析如表1所示。

根據(jù)表1，可得出各孔的實(shí)際位置與理想位置的偏差f，并可以得出偏差的數(shù)值及方向。

表1 行星架三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果分析 （單位：mm）

但僅一次的測(cè)量結(jié)果，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)意義并不大，我公司一般采用多次測(cè)量對(duì)比分析得出結(jié)論來指導(dǎo)生產(chǎn)。如表2所示，為3下孔五次測(cè)量結(jié)果的對(duì)比。

表2 3號(hào)下孔五次三坐標(biāo)結(jié)果對(duì)比 （單位：mm）

第3步：對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中序號(hào)4的測(cè)量結(jié)果，明顯分離其余四次，可被排除。其余四次的測(cè)量結(jié)果，其偏差的數(shù)值及方向有較好的一致性。其一致性，反映了機(jī)床在加工3號(hào)下孔時(shí)，有一致性很強(qiáng)的誤差，則在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，可將其誤差值進(jìn)行程序補(bǔ)償，提高機(jī)床加工精度。

第4步：對(duì)數(shù)控鏜床程序進(jìn)行補(bǔ)償。

關(guān)于補(bǔ)償數(shù)值，可計(jì)算各偏差的平均值，

則3號(hào)下孔的補(bǔ)償數(shù)據(jù)為：

則補(bǔ)償后3號(hào)下孔的程序?yàn)椋?/p>

第5步：其他各孔分別得出補(bǔ)償數(shù)據(jù)后，對(duì)機(jī)床程序進(jìn)行補(bǔ)償。利用補(bǔ)償后的程序，將以上各試驗(yàn)行星架，按成品尺寸進(jìn)行加工，并進(jìn)行三坐標(biāo)位置度檢測(cè)。

以上利用三坐標(biāo)進(jìn)行行星架加工程序補(bǔ)償?shù)姆椒?，在?shí)際生產(chǎn)中得到了很好的驗(yàn)證，對(duì)提高行星架的位置度精度效果十分顯著，明顯提高了零件的合格率，降低了企業(yè)成本。

同時(shí)，以上方法在實(shí)際操作中，有以下注意事項(xiàng)：①嚴(yán)格控制機(jī)床周圍的環(huán)境溫度。最好有恒溫加工車間，室溫常年控制在（20±1）℃。②嚴(yán)格控制三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的環(huán)境溫度。最好有恒溫測(cè)量車間，室溫常年控制在（20±1）℃。被測(cè)零件在測(cè)量車間需放置24h以上，使其溫度與恒溫車間一致后再進(jìn)行三坐標(biāo)位置度測(cè)量。③機(jī)床上的胎具、夾具等工裝零件，在機(jī)床調(diào)整過程中及調(diào)整完成后，不得隨意改動(dòng)。若改動(dòng)，需重新進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)及程序補(bǔ)償。④行星架各孔加工及檢測(cè)順序要固定，不得隨意更改。

2.行星架三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果的優(yōu)化方法

位置度的定義：以被測(cè)實(shí)際軸線的理想位置定位，做實(shí)際軸線的最小包容區(qū)域，該最小區(qū)域的直徑為孔的位置度誤差值。

分析位置度的定義，其要求包容區(qū)域?yàn)樽钚?，該性質(zhì)稱為“定位最小區(qū)域準(zhǔn)則”。

仍以圖2行星架為例，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)建立坐標(biāo)系時(shí)，以過1號(hào)孔的實(shí)際中心點(diǎn)來確定X、Y軸，這就可能使直接獲得的檢測(cè)結(jié)果偏離“定位最小區(qū)域準(zhǔn)則”。因而，在實(shí)際測(cè)量工作中對(duì)行星架的此類問題的數(shù)據(jù)處理與評(píng)定一定要慎重，避免誤判而給企業(yè)造成損失。如果按照一次測(cè)量就下結(jié)論，該行星架就有可能報(bào)廢，但在許多情況下，根據(jù)位置度公差三坐標(biāo)測(cè)量原理是可以通過對(duì)基準(zhǔn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)來優(yōu)化測(cè)量結(jié)果，使之得出符合圖樣和工藝要求的位置度測(cè)量結(jié)果。

以下，仍以圖2行星架為例，舉例說明三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果的優(yōu)化過程。

（1）檢測(cè)數(shù)據(jù)分析 某行星架的三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 某行星架三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果 （單位：mm）

對(duì)表3的數(shù)據(jù)做如下進(jìn)一步分析。首先判斷各孔位置度測(cè)量值在初始坐標(biāo)系下是否有可能滿足公差要求，首先判斷各孔的中心距偏差fR的2倍是否小于所要求的位置度公差值f0，若大于，則該行星架位置度肯定超差，該零件不合格，沒有必要進(jìn)行下一步，直接報(bào)廢。若小于須進(jìn)行下一步分析，方可對(duì)初始坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系下重新評(píng)價(jià)各孔位置度。根據(jù)表3數(shù)據(jù)，本行星架滿足坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)條件。

（2）旋轉(zhuǎn)量的確定 從表3中5孔的角度偏差fa中找出角度偏差中的最大值fαmax及最小值fαmin，然后得出坐標(biāo)系的最佳旋轉(zhuǎn)量。

坐標(biāo)系的最佳旋轉(zhuǎn)量

該行星架的坐標(biāo)系最佳旋轉(zhuǎn)量Q=0.0015°－│－0.00033°│=0.00117°

坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)方向與fαmax方向一致，故原始坐標(biāo)系繞原點(diǎn)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)0.00117°，得到新的坐標(biāo)系，如圖3所示，在新坐標(biāo)系下，各孔的位置度見表3中f 所示，各孔位置度均合格。通過這樣的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)處理得到的位置度才符合各孔的實(shí)際位置度誤差“定位最小區(qū)域準(zhǔn)則”。

可見，我們?cè)谑褂萌鴺?biāo)測(cè)量均布孔系的位置度時(shí)，一定要注意測(cè)量坐標(biāo)系的優(yōu)化處理，以便使測(cè)量結(jié)果符合位置度誤差最小區(qū)域法的評(píng)價(jià)原則，避免合格零件的報(bào)廢，為企業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.結(jié)語

行星架是風(fēng)電齒輪箱中關(guān)乎整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵零部件，其位置度誤差要求十分嚴(yán)格。企業(yè)在正確使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行程序補(bǔ)償后，明顯提高了行星架的位置度合格率，降低企業(yè)成本。

同時(shí)，對(duì)已通過程序補(bǔ)償，但一次檢測(cè)位置度仍不合格的行星架，通過對(duì)初始坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)來分析、優(yōu)化初始坐標(biāo)系下的測(cè)量結(jié)果，得到符合位置度誤差最小條件的測(cè)量數(shù)據(jù)，避免了合格零件的報(bào)廢，這對(duì)于降低企業(yè)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力有非常積極的意義。

通過以上提高行星架位置度的方法明顯降低了行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)載荷不均勻系數(shù)kc。該大兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行滿載荷試驗(yàn)時(shí)，通過在齒面貼應(yīng)變片得到的行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)載荷不均勻系數(shù)kc為1.15，明顯低于設(shè)計(jì)要求的1.35，也使該齒輪箱順利通過了德國勞氏船級(jí)社GL認(rèn)證。這使得我公司成為迄今為止國內(nèi)首臺(tái)獲得大兆瓦級(jí)別風(fēng)電齒輪箱權(quán)威認(rèn)證的企業(yè)，為公司風(fēng)電產(chǎn)品在國內(nèi)及國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了有力的保證。