基于3.2M滾齒機的樅樹形葉根槽的加工

（長沙賽爾透平機械有限公司 ，湖南 長沙 410100）

基于3.2M滾齒機的樅樹形葉根槽的加工

李 勇 范萬生

（長沙賽爾透平機械有限公司 ，湖南 長沙 410100）

對3．2M滾齒機進行技術(shù)改進，定制科學(xué)的加工方案并進行工藝試驗，完成了整鍛式轉(zhuǎn)子輪盤上樅樹形葉根槽的加工，為樅樹形葉根槽在滾齒機上的加工積累了經(jīng)驗。

滾齒機；樅樹形葉根槽 ;加工

概述

圖1 整鍛式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)子是汽輪機的關(guān)鍵件，空間扭曲的葉片通過葉根與轉(zhuǎn)子輪盤連接，然后一起在高溫高壓的火紅蒸汽中高速旋轉(zhuǎn)，承受著離心力、彎矩和扭矩的作用。如此復(fù)雜的工況下，若葉片脫離輪槽飛出，則足以擊穿缸體，沖破廠房，這就對轉(zhuǎn)子設(shè)計和制造提出了高要求。按照制造工藝轉(zhuǎn)子可分為套裝式、整鍛式、組合及焊接式。整鍛式轉(zhuǎn)子，葉輪和主軸是整體的，不存在高溫松動情況，裝配零件少，結(jié)構(gòu)緊湊，強度高，剛性好，但是生產(chǎn)難度高、價格高、周期也長。

葉片與轉(zhuǎn)子輪盤的連接，根據(jù)葉根截面形式可分為叉形、菌形、T形、樅樹形。樅樹形接近等強度結(jié)構(gòu)，強度適應(yīng)性好，裝配方便，運行可靠。整鍛式轉(zhuǎn)子樅樹形輪槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，加工難度大，一旦加工出錯，導(dǎo)致報廢，造成損失經(jīng)濟巨大，所以在汽輪機制造中是一個難點與重點。行業(yè)類樅樹形輪槽一般采用數(shù)控鏜銑床加工或者專用拉床加工。

目前某公司承接的工業(yè)汽輪機其關(guān)鍵件轉(zhuǎn)子為六級整鍛式，轉(zhuǎn)子最大外形φ600mm×2150mm，其六級輪盤的葉根槽全部是樅樹形，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及第六級輪盤的葉根槽見圖1。該轉(zhuǎn)子上輪盤的樅樹形葉根槽加工尚為首次，由于公司現(xiàn)有加工設(shè)備的限制，最后只能采用國產(chǎn)3.2M滾齒機加工轉(zhuǎn)子輪盤葉根槽。

1 3.2M滾齒機存在的問題及改造

1.1 3.2M滾齒機存在問題

滾齒機后立柱端面至工作臺面距離1630mm小于了轉(zhuǎn)子軸向長度2150mm，無法裝夾工件。卡盤卡爪的夾緊螺桿與螺母間隙大，致使夾緊時工件校不正。刀具徑向跳動0.08mm，影響加工精度，不能加工?，F(xiàn)有0.075mm/r走刀量，不能滿足切削的要求，容易崩刃、斷刀。僅靠看標尺控制刀具的進刀深度，不能精確地保證每個輪槽深度一致。

1.2 滾齒機改進設(shè)計

（1）原滾齒機后立柱端面至工作臺面距離為1630mm，滿足加工需要設(shè)計制作了加高塊，加高快材質(zhì)HT300，高度800mm，并與原后立柱以及底座采用螺栓聯(lián)接，并配打定位銷，從而能實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的裝夾定位。

圖2 銑刀錐套裝配示意圖

（2）設(shè)計制作特殊卡盤卡爪，卡爪上增加四瓣較長較厚的長弧形銅墊塊，再旋緊夾緊螺桿時，卡盤爪不再向上翹而是水平方向施力夾緊工件，百分表指針穩(wěn)定，很容易校正工件實現(xiàn)了工件同工作臺旋轉(zhuǎn)一周百分表跳動小于0.022mm，達到要求的精度。

（3）刀具跳動問題。通過檢查，發(fā)現(xiàn)刀架座套精度良好，而銑刀錐套喪失原有精度，于是重新添置高精度的銑刀錐套，重新檢測，刀具跳動小于0.02mm，達到要求，可以加工。銑刀錐套裝配如圖2所示

（4）進刀機構(gòu)

為實現(xiàn)可調(diào)的走刀量，對走刀傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計，采用一臺電動機+行星擺線減速機+輸入走到運動的直齒輪，調(diào)整減速裝置的幾何位置，使直齒輪與走刀運動系統(tǒng)的一個掛輪相嚙合，同時拆卸下與該掛輪原來相嚙合的主動齒輪。通過該減速裝置使銑刀機動走刀，在驅(qū)動電動機的動力線路上接入電流表，便可以顯示電流大小并能方便地調(diào)節(jié)，以改變銑刀的走刀量。經(jīng)過走刀系統(tǒng)傳動鏈運動的計算，完全實現(xiàn)了銑刀的走刀量從0.001mm/r，起步，進行實際的切削試驗。該減速裝置如圖3所示。

（5）進刀深度控制方法

工件分度后粗、精銑樅樹形葉根槽時，槽全深的不等偏差規(guī)定在0.08mm以內(nèi)，要達到所有槽的進刀深度在規(guī)定的偏差以內(nèi)，只看標尺進刀是十分危險的。為此，設(shè)計了百分表監(jiān)視和行程擋塊終點限制的雙重監(jiān)控方法，采用機動和手動交替進刀，有效實現(xiàn)了進刀深度的控制。

圖3 減速裝置示意圖

圖4 改進后滾齒機加工示意圖

表1 切削參數(shù)表

改進后滾齒機加工示意圖如圖4所示。

2 工藝過程設(shè)計

2.1 工藝方案

（1）工件安裝、定位、校正，夾緊后跳動小于0.022mm；

（2）粗銑輪槽，用梯型盤銑刀在第一級輪盤上銑出全部梯形槽。

（3）半精銑輪槽，用樅樹型葉根槽粗銑刀粗銑出第一級輪盤上的

各葉輪槽。

（4）精銑輪槽，用樅樹型葉根槽精銑刀再精銑出第一級輪盤上的各葉根槽。

（5）按上述各步加工順序，依次加工好第二、三、四、六、五各級輪盤上的葉根槽。第五級輪盤直徑較小，只能用直徑大一些的梯形盤銑刀來完成預(yù)銑梯形槽，故放在最后換刀加工。

（6）清理，去毛刺。

2.2 切削參數(shù)

（1）汽輪機轉(zhuǎn)子材料為鉻鎳鉬釩鋼，熱處理后的硬度較高HB321，加工中刀具及切削參數(shù)也是一個難點，樅樹形銑刀受到葉根槽結(jié)構(gòu)及尺寸的限制，隨之限制了刀具的結(jié)構(gòu)強度和容屑能力，尤其是一次性進入葉根槽的全深，切削量大，切削阻力就很大，振動就很大，容易崩刃、斷刀。 為此根據(jù)轉(zhuǎn)子材料、機床的加工性能、允許的切削量、刀具的剛性以及耐用度，結(jié)合實際試切實驗，最終確定了切削參數(shù)見表1。

（2）選用潤滑效果較好的硫化油作為冷卻潤滑液。

加工過程中，需減少刃口堆積并保護刀具尖端不受磨損，延長刀具使用壽命，以減少因更換刀具和修整刀具而造成的停機時間。表面加工精度和粗糙度也要嚴格控制。油基切削液的潤滑性能較好，冷卻效果較差，適合于切削速度低于30m/min。綜合評價，并試用后選擇硫化油作為冷卻潤滑液。

2.3 檢驗方法

各輪盤的葉根槽用標準樣板檢查，其余用量具檢查。

結(jié)語

經(jīng)公司技術(shù)員和操作人員共同努力，通過上述措施順利完成了該轉(zhuǎn)子樅樹型葉根槽的加工任務(wù)，一般葉根槽的全深誤差在0.04mm，少量在0.06mm以內(nèi)，葉根槽的不等距偏差在0.06mm以內(nèi)，葉根槽的表面粗糙度達Ra3.2，各項檢測結(jié)果均符合設(shè)計要求。如期完成交付用戶，獲息現(xiàn)場試車、運行平穩(wěn)良好。

本次加工實例在3.2M滾齒機上順利完成，為樅樹型葉根槽的加工開辟了新方法，積累了寶貴經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。

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