敞开式硬岩刀盘的加工

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摘 要：本文介绍了敞开式硬岩掘进机中方五分式形式刀盘的加工方法和关键注意点，为了保证刀具安装的准确性和避免刀座焊接带来的变形，需要严格控制要求基准面位置的选取和尺寸要求。

关键词：刀盘加工；基准面；检测

中图分类号：TD42 文献标识码：A

一、敞开式硬岩刀盘结构

敞开式硬岩刀盘根据不同的施工要求分体结构也是不同的，主要可分为中心对分式、偏心对分式、中方五分式及中六角分式四种形式（见图1）。

下面分析的为辽西北项目刀盘，因为直径较大、根据现场安装和运输及刀具布置上的安排选择了中方五分式结构，分为刀盘上边块、刀盘下边块、刀盘左边块、刀盘右边块和刀盘中心块五部分。本刀盘的分体结构形式必须保证每半连接板连接处必须能和圆，而且必须保证圆的直径在公差范围内，为此需要制作工装工具检测半径和角度。本刀盘焊接结构件约124吨，直径8.53米，因此加工过程要考虑加工的工艺方法，还要考虑选择机合适的机床和天车的起吊能力，以保证刀盘吊运和加工精度达到设计要求。

二、主要技术要求

（1）刀盘中心块最终要求每个边长度为4780mm公差在±0.4mm范围内，垂直度要求和平行度要求控制在±0.05mm范围内，粗糙度都要求在Ra3.2μm，对大型工件的加工来说都是较难控制的。（2）各边块加工后组对成整园后要求半径控制在±6范围内。（3）各刀盘边块与刀盘中心块间连接法兰的间隙要求控制在0.4mm范围内，边块与边块之间的间隙是6.1mm，将来装配时根据实际情况要填入垫片组。（4）刀盘各边块和中心块间的把和孔数量每个面达2304个，其中有16个φ150销孔，每个孔位置精度必须准确，不允许出现位置错误，否则将无法修复。

三、刀盘的加工

1 工艺路线

为减少焊接变形，保证刀具的安装轨距半径，对刀盘的控制要求进行两次退火处理，对加工面进行初、终两次加工的工艺方法。考虑到粗加工后是焊接刀座，刀座是加工件如果焊接后再进行退火将影响加工面，导致刀座位置有变，所以两次退火是不可以的，但为了减少刀座焊接带来的应力，我们采用震动时效的方式进行去应力。

具体工艺路线为：

①刀盘本体焊接②退火处理③刀盘各瓣初加工④焊接刀座⑤震动时效⑥刀盘各瓣最终加工⑦焊接其余耐磨板、格栅等

2 刀盘中心块和各个边块的加工

①在加工之前需要对工件进行对毛坯的检查进行划全线。

首先，要参考刀座孔的尺寸确定十字中心线，避免将来安装刀座嵌块无法正常进行，特别是刀座位置并不是对称于十字中心线的；划边块加工线时还要考虑刀盘半径R4150，还要考虑刀座孔的位置是否正确。其次，为保证初加工与最终加工能同为一个中心，十字中心线都必须打印冲孔标记。

②加工刀盘中心块四个法兰面必须保证精度，并选择正确的机床。

刀盘中心块初加工时是边长为4800mm的正方形，高度为1624mm。为了保证各个平面均在±0.05平行度和垂直度范围内，需减少装卡次数，和掉个次数；中心块选择在20m数控龙门铣床上进行加工，而边块可以选择在13m数控龙门铣床上加工，一次装卡即可完成多个面和孔的加工。

③为了将来刀盘各个边块能够组成合格整圆，保证精度，在加工时要求特别控制的方面。

首先，刀盘中心块在初加工时需要将刀盘法兰进行刀检。其次，需要加工A1-A9的形状为R100深度为3.8mm的圆面，作为加工基准和组对基准面，特别注意的是，这几个基准面必须选择在距离刀座孔较远，不易变形的地方。最后，为了保证刀盘中心块各个面±0.05的垂直度，特制作了90°角度控制样板；同时为了保证将来组对时各个边块和中心块法兰的间隙均匀，也制作了45°角度控制样板来控制四个边块的角度，防止将来组对时无法配置垫片以保证间隙。

④本刀盘加工比较重要的地方就是刀盘各个法兰面把和孔的加工。

因为本刀盘上共有两千多个把和孔，其中有1360个φ39光孔，且要求背面锪平φ70，有928个M36螺纹孔，16个φ150的销孔需要加工。孔的数量较多，一旦孔位置错误将无法修复；所以为保证将来各个边块能正确的把和，不能一次性钻好，采用号钻的方式加工各个法兰面上的孔。因为刀盘结构比较复杂，螺纹孔出是死腔，无法进行操作，必须先将光孔钻好，然后根据光孔的位置来号钻螺纹孔的位置。中心块上每个面上都有两个φ150的销孔，其中一个是死腔，所以要求中心块上死腔处的销孔是被号钻出来的，另一个销孔需要先钻好；所以边块也一样对应中心块死腔处的销孔需要先钻出来。

3 组对是控制刀具轨迹精度的关键过程，是刀盘加工的主要目的。

刀盘的初、终加工目的就是满足组对， 各个边块初加工后分别需要和刀盘中心块组对一次，利用刀座安装工具进行刀座嵌块的安装和焊接，这是确定刀盘刀具轨迹的关键。刀盘各个边块的组对精度直接影响到刀具的位置，所以要求各个边块初加工后组对必须将刀盘法兰刀检面朝下平放，调整好垂直和水平，将各边块与中心块组对，要求水平度控制在0.1/1000mm内。同时控制各个边块与中心块连接法兰面的间隙，然后用工艺螺栓连接把和牢固。

结语

由于敞开式硬岩刀盘的特殊结构类型和性能的特殊要求，刀具轨迹是刀盘质量的核心，刀盘又是整台掘进机的关键，所以刀盘的工艺措施和加工方法则尤为重要。主要采用了数控机床加工满足精度要求，然后采用人工号孔的方式确保把和精度，利用高科技的先进设备和人工号孔的准确结合，圆满的高质量的完成了刀盘的加工制造。

参考文献

[1]赵兵，张启明.重型机械标准（第一卷）[M].北京：中国标准出版社，1998.