全断面岩巷掘进机刀盘的加工
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摘 要：随着我国大力发展全断面隧道掘进机进行地下施工技术，国内许多大型煤矿也同时将这项技术应用到了煤矿岩巷的施工中，煤矿采用盾构施工法进行施工我国在全球范围内处于领先地位，为更好地适应矿井建设和采区的准备，就需要提供高质量的掘进机进行施工。刀盘是整台掘进机中最重要的部件之一，如何制造出更好的满足矿井条件要求的刀盘，才是完成井下掘进施工的根本条件。本文介绍了全断面岩巷掘进机分瓣式刀盘的加工及制造难点。
关键词：刀盘边块 刀盘中心块 基准面 加工角度
中图分类号：TH132.425 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（c）-0101-02
1 岩巷掘进机刀盘组成及煤矿岩巷特点
（1）下面针对某煤矿项目采用的岩巷隧道掘进机的刀盘进行分析介绍，如附图所示。刀盘体主要由五部分组成，分为上、下、左、右边块以及中心块。刀盘体分别由上述边块及中心块两两组合到一起，组成一个直径6.1m公差5mm范围内的圆形刀盘。刀盘的各边块及中心块需要分别通过精确加工结合面和结合面上把合孔的方法满足组合成一体的要求。
（2）煤矿巷道不同于普通隧道，煤矿巷道大多深度在千米左右且存在可燃气体爆炸风险同时煤矿的起重能力也限制了刀盘的结构组成，因此对掘进机刀盘的加工难度、加工质量和设备安全性要求极其严格。刀盘体位于掘进机的最前端也是掘进机最主要的工作部件，刀盘的制造质量直接影响整台设备的工作质量和工作效率。
2 刀盘的技术要求
（1）刀盘边块为外侧圆弧形，内侧多边形结构，边块上表面分布多个刀箱，刀箱半径尺寸需控制在±2mm范围内，两侧90°斜面需保证垂直关系并确保把合面3160尺寸公差在0.41mm范围。
（2）刀盘中心块为四边均为3160mm的正方体，公差要求控制在+0.5mm范围。
（3）边块与中心块、边块与边块形成两两组合，并用螺栓把合成一體，每面上的螺栓孔多达2051个。
（4）刀盘各瓣加工后需整体组合，刀盘体组合后直径达到φ6100mm，半径公差5mm以内，刀盘掌子面平面度要求在5mm范围内。
3 刀盘各瓣体的加工及难点
（1）刀盘边块的外形尺寸4316×1500×1480，重量为14127kg，加工面有角度公差要求。根据工件图纸尺寸信息，参考我公司现有机床配制能力选用13米数控龙门铣及数控落地镗进行加工。
（2）首先需要对刀盘边块各加工面划加工基准参考线，以保证各加工面的均匀切削，同时安排粗加工与精加工分开的方式切削，可以有效控制工件在加工过程中由切削热及残余应力释放所带来的工件变形，保证0.1mm的形位公差。
（3）刀盘加工基准的选取是加工刀盘边块非常重要的环节，也是决定刀盘最终加工质量最关键的第一步，刀盘掌子面是刀盘在现场施工的主要工作面，工作面上刀箱位置决定滚刀的安装位置，因此，在加工时首先考虑以刀盘掌子面为水平找正基准，再以各刀箱的半径尺寸来确定刀盘边块把合面的加工余量，调整工件同时满足上述两个条件后，将工件在合适位置用压板压牢固，防止工件在加工过程中攒动。加工前准确却识别工件重要尺寸和关键部位是加工刀盘边块的基础。
（4）准备工作完成后，首先在刀盘掌子面上指定合适位置加工出4处200mm×200mm深5mm加工基准面，以备后续精加工各把合面及装配时作为找正和测量基准使用，然后开始粗加工把合面并预留出合理的加工余量，特别注意角度面上的余量与直面的长度关系，确保各面切削余量均匀。把合面粗加工完成后，以刀盘中心线及200×200方基准为定位基准分别加工把合面上的工艺孔，用于工序间组合各瓣刀盘体时使用。
（5）刀盘中心块是刀盘体上尺寸最大也是连接各边块的重要部件，直接影响刀盘其它四件边块的组合效果，各瓣边块与中心块粗加工后，需要进入焊接车间将刀座焊接到刀箱内，这一步焊接既要保证刀具在装配时的精度尺寸又要控制焊接刀箱对刀盘本体特别是各结合面的变形情况。焊接后进行整体组对，由于各结合面均留有加工余量，所以需要设计了专用工装测量尺进行检测，确定每一把刀箱位置都满足设计要求，确保尺寸无误后方可根据滚刀半径位置确定每一瓣刀盘体把合面的加工余量。加工余量确定后，分别采用数控机床进行精加工刀盘各瓣边块及中心块的把合面，同时加工把合面上的各把合光孔。由于把合面上的把合孔数量多达几千个，且分为光孔和螺纹孔无规律的交替出现，加工前需先在加工位置上做好标记，一次性将所有光孔加工出来，否则一旦孔的位置或者孔的大小出现错误将很难修复纠正，带来巨大的经济损失。各瓣边块及中心块把合面及光孔加工完成后，再进行一次组对，将把合螺纹孔的位置确定，主要为确保前文提到的刀箱半径及滚刀半径轨迹准确无误，精确加工各处把合螺纹孔及销孔。同时刀盘体各瓣把合孔数量较多，采用分时段加工可以有效降低加工出错的几率，此种方法的实施有效的提高了刀盘的制造质量，保证了图纸要求的粗超度、形位公差及尺寸公差要求同时也降低了制造成本，特别是在缓解机床分配上的压力。
（6）刀盘中心块背面主要加工的是与主轴承连接的连接法兰，连接法兰的技术难点在于控制连接法兰的形位公差和把合孔的位置公差，保证连接法兰与主驱动把合时的接触关系，才能有效的将主轴承的扭矩传递输出给刀盘，使刀盘有效发挥作用。
4 结语
综上所述，此类型刀盘结构较为复杂，所涉及的角度面和孔较多，刀具轨迹半径要求较为严格，采用合理的工艺措施和加工方法可以很好的提高制造质量和缩短制造周期。在当今激烈的市场竞争环境下，开发出领先的技术产品，改善独有的生产工艺，才能有给企业创造更大的市场，才会在不断更新的制造技术和方法上获得优势。
参考文献
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[2] 李震，霍军周，孙伟，等.全断面岩石掘进机刀盘结构主参数的优化设计[J].机械设计与研究，2011，27（1）：83-86，90.
[3] 连秀峰.全断面岩巷掘进机的使用选型[J].煤，2009，18（12）：59-60.
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