風(fēng)能以其清潔環(huán)保、可再生等特點而具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械能帶動發(fā)電機發(fā)電。輪轂零件是支撐風(fēng)力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)葉片的關(guān)鍵零件，其加工精度不但影響葉片的安裝精度，而且影響整個風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電效率。

1 輪轂結(jié)構(gòu)和加工工藝現(xiàn)狀分析

　　3 MW 風(fēng)電輪轂，材質(zhì)QT400-18-AL，最大直徑約3. 5 m，質(zhì)量約18 t。輪轂的3 個葉片面以1200. 1的角度在球面上對稱分布; 其葉片面軸心線與大、小端面形成3  0. 1的風(fēng)輪錐角。3 個葉片面的軸心線與大、小端面的軸線相交于同一點，即4 線共一點。該型輪轂形狀結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，共5 個加工面，各面加工要素多，且輪轂零件體積、質(zhì)量龐大，翻轉(zhuǎn)及裝夾定位困難，輪轂形狀及重要尺寸見圖1。加工工藝現(xiàn)狀。以5 ～ 6 臺通用設(shè)備為1 組，主要工藝安排: ( 1) 2 臺立式車床分別加工輪轂大、小兩個端面; ( 2) 搖臂鉆+ 鉆模加工大、小兩個端面各孔; ( 3) 立式車床依次翻轉(zhuǎn)加工3 個輪轂葉片面;( 4) 搖臂鉆+ 鉆模加工3 個葉片面各孔; ( 5) 鏜床加工輪轂電機孔。該工藝雖然設(shè)備成本較低，但存在工裝夾具多，特別是鉆模多，工序繁雜，零件吊裝翻轉(zhuǎn)次數(shù)多，用工人數(shù)多，生產(chǎn)效率低，尺寸穩(wěn)定性不夠等較多問題。

　　工裝夾具應(yīng)用。由于輪轂存在風(fēng)輪錐角，處理與機床主軸成一定角度的面及孔系加工問題有兩種方法: 一種是配裝可傾斜一定范圍角度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺［4］，可減少夾具數(shù)量，生產(chǎn)柔性好，但機床改造成本高，用正弦規(guī)測量及調(diào)試角度流程較復(fù)雜; 另一種是在工作臺床身下墊斜鐵( 斜角等于風(fēng)輪錐角) ，使零件加工面垂直于機床主軸，此方法對工作臺精度有影響，且不適合配靜壓導(dǎo)軌的機床。隨著生產(chǎn)任務(wù)的持續(xù)增加，原工藝已不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)節(jié)拍的需求，為此需要根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備狀況和加工能力，重新設(shè)計輪轂加工工藝及工裝夾具。

2 輪轂數(shù)控加工工藝

　　2. 1 機床的選擇

　　由于零件體積、質(zhì)量龐大，生產(chǎn)實際中選用TK6916 大型數(shù)控落地鏜銑床。該機床主鏜軸直徑160 mm，立柱橫向行程( X) 8 000 mm ( 加長) ，主軸箱垂直行程( Y) 4 000 mm ( 加高) ，鏜軸最大軸向( Z) 行程2 000 mm ( 含滑枕行程) ，主電機功率55 kW，控制系統(tǒng)Siemens840D。

　　2. 2 輪轂加工工藝

　　規(guī)劃以2 臺數(shù)控鏜銑床為1 組，用兩大工序完成整個零件加工。一序: 大、小兩個端面加工。以輪轂上3 個對稱分布的葉片面中的任意1 個葉片面為粗基準，加工輪轂的大、小兩個端面及各孔系。主要有大、小端面粗精銑，基準孔1447H7 粗銑精鏜，粗糙度3. 2 μm，螺紋孔72 × M39 ( 沉孔43) 、24 × M12、8 × M16 等加工。二序: 3 個對稱葉片面加工。以在工序一中加工完成的大端面為精基準，依次完成3 個對稱分布的葉片面( 包含電機孔、凸臺等) 的加工。主要有葉片面粗精銑; 電機孔正、反兩面粗精銑以及300H9、350H8 電機孔粗精鏜，粗糙度3. 2 μm，螺紋孔92 ×M36 ( 沉孔40) ，具體的加工工藝過程如表1所示。

　　此外，葉片面凸臺上的6 × M56 的粗牙螺紋，在生產(chǎn)實際中采用銑牙刀進行螺紋銑削完成加工，對于輪轂腔壁內(nèi)側(cè)的120 × M16 深32 螺紋孔，操作者需進入輪轂內(nèi)部借助鉆模和磁力鉆完成鉆孔及攻絲等工序。

　　2. 3 刀具的選用與刀具安裝

　　由于輪轂大端面1447H7 孔尺寸較大，常規(guī)鏜刀無法加工，故專門設(shè)計并定制1447H7 精鏜刀。該精鏜刀采用3 節(jié)組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，中間節(jié)安裝于機床主軸端，左右兩節(jié)分別安裝切削刀片和配重塊，刀具整體采用鋁合金材質(zhì)。二序中精鏜350H8 電機孔這道工序，由于該孔正面尺寸只有300，精鏜刀無法通過該孔，所以在實際加工中操作者必須進入輪轂內(nèi)部，從輪轂內(nèi)側(cè)將精鏜刀裝入主軸后，才能進行鏜孔加工，精鏜完成后，操作者仍需從輪轂內(nèi)部卸下刀具，故該工序稱為背精鏜。容易理解，背銑420 平面( 350H8 電機孔背面) 工序所用315 三面刃銑刀也需從輪轂內(nèi)部裝、卸才能進行加工。

3 夾具設(shè)計

　　3. 1 一序夾具

　　用于輪轂大、小兩個端面加工。該夾具由夾具體、擋塊、可調(diào)螺釘、壓板等組成，具體見圖2。4個擋塊沿橢圓線( 對應(yīng)輪轂葉片面孔口形狀) 布置，有助于確定輪轂在夾具上的位置，并限制輪轂在夾具體表面的橫向移動，4 個M36 可調(diào)螺釘支撐零件的底面。因為存在3°風(fēng)輪錐角且加工面必須垂直于機床主軸，故將此夾具的上表面與底面設(shè)計成3° 夾角，調(diào)節(jié)螺釘?shù)母叨龋墒馆嗇灥拇?、? 個端面垂直于機床主軸，也即使葉片面與夾具底面成3° 夾角。安裝夾具時盡量使4 顆調(diào)節(jié)螺釘所在的圓心與工作臺的回轉(zhuǎn)中心重合( 避免工作臺旋轉(zhuǎn)后，輪轂大、小面余量不均) 。4 塊壓板是夾緊固定零件，確保零件在加工過程不發(fā)生位置移動，輪轂安裝效果圖 見圖3。

　　M36 承載能力校核計算( 低碳鋼抗壓強度近似于抗拉強度) 。螺栓選用Q235 材料，抗拉強度為

　　3. 2 二序夾具

　　用于加工3 個對稱布置的葉片面。該夾具由夾具體、旋轉(zhuǎn)體、中心定位銷、旋轉(zhuǎn)體定位銷、零件定位銷、20 滾珠、壓板、杠桿等組成，具體結(jié)構(gòu)見圖4。夾具體與旋轉(zhuǎn)體之間是平面、中心定位銷、旋轉(zhuǎn)體定位銷( 防轉(zhuǎn)，銷孔沿圓周120°均布) 組合定位方式，中心定位銷與旋轉(zhuǎn)體配合公差100F7 /h6，中心定位銷與夾具體配合公差100N7 /h6。夾具體與旋轉(zhuǎn)體之間開有對應(yīng)位置環(huán)形凹槽，在凹槽中布滿20 滾珠，因為是滾動摩擦，工人使用杠桿可較容易撬動安裝有輪轂的旋轉(zhuǎn)體圍繞著夾具體上的中心定位銷進行360°的旋轉(zhuǎn)( 旋轉(zhuǎn)體3 個方形凸臺外側(cè)均有1 個杠桿撬洞) ，所以可以在零件一次裝夾完畢后只通過旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)體即可實現(xiàn)對3 個對稱分布葉片面的加工，這樣既避免了多次裝夾而產(chǎn)生的加工誤差，又明顯地提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率。對應(yīng)一序夾具的上、下平面夾角，該夾具體的上、下表面之間的夾角也是3°，這樣確保輪轂安裝后3 個葉片面垂直于機床主軸和垂直于機床工作臺。輪轂與旋轉(zhuǎn)體之間采用一面兩銷定位方式。一面即輪轂大端面，一銷是旋轉(zhuǎn)體中心1447圓形凸臺( 凸臺與一序加工完成的大端面1447H7孔配合，配合公差1447H7 /f7) ; 另一銷主要作用是防轉(zhuǎn)，采用一端M39 螺紋、另一端39 菱形銷的形式。在安裝輪轂時，先將螺紋端擰入大端面已加工完成的M39 螺紋中，將輪轂慢慢放下，并將39 菱形銷端插入安裝在旋轉(zhuǎn)體上對應(yīng)位置的鋼套中( 內(nèi)徑為39) ，然后控制吊機待1447H7 孔對準旋轉(zhuǎn)體上圓形凸臺后放下輪轂并緊固，輪轂安裝效果見圖5。

　　3. 3 夾具校正

　　夾具第一次安裝于機床時必須進行位置校正。以二序夾具校正為例( 一序夾具校正方法類似) ，校正方法和要求: 工作臺0°時，打表測量夾具側(cè)邊基準線，誤差± 0. 02 mm/1 500 mm; 工作臺180° 時，打表測量夾具上表面，誤差0. 03 mm/1 500 mm; 工作臺90°時，打表驗證夾具上表面兩點高度落差78. 61mm，誤差控制0. 03 mm/1 500 mm ( 行程1 500 mm，1 500 × tan3° = 78. 612) 。另外，需要找正二序夾具中旋轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)中心的位置，該回轉(zhuǎn)中心與葉片面外孔中心有尺寸鏈換算關(guān)系，該中心坐標數(shù)據(jù)也是確定加工零點的重要依據(jù)，校正后將夾具緊固于工作臺。

4 零件校正

　　圖6 輪轂葉片面試切( 大端面)零件校正主要是指一序零件裝夾校正，此序的零件裝夾校正非常重要，因為直接影響著二序的加工余量，稍有不慎就會造成整個零件報廢從而產(chǎn)生較大的生產(chǎn)損失。主要內(nèi)容有:用百分表拉輪轂大端面X 軸水平方向的平行度，然后用80mm 的玉米銑刀在輪轂大、小端面上進行試切，再用尋邊器測量兩端面之間的距離( 驗證是否大于總長2 960 并判斷零件是否裝偏) ; 用“劃針+ 刀桿”找大端面圓心位置，用玉米銑刀對三葉片面進行試切，測量試切缺口深度、寬度尺寸，根據(jù)實測值與理論值的偏差來判斷是否存在毛坯鑄造偏差( 孔中心偏移) ，葉片面加工余量是否足夠，輪轂葉片面試切示意圖見圖6、圖7;驗證大、小端面到電機孔中心的位置尺寸，判斷電機孔位置是否存在鑄造偏差，電機孔位置驗證見圖8。綜合以上步驟的試切結(jié)果數(shù)據(jù)和位置驗證情況，進行相應(yīng)的尺寸借補，最后確定加工零點參數(shù)，這樣才能保證二序加工余量的充足，才開始零件正式加工。

5 結(jié)論

　　通用設(shè)備組、數(shù)控機床組輪轂加工工藝比較詳見表2。