采煤机牵引部箱体数控加工工艺介绍

第一章绪论
一、我国主要煤机装备的现状和水平，改革开放二十多年来，特别近10年来，在原煤炭部、国家煤炭工业局的领导和大力扶持下，我国煤矿机械制造企业经过改革、改组、改造、强化管理和技术创新，煤机产品有了较快的发展，在产品品种、技术水平和质量等方面都有了长足的进步。

随着一批具备国际技术水平的采煤机械产品相继开发成功，2000年我国综采工作面平均年产为87.24万吨，比1990年的54.77万吨，提高了约60%。

综采装备能力已经达到日产万吨的水平。

此外，国产煤机装备还出口印度、俄罗斯、土耳其等国家，取得了较好的经济效益。

目前国产煤机装备基本满足了国内煤矿生产建设的需要，部分产品达到了国际九十年代末期水平。

主要体现：电牵引采煤机：已成功开发出直流调速型、交流变频调速型、开关磁阻调速型、电磁调速型四种形式约30余种不同型号的电牵引采煤机，并全部实现机载，装机功率最高可达1250Kw，电压3.3Kv。

液压支架：能基本满足不同地质条件的煤矿需求。

最大支护高度达到5米，最大缸径为380毫米，最大工作阻力为11000KN，部分支架寿命试验超过35000次，快速移架的液压系统已使支架完成降移升循环时间缩短至12--15秒，并与外商合作制造出电液控制系统。

尽管"九五"期间煤机产品在技术质量性能等方面取得了长足的进步，但与国际先进水平相比还存在着差距，主要反映在拥有自主知识产权的产品少，质量不稳定，可靠性不高等问题。

二、"九五"煤机企业技术创新的基本经验自从1992年煤炭工业开展高产高效矿井建设以来，特别是1994年原煤炭部作出《关于加快高产高效矿井建设的决定》以来，我国煤炭工业机械化、现代化建设有了较快的发展。

煤炭工业的技术进步有力促进了煤机产品的发展。

"九五"以来，我国主要煤机企业面对严峻的市场形势，努力克服重重困难，大力抓好技术创新，瞄准国际煤机制造的先进水平，研制开发了一批大型国有重点煤矿企业急需的具有自主知识产权和核心技术、达到国际先进水平的创新产品，为煤炭工业的生产建设提供了大量的技术装备，为促进我国煤炭工业的结构调整、技术升级做出了新贡献。

三、"十五"我国煤机企业的发展我国加入世界贸易组织后将为我国煤机企业的发展注入新的活力，同时也使我国煤机企业面临着新的机遇和挑战，面临着更加激烈的竞争。

目前煤机企业正处在改革攻坚，机制转换，结构调整和建立现代企业制度的关键时期，相当一部分煤机企业正在为生存而拼搏,因而前景相当严峻。

对煤机企业自身来说，要在日趋激烈的国际竞争中立于不败之地，关键在于尽快提高企业的综合素质和竞争能力
新世纪我国煤炭工业的健康、持续发展将为煤机制造业的发展提供坚实的基础和广阔的市场。

我们将进一步深化改革，强化管理，大力抓好技术创新，提高企业核心竞争力，不断满足煤炭工业发展对装备的需求，为新世纪煤炭工业的更快发展作出新贡献。

四、今后我国电牵引采煤机的研究目标
与目前国外最先进的的电牵引采煤机相比，国内电牵引采煤机在总体参数性能方面尚有较大差距，某些关键部件的性能、功能、适应范围还亟待完善和提高，尤其是线监测，故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术和机械部件的可靠性、寿命与国外相比差距甚远。

根据我国煤炭生产要求和采煤机技术发展趋势。

以及针对国内电牵引采煤机存在的差距，今后主要研究内容如下：
⑴进一步完善和提高交流变频调速系统的可靠性。

重点完善和提高系统
装置的抗震、散热和防潮性能；
⑵研究可靠的微机电气控制系统，重点提高猜枚机电控制系统的抗干扰、抗热效应的能力；
⑶开发或者增强电控制系统的监控功能，重点研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电检测与保护技术、摇臂自动调高系统等；
⑷开发四象限运行的矿用交流变频调速装置，使采煤机能适应较大倾角煤层开发的需求；
⑸开发单机功率600KW，总装机功率1500KW的大功率电牵引采煤机；
⑹电牵引采煤机的可利用率、可靠性和寿命的研究。

提高交流电牵引采煤机的可靠性、安全性、可维护性、自动化程度及设备的可利用率，为实现顺槽以及地面控制奠定良好的技术基础，使我国电牵引采煤机研究技术达到国际20世纪90年代末期的先进水平，为我国双高综采工作面和双高矿井的建设，提供了技术先进、性能可靠的滚筒采煤机。

我设计的是MG132/320—W型采煤机的牵引部箱体的加工工艺以及数控加工。

工艺的创新之处是采用了数控机床替代传统机床加工，加工中涉及到数控机床的选用、工艺分析、数控编程以及绿色生产等技术，希望能对采煤机的发展起到一定的作用。

第二章采煤机简介及结构组成
2.1 MG132/320—W系列采煤机简介
MG132/320—W采用一种电机横向布置、无底托架结构；牵引采用液压牵引；摇臂调高采用液压传动；滚筒的落煤、装煤采用齿轮传动。

该机生产率达669t/h，牵引速度可达7.34m/min。

该机在很薄的机身上采用1140V直接供电的开关磁阻调速方式，省去了一个变压器增加了采煤机对工作面条件的适应性；控制方式采用了计算机控制；行走轮的支承采用自润滑轴承结构，使维修工作量大大降低。

该机可开采煤、盐岩、页岩、钾盐等卜氏系数≤3的有用矿层。

适应采高1.4～3.2m。

它完全符合井下爆炸性环境要求。

2.2采煤机主要特点
1. 本采煤机采用多部电机横向布置的结构方式，各部件纵向之间没有直接的动力传动，各部件的机械传动分别独立，改善了受力条件，提高了传动件的运动精度，并且简单可靠，大大提高了机械传动效率，降低了机体的发热程度，从根本上克服了电机纵向布置传动形式存在的漏油、噪声大等诸多不足。

2. 为了增强机身的整体刚性及部件强度，液压传动部和电控箱合二为一设计，采用轧制钢板焊接结构，组焊后箱体整体回火处理，从而有效地增强了机身整体刚性和部件强度。

3. 整机无底托架，机身三大部件之间采用大直径双定位销和四个楔形亚铃销以及螺钉联接紧固，该结构连接牢固可靠，同时降低了采煤机的高度，增加了过煤空间。

4. 液压系统与MG150/375—W型采煤机完全相同，工作原理简单，液压元件可靠性高，系统工作裕度大，故障率低。

5. 摇臂内传动件全部借用MG150/375—W型采煤机，裕度大，可靠性高。

6. 调高油缸与液压锁采用分体式设计，方便故障处理及零部件的更换。

7. 操纵灵活方便，机身中间设有牵引，调高操作手把，机身两端设有液控调高按钮和急停按钮。

8. 拖缆架采用可翻转式设计，有效地解决了较薄煤层工作面出现的电缆弯转与拖缆架干涉的问题。

缆架干涉的问题。

9. 行走箱内的行走轮采用了可实现自润滑的轴承代替原钢套或铜套的结构，可不用注油润滑，减少了维护的工作量，且提高了可靠性。

10. 牵引电机，截割电机冷却水冷却电机后自由流出，提高了电机冷却的可靠性，使电机工作更加可靠。

11. 将管路尽可能布置在机壳内部，使胶管的防护可靠，整机无护罩。

12. 机面高度低，对开采较薄煤层有良好的适应性。

13.通过更换中间箱和液压马达，本采煤机即可改装为电牵引形式的采煤机。

2.3采煤机的组成部分及其作用
采煤机由截割部、牵引部、电器设备以及辅助装置四大部分组成：1、截割部
主要包括螺旋滚筒，弧形挡煤板，固定减速箱（大摇臂）以及滚筒跳高装置。

螺旋滚筒是一个带有螺旋叶片的圆形滚筒，叶片上装有截齿，滚筒旋转时截齿就将煤破落。

弧形滚筒是一个半圆形挡煤板，位在滚筒后面。

滚筒旋转时，破落的煤炭在滚筒的螺旋叶片和弧形挡煤板的共同作用下装入运输机溜槽。

固定减速箱体内装有四级减速齿轮和液压传动装置，电动机经四级齿轮减速后带动螺旋滚筒旋转。

液压传动装置包括柱塞泵、安全阀、分配阀、液压锁、油缸、活塞杆、小摇臂以及油管接头。

当活塞杆推动小摇臂时，大摇臂就以固定减速箱为点上、下摆动，从而实现滚筒跳高。

2、牵引部
主要包括减速箱、牵引卷筒、导绳轮和操作手把。

减速箱内装有液压传动装置与减速齿轮装置。

液压传动装置是采煤机牵引动力的动力来源，它包括叶片油泵、叶片马达、单向阀组、安全阀、分配阀以及液压管路和接头等。

采煤机牵引速度的调节就是借液压传动系统的油泵流量变化来实现的。

齿轮减速装置由四级减速齿轮组成，其高速端与液压马达输出轴相连，低速端与牵引卷筒相连。

牵引卷筒主要作用是实现钢丝绳摩擦牵引。

钢丝绳在卷筒上缠绕3-4圈摩擦后，引出两个头，并分别经截割部与牵引部的导向滑轮，沿整个工作面的长度在运输机两段固定。

操作手把和一组按钮。

3 、辅助装置
主要包括电缆架、喷雾装置与绳索装置。

电缆架胶接在牵引部底托架后面，采煤机采煤时，电缆盘绕在架上。

喷雾装置用于灭尘，保障生产安全和矿工健康。

紧绳装置包括两个弹簧筒，两根拉杆和一台紧绳铰车或专用紧绳卡具。

4 、电器设备
包括电动机和操作保护电器设备。

2.4 主要技术参数及配套设备
最大生产能力（t/h）：550；
采高（m）：1.2～2.7
滚筒直径（m）：￠1.25 ￠1.4 ；
截深（m）：0.6
滚筒转速（r/min）：46 52 ；
机面高度（m）：0.97
牵引速度（m/min）：0～5.5；
卧底量（mm）：134～209
过煤高度（mm）：330；
最大牵引力（KN）：300
液压系统最大工作压力（MPa）： 12.5；
电压（V）：1140
灭尘方式：内外喷雾；
外型尺寸（mm）：5894×975×735
重量（T）：17.717（不含滚筒和挡煤板）
最大不可拆卸部件为中间箱，其尺寸及重量如下：长×宽×高（mm）：25 30×940×650
重量（T）：4.5;
配套运输机型号：SGD630/220W SGZ630/220；
配套供水管型号：KJR25
配套电缆型号：UCPQ3×70+1×16+3×6；
配套电气开关型号：DQZBH—300/1140
截割电机型号：YBRB—132；
牵引电机型号：YBRB—55
主泵型号：ZB125；
调高泵型号：A2F10R4P1；
马达型号：A2F107
第三章MG132/320-W型采煤机牵引部
箱体的工艺分析
3.1 采煤机箱体的功用与结构特点
箱体是部件和组件的基础零件，它把许多的零件连接成一体，使各个零件之间具有确定的相对位置和相对运动关系，这就组成了具有一定功能的箱体部件，如机床主轴箱部件，各类减速器部件等。

箱体零件的结构形式和加工质量对于整个机器的使用性能，如振动、噪声、发热、寿命、效率、工作精度等都要很大的影响，所以对于箱体零件的设计和制造，人们总是给予
很高的重视。

箱体的结构形式一般有两种：一种是整体式的，如机床主轴箱箱体，另一种是剖分式的，如各类减速箱箱体。

箱体零件的结构一般都比较复杂。

壳臂较薄，内部成腔形。

箱体上的外臂和内腔常常设置加强筋和隔板，以便增强刚度和改善散热条件。

箱体零件一般具有精度要求较高的平行孔等加工表面。

矿井用箱体零件的特点：
由于井下空间小，箱体工作载荷大，工作条件差，并常有煤块，岩石撞击等，因而要求箱体的尺寸小，结构紧凑，并具有足够的强度。

所以一般都采用铸钢件或球墨铸铁件作为井下箱体零件材料。

同铸铁相比，铸钢的铸造性能和加工性能较差。

由于井下煤尘和瓦斯的存在，井下工作机械的防爆面必须具有很高的防爆性能，以防止火花逸出而引起爆炸。

具体要求为：不动防爆面的表面粗糙度Ra值应小于5um，活动防爆面的表面粗糙度Ra值应小于2.5 um；防爆面要有足够的接触长度和较小的配合间隙；防爆腔必须做水压实验，确保在8个大气压的条件下持续一分钟不致发生渗漏。

防爆面上的气孔和砂眼要进行焊接和填补。

3.2 箱体加工工艺过程分析
3.2.1 MG132/320-W牵引部箱体的工艺分析及工艺规程
一、零件图样分析
由于牵引部箱体的技术要求较高，故加工时应分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。

但因为该零件刚性好，不易变形，所以划分加工阶段不宜过细。

拟定加工过程时应遵循以下原则：
1、先面后孔的加工原则。

因为箱体的孔比平面难加工，先以孔为粗基准加工平面，再以平面为精
基准加工孔，不仅为孔的加工提供了稳定可靠的精基准，使孔的加工余量均匀；而且由于箱体上的孔大部分都分布在箱体平面上，先加工平面，去除了铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷，对孔的加工比较有利（特别是钻孔时不易使轴线偏斜），便于切削、避免刀具破损和调整刀具等。

2、粗精加工分开原则。

由于箱体的结构复杂，主要加工表面的精度高，粗精加工分开进行，可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、夹紧力和切削液对加工精度的影响，有利于保证箱体的加工精度。

根据粗、精加工的不同要求合理的选用设备，有利于提高生产率。

精度高和表面粗糙度要求高的主要表面精加工工序放在最后，也可以使其表面避免因加工其他次要表面或搬运安装时被破坏。

3、妥善安排热处理工序。

一般情况下，铸造后进行时效处理，以便减少铸造内应力，改变金相组织、软化表层金属，改善材料的加工性能，减少变形，保证加工精度的稳定性。

对于精度要求较高或壁薄而结构复杂的箱体，在粗加工后进行一次人工时效处理，以消除粗加工所造成的内应力，以确保箱体加工精度的稳定性。

二、牵引部箱体机械加工工艺过程卡片（见附录3）
卡片上详细写出牵引部箱体的加工工艺规程，加工时按照卡片上的工序加工，严格保证加工精度。

三、牵引部箱体的工艺分析
1）铸件必须进行时效处理，以消除应力。

有条件时应在露天放一年以上再加工。

2）为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件的主要定位基准集中在底面上。

3）镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支撑镗削”方法，以增加镗杆的刚性，提高加工精度。

对直径较小的孔，应采用钻、扩、铰加工方法。

为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再
加工其他孔的方法。

4）为了提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。

5）铸造时一般Φ50mm以下的孔不铸出。

6）孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。

轴内孔之间距离的测量可以通过孔与孔之间壁厚进行间接测量。

7）同一轴线上的孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。

8）各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验心轴进行测量。

9）数控加工时各孔的正确位置是靠手动控制坐标来完成的，为更好地保证加工质量，单件小批量生产时也可采用组合夹具镗模进行加工；批量较大时，应采用专用镗模进行加工。

10）非加工表面进行喷丸处理。

11）齿轮腔涂磷化底漆，其他表面涂防锈漆。

四、定位基准的选择
由于牵引部箱体的加工主要属于孔系加工，所以对精度要求比较高，一定要选择好定位基准。

我选择的是以底面焊好工艺块为基准来进行定位与装夹。

1、精基准的选择
精基准的选择主要与加工表面的精度要求有密切关系。

选择精基准时，应首先考虑“基准统一”原则，所选的精基准最好是装配基准（或设计基准），以避免基准不重合而产生基准不重合误差。

此外，精基准还应保证主要加工表面的加工余量均匀，具有较大的支撑面，使定位和夹紧可靠。

2、粗基准的选择
选择粗基准主要考虑加工表面与不加工表面之间的相互位置关系以及加工表面的余量均匀性问题。

一般选择箱体上较为重要的毛坯作为粗基准。

在单件小批量生产中加工粗基准时，可采用划线找正的方法。

划线时，要核对箱体内各零件与箱壁见的尺寸，保证有足够的间隙，以免零件之间相
互干涉。

采用划线找正法，可减少专用夹具，缩短生产准备时间，但加工精度较低，对刀调整时间长，生产率低。

在大批量生产中，一般采用专用夹具加工。

以保证主要孔加工余量均匀和减少辅助工时，提高生产率。

3.2.2 箱体加工误差分析
1、平面加工中的误差分析
箱体零件的结合面，定位面等是具有较高平面度要求的加工面，经常出现平面度误差。

以端面铣削为例，归纳起来有下列几种原因。

1）、端铣时铣床主轴线同走刀方向的垂直度误差。

2）、夹紧力的位置和大小的影响。

3）、切削力造成的变形。

4）、内应力的影响。

5）、切削热的影响。

6）、机床本身的静误差。

2、孔系加工中的误差分析
1）、杆、导套的静误差
若镗杆和导向套间存在间隙，在切削力和镗杆重力的共同作用下，镗杆和回转轴线将是不固定的。

2）、轴线位置的静误差
若镗床主轴回转轴线同工作台进给方向有平行度误差，则加工孔在垂直于主轴回转轴线的截面内真圆，在垂直于工作台进给方向截面内椭圆，不过椭圆度甚小。

3）、杆的弹性变形
在悬臂镗削时，作用于镗杆上的力有轴向切削力
4）、主轴弹性变形
机床主轴的受力变形由重力、切削力和传动引起的。

传动力的方向是不变的，而切削力的方向在时时改变因而它们合力的大小和方向也在时时变
化，加之轴承各点刚度不等会引起回转轴线变化，从而造成内孔表面的圆度误差。

5）、受力点位置变化影响
进给方式不同会影响镗杆的受力点位置。

因镗杆悬伸长度不变，所以工件孔中心线直线度很好，孔径减少到较少。

镗杆送进的悬臂镗削，因镗杆悬伸长度不断变化，在可加工长孔时会产生圆度误差，加工多段同轴孔时会产生同轴度误差。

所以在对形状精度要求较高的场合，总是优先考虑工作台面进给方式。

6）、工件的夹紧变形
由于夹紧力过大或过于集中，夹紧位置不当等都可能造成夹紧变形而影响孔的几何形状精度。

夹紧力过大，加工后内孔成为椭圆。

将集中载荷改为分布载荷，或减小精加工夹紧力等，上述变形可以避免。

3、毛坯材料硬度不均和余量不均的影响
1）、力的影响
相临的孔由于收缩不同步切削处理后的内应力重新分布，便造成孔的圆度误差。

为此，毛坯需要很好的时效处理。

2）、工艺系统热变形的影响
热变形会造成机床上主轴轴线倾斜，这时如采用工件进给就会出现孔的圆度误差。

由于孔壁厚度不均在切削力作用下，薄处温度高，变形大，厚处温度低，变形小，若粗精加工连续进行，将会使薄处少切，厚处多切，冷却后便造成圆度误差。

采用粗精加工分开和充分冷却可以有效的消除这项误差。

第四章MG132/320-W牵引部箱体数控加工
工艺分析及程序的编制
4.1 数控加工工艺分析
4.1.1 牵引部箱体数控加工内容
我主要选择了牵引部箱体上的一些主要行孔进行数控加工：
1）、用Φ367mm的镗刀粗镗Φ375孔
2）、用Φ375mm的镗刀精镗Φ375孔
3）、用Φ422mm的镗刀粗镗Φ430孔
4）、用Φ430mm的镗刀精镗Φ430孔
5）、用Φ20mm的铣刀铣120X100的槽
6）、用Φ10mm的麻花钻钻12-M12底孔
7）、用Φ16mm的麻花钻钻4-Φ16孔
8）、用Φ20mm的麻花钻钻10-M24底孔
9）、用Φ68mm的镗刀粗镗5-Φ68孔
10）、用Φ38mm的麻花钻钻5- Φ32透孔
11）、用Φ30mm的麻花钻钻M36底孔
12）、用Φ60mm的镗刀粗镗Φ60孔
13）、用Φ62mm的镗刀粗镗Φ65孔
14）、用Φ65mm的镗刀精镗Φ65孔
15）、用Φ62mm的镗刀粗镗Φ70孔
16）、用Φ70mm的镗刀精镗Φ70孔
17）、用Φ82mm的镗刀粗镗Φ90孔
18）、用Φ90mm的镗刀精镗Φ90孔
4.1.2 数控机床的选择
本次设计所加工的零件是采煤机左牵引部箱体，加工工位较多，需工作台多次旋转才能完成加工零件，初步选择为卧式镗铣类加工中心。

1. 类型选择
考虑加工工艺、设备的最佳加工对象、范围和价格等因素，根据所选零件进行选择。

如，加工两面以上的工件或在四周呈径向辐射状排列的孔系、面的加工，如各种箱体，应选卧式加工中心；单面加工的工件，如各种板类零件等，宜选立式加工中心；加工复杂曲面时，如导风轮、发动机上的整体叶轮等，可选五轴加工中心；工件的位置精度要求较高，采用卧式加工中心。

在一次装夹中需完成多面加工时，可选择五面加工中心；当工件尺寸较大时，
如机床床身、立柱等，可选龙门式加工中心。

当然上述各点不是绝对的，特别是数控机床正朝着复合化方向发展，最终还是要在工艺要求和资金平衡的条件下做出决定。

2.参数选择
加工中心最主要的参数为工作台尺寸等，根据确定的零件族的典型零件进行选择。

1）工作台尺寸
这是加工中心的主参数，主要取决于典型零件的外廓尺寸、装夹方式等。

应选比典型零件稍大一些的工作台，以便留出安装夹具所需的空间，还应考虑工作台的承载能力，承载能力不足时应考虑加大工作台尺寸，以提高承载能力。

2）坐标轴的行程
最基本的坐标轴是X、Y、Z，其行程和工作台尺寸有相应的比例关系。

工作台的尺寸基本上决定了加工空间的大小。

如个别工件的尺寸大于机床坐标行程，则必须要求工件的加工区处在机床的行程范围之内。

3）主轴电动机功率与转矩
它反映了数控机床的切削效率，也从一个侧面反映了机床的刚性。

同一规格的不同机床，电动机功率可以相差很大。

应根据工件毛坯余量、所要求的切削力、加工精度和刀具等进行综合考虑。

4）主轴转速与进给速度
需要高速切削或超低速切削时，应关注主轴的转速范围。

特别是高速切削时，既要有高的主轴转速，还要具备与主轴转速相匹配的进给速度
精度选择
3.精度选择
机床的精度等级主要根据典型零件关键部位精度来确定。

主要是定位精度、重复定位精度、铣圆精度。

数控精度通常用定位精度和重复定位精度来衡量，特别是重复定位精度，它反映了坐标轴的定位稳定性，是衡量该轴是否稳定可靠工作的基本指标。

铣圆精度是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的主要指标之一。

一些大孔和大圆弧可以采用圆弧插补用立铣刀铣削，不论典型工件是否有此需要，为了将来可能的需要及更好地控制精度，必须重视这一指标。

数控精度对加工质量有举足轻重的影响，同时要注意加工精度与机床精。