大型透平盤液壓自動(dòng)讓刀拉削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究分析

彭會(huì)文 王 梅 趙西松

（沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110034）

1 引言

透平盤的榫槽為棕樹型，一般都采用拉削的方法加工，普通發(fā)動(dòng)機(jī)的透平盤所用的設(shè)備由側(cè)臥拉、立拉和普通臥拉。側(cè)臥拉、立拉是可以自動(dòng)拉削的，設(shè)備一般都是進(jìn)口，價(jià)格昂貴。普通臥拉設(shè)備簡單，可用國產(chǎn)設(shè)備，費(fèi)用低。對于大型透平盤的加工，采用側(cè)臥拉、立拉加工，進(jìn)口設(shè)備及其昂貴。采用普通臥拉的方法加工存在以下的問題：（1）由于盤的尺寸大，槽口尺寸也大，需要拉刀的長度長，數(shù)量多。人工上刀和抬刀的工作量大，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工效率低。（2）由于盤的尺寸大，重量重，定位和鎖緊的力比較大，人工鎖緊不僅費(fèi)力，可靠性也不好，一旦工件錯(cuò)位，整個(gè)盤就要報(bào)廢，損失是巨大的。為了保證采用普通臥拉的方法加工大型透平盤，必須有一套液壓控制可自動(dòng)讓刀、分度、鎖緊的夾具系統(tǒng)。下面就對某大型燃機(jī)的透平盤的拉削夾具的設(shè)計(jì)研究的過程進(jìn)行一下介紹。

2 工件簡介與工藝分析

2.1 零件特點(diǎn)分析

大型透平盤是燃機(jī)動(dòng)力渦輪的主要零件，它工作在高溫環(huán)境下，材料是耐高溫的，比較難加工。以重燃三級(jí)透平盤為例，它加工的切削力大，對設(shè)備和工裝的強(qiáng)度要求都很高，加工難度很大。采用普通臥拉的方法加工，經(jīng)過計(jì)算和分析，共需要46把拉刀，也就是每個(gè)槽都需要46把刀才能加工完成，共有74個(gè)槽，拉削完一個(gè)盤需要3404次拉削。

2.2 加工方案的選擇

根據(jù)目前設(shè)備情況，零件榫槽的加工可以有兩種方法。第一種方法是采用數(shù)控銑加工，但加工費(fèi)用高，加工效率低，而且榫槽加工的精度比較低，一致性不好。第二種方法是采用拉削加工，加工的特點(diǎn)是加工精度好，加工效率高，第一次投入工裝后，再加工時(shí)不用重新投入工裝，對兩件以上的生產(chǎn)量，加工費(fèi)用較低。缺點(diǎn)是工裝結(jié)構(gòu)大而復(fù)雜，制造周期長。拉具費(fèi)用與數(shù)控銑加工一個(gè)盤的費(fèi)用差不多，根據(jù)生產(chǎn)需求選擇拉削加工。為保證加工質(zhì)量，提高加工效率，減輕工人工作強(qiáng)度，拉削工裝系統(tǒng)要求液壓控制，可自動(dòng)讓刀、分度、鎖緊和消除間隙的機(jī)構(gòu)。

3 拉削工裝系統(tǒng)方案的確定

3.1 工裝結(jié)構(gòu)方案的確定

拉具是由兩部分組成，一部分是拉具座，另一部分是拉具。拉具座是拉具與設(shè)備連接的轉(zhuǎn)接體，由于要實(shí)現(xiàn)側(cè)移讓刀，拉具座由定板和滑板組成，定板通過中心環(huán)和定位銷定位，用螺釘固定到拉床工作臺(tái)上，滑板由主拖動(dòng)油缸拖動(dòng)，連同拉具實(shí)現(xiàn)側(cè)移，拉具座還有拉刀的導(dǎo)向功能，保證拉刀的拉削方向，拉具座有一定的通用性。拉具安裝在拉具座的滑板上，具有保證零件正確定位、可靠裝夾的功能，零件裝夾在拉具上。

圖1

圖2

3.2 工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 拉具座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拉具座的結(jié)構(gòu)見圖一，№1定板與設(shè)備工作臺(tái)安裝，是整個(gè)系統(tǒng)的基座?！?滑板通過主油缸驅(qū)動(dòng)滑板的側(cè)移，帶動(dòng)拉具和零件側(cè)移讓刀，使拉刀推回，滑板回位?！?滑板鎖緊機(jī)構(gòu)，保證在拉削時(shí)零件不移動(dòng)和不振動(dòng)?！?拉刀導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

系統(tǒng)的側(cè)移讓刀是減輕工人操作的工作強(qiáng)度，提高工作效率的關(guān)鍵，主要通過拉具座上的滑板由油缸推動(dòng)來完成，根據(jù)盤的大小和拉槽尺寸可計(jì)算出最小側(cè)移量，但側(cè)移距離太大，不但拖動(dòng)油缸行程大，而且系統(tǒng)重心偏移大穩(wěn)定性受影響，因此要有一個(gè)合適的側(cè)移量，計(jì)算方法如下：

盤的直徑為1930MM，所拉榫槽寬為68MM，榫槽深65MM，拉具測移量應(yīng)大于槽型移出盤徑以外，盤的結(jié)構(gòu)示意圖（見圖二）。

根據(jù)圖示可得圓盤最小側(cè)移量：

考慮到側(cè)移量大于X值就可以滿足讓刀要求，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到拉具座的通用范圍，我們把側(cè)移量給定為430MM。油缸的行程選為450MM。

3.2.2 拉具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拉具的作用是保證零件處于正確的加工位置，并保證這一位置在加工中不變。三級(jí)透平盤的拉具結(jié)構(gòu)見圖3，拉具通過定位銷和螺釘安裝在拉具座上，零件裝夾在拉具上。拉具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)有三點(diǎn)：

圖3

第一點(diǎn)是準(zhǔn)確的定位，包括拉具的安裝定位和零件的定位。拉具的安裝定位是保證拉具的正確安裝，由于零件有一個(gè)進(jìn)氣角，零件要與拉床工作臺(tái)有一定的角度，拉具是斜的，要保證零件拉槽中心與拉刀中心一致，拉刀槽面與拉具中心位置也要保證。在設(shè)計(jì)時(shí)，拉具的兩個(gè)定位襯套設(shè)計(jì)成內(nèi)圓外方結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要調(diào)整拉具的安裝定位時(shí)，調(diào)整定位套與方孔的配合面就可完成。零件在拉具上的定位是端面和止口，同時(shí)考慮到零件重量大，裝夾困難，采用中心孔進(jìn)行初定位，由于零件與拉具定位止口存在一定的定位間隙，零件裝夾找正圓跳動(dòng)后，用頂緊機(jī)構(gòu)消除定位間隙，保證零件在拉削過程中定位可靠。

第二點(diǎn)是可靠的分度。零件需要拉削74個(gè)等分槽，拉具要有74等分度的分度機(jī)構(gòu)，分度機(jī)構(gòu)采用油缸推動(dòng)滑塊，帶動(dòng)撥爪推分度盤側(cè)面齒，使分度盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的分度。分度定位機(jī)構(gòu)的插銷油缸將定位插銷插入分度孔中，保證分度的可靠性。分度間隙消除機(jī)構(gòu)的油缸推動(dòng)頂塊頂在分度盤側(cè)面齒槽中，頂緊方向與為分度方向相反，使分度盤定位襯套與分度定位插銷之間保證同面接觸，保證分度的精度，同時(shí)保證拉削過程中保持不變。

第三點(diǎn)是分度盤的軸向拉緊，由于分度盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不可能與軀座拉緊，在拉削時(shí)要拉緊分度盤，確保拉削過程中不產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工質(zhì)量。軸向拉緊機(jī)構(gòu)的軸向拉緊是由一對相互嚙合的凸齒盤進(jìn)行軸向拉緊的，由拉緊油缸推動(dòng)凸齒盤的動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，與固定在軀座上的凸齒盤定盤相互偏轉(zhuǎn)，推動(dòng)芯軸拉緊分度盤。

拉具的工作原理，拉具的工作狀態(tài)首先是主拖動(dòng)油缸將滑板及拉具推到工作位置，滑板鎖緊機(jī)構(gòu)在鎖緊油缸的控制下鎖緊滑板，分度油缸推動(dòng)分度機(jī)構(gòu)把分度盤轉(zhuǎn)到分度位置，分度定位機(jī)構(gòu)油缸將插銷推入分度襯套中，分度間隙消除機(jī)構(gòu)的油缸推動(dòng)頂塊消除分度間隙，軸向拉緊機(jī)構(gòu)油缸推動(dòng)凸齒盤將分度盤拉緊，上拉刀進(jìn)行拉削，拉刀拉過之后，滑板鎖緊機(jī)構(gòu)松開，主拖動(dòng)油缸將滑板及拉具拉出一定側(cè)移量，分度間隙消除機(jī)構(gòu)的油缸拉回頂塊，分度定位機(jī)構(gòu)油缸將插銷拉出，同時(shí)拉刀由設(shè)備推出，完成一次拉削，循環(huán)以上動(dòng)作完成零件的拉削加工。該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：

（1）分度可靠，分度精度高。

（2）消除了分度的定位間隙，定位的重復(fù)性好。

（3）該機(jī)構(gòu)是液壓機(jī)構(gòu)，光電自動(dòng)控制油缸動(dòng)作順序，操作簡單便捷，安全可靠。

結(jié)論

該夾具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，滿足了生產(chǎn)的要求，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量指標(biāo)，液壓讓刀機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了拉具的側(cè)移和可靠的復(fù)位壓緊，保證了夾具定位的穩(wěn)定，由于采用了自動(dòng)讓刀機(jī)構(gòu)，把工人的裝卸拉刀的工作量減少了74倍。同時(shí)采用液壓自動(dòng)分度、鎖緊和消除間隙等機(jī)構(gòu)，提高了加工的精度，大大減輕了工人的工作強(qiáng)度，提高了加工效率。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較先進(jìn)，對類似件的加工有一定的借鑒作用，有一定的推廣價(jià)值。

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