可傾軸瓦塊的加工和測(cè)量技術(shù)研究＊

程 萍 張遠(yuǎn)海

(①紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興312000;②申科滑動(dòng)軸承股份有限公司，浙江 諸暨311800)

可傾瓦軸承具有抗振動(dòng)能力強(qiáng)、承載能力高、功率損失小等優(yōu)點(diǎn)，尤其它的高速穩(wěn)定性非常好，不易發(fā)生油膜振蕩，因此在離心式壓縮機(jī)中普遍應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)上看，它主要由軸承殼體、定位銷和瓦塊構(gòu)成。本次生產(chǎn)的可傾瓦軸承內(nèi)含5 片瓦塊，沿軸頸的周圍均勻分布，如圖1 所示。瓦塊與軸頸有正常的軸承間隙量，每塊瓦的外徑都小于軸承殼體的內(nèi)徑，瓦背圓弧與軸承殼體內(nèi)孔是線接觸，它相當(dāng)于一個(gè)支點(diǎn)，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等運(yùn)行條件變化時(shí)，瓦塊能在軸承體的支撐面上自由地?cái)[動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)瓦塊位置，形成最佳潤(rùn)滑油楔［1-2］。下面從可傾瓦軸承的結(jié)構(gòu)出發(fā)，重點(diǎn)介紹瓦塊的加工與測(cè)量技術(shù)。

1 瓦塊加工難點(diǎn)分析

圖2 為瓦塊的零件圖，在分析圖紙及前期的加工、測(cè)量和裝配過(guò)程后，發(fā)現(xiàn)有以下幾個(gè)難點(diǎn)需要解決:

(1)瓦塊的內(nèi)徑、外徑圓弧不同心，內(nèi)表面為主要加工面，尺寸為R17.5+0.155+0.130mm，如何來(lái)保證這個(gè)尺寸精度及如何測(cè)量。

(2)內(nèi)表面粗糙度0.4 μm 如何保證。

(3)兩個(gè)不同心的圓弧表面的中間厚度為8-0.055-0.075mm，如何來(lái)保證這個(gè)尺寸精度及如何測(cè)量。

(4)在對(duì)軸承進(jìn)行裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)，必須要保證瓦塊的上下等厚度在0 ～0.015 mm 范圍內(nèi)，否則就會(huì)安裝不起來(lái)，應(yīng)選擇何種加工方法來(lái)保證它。

2 瓦塊加工工藝

在機(jī)械加工工藝過(guò)程中，針對(duì)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，要采用不同的加工方法和裝備，按照一定的順序依次進(jìn)行加工才能完成由毛坯到零件的過(guò)程。工件的機(jī)械加工有許多方法，加工的目的是要使工件獲得一定的加工精度和表面質(zhì)量，工件加工精度包括尺寸精度、形狀精度和表面相互位置精度。對(duì)于本次加工的瓦塊工件來(lái)講，主要保證的加工精度包括R17.5 mm圓弧面和厚度8 mm 的尺寸精度及內(nèi)外圓弧面的圓柱度等;而表面質(zhì)量主要是指瓦塊內(nèi)圓弧面的粗糙度等［3］。在擬定瓦塊的加工工藝路線時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)［4］:

(1)先粗后精。在安排加工順序時(shí)應(yīng)將各表面的粗加工集中在一起首先進(jìn)行，主要目的是切除各表面上的大部分余量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，提高生產(chǎn)效率;然后再依次集中進(jìn)行各表面的半精加工和精加工，保證各主要表面達(dá)到圖樣要求。

(2)先主后次。工件的加工應(yīng)先安排加工主要表面，后加工次要表面，因?yàn)橹饕砻嫱缶容^高，加工面積較大，容易出廢品，應(yīng)放在前階段進(jìn)行加工，以減少工時(shí)浪費(fèi)，次要表面精度要求較低，又與主要表面有位置要求，應(yīng)在主要表面加工后進(jìn)行加工。

(3)減少工件裝夾次數(shù)，保證工件表面間的位置精度。

針對(duì)以上幾點(diǎn)，結(jié)合瓦塊的特點(diǎn)，充分考慮了加工成本等因素，我們初步有兩種加工方案:

方案一:選用Φ50 mm 的棒料，先在數(shù)控車床上加工外輪廓至尺寸，然后在數(shù)控銑床或加工中心上加工出內(nèi)輪廓，接著再利用線切割割成5 塊瓦，接著再次回到數(shù)控銑床或加工中心上加工瓦塊的另一端，并鉆孔，具體步驟如圖3 所示。

此方法雖然減少了材料浪費(fèi)，并且一次能加工出5 個(gè)瓦塊，可以用于同組使用，但是在加工至第二步，即用銑刀加工內(nèi)表面時(shí)，由于內(nèi)孔較小，冷卻液無(wú)法完全進(jìn)入，導(dǎo)致了工件內(nèi)表面燒傷，無(wú)法達(dá)到圖樣要求的表面精度;另外，此方法要用到的機(jī)床種類較多，裝夾次數(shù)也多，因此并不適合于該工件。

方案二:選用方料，在數(shù)控銑床或加工中心上加工。

該方法只需要一種機(jī)床三次裝夾就能加工完成，不僅加工方便，而且精度上完全能滿足要求。具體操作如下:

材料:由于本次加工的瓦塊尺寸較小，這里選用的毛坯是尺寸為36 mm×25 mm×15 mm 的45#立方體。

第一步:用平口鉗夾住3 ～4 mm 的毛坯，留出的高度為32 mm;然后進(jìn)行對(duì)刀，工件坐標(biāo)原點(diǎn)與程序的坐標(biāo)原點(diǎn)一致。如圖4 所示。

第二步:對(duì)好刀后，首先沿著最大的輪廓進(jìn)行粗加工，即圖4 中的外輪廓，因?yàn)槊髦辉谙露藠A住3 mm左右，所以背吃刀量要小一些，這里選用的是Φ16 mm的銑刀，轉(zhuǎn)速為600 r/min，下刀量為3.5 mm，進(jìn)給量為200 mm/min，加工余量為0. 2 mm，加工至深度32.2 mm為止，加工的時(shí)間為7 ～8 min 左右。加工完外輪廓之后，再加工凸起的R21.5 mm 與R22 mm 輪廓，也是用Φ16 mm 的銑刀，加工深度為2.5 mm，加工的時(shí)間在40 s 左右。完成粗加工后，再換一把精加工的Φ16 mm 銑刀進(jìn)行精加工，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，進(jìn)給量為500 mm/min，控制尺寸到位，所加工的時(shí)間在5 min 左右。到此，上表面的R21.5 mm 與R22 mm 的圓弧面及四周輪廓面加工完成，即除下端的凸臺(tái)及工件總長(zhǎng)度34 mm 外，其余部分已加工完成。

第三步:掉頭加工另一端的凸臺(tái)，并保證圖2 左視圖中的尺寸34 mm。這里需要一個(gè)輔助夾具，然后用Φ16 mm 的銑刀加工凸起的輪廓，同樣采用先粗后精的加工順序。如圖5 所示。

第四步:最后用鉆頭加工中間Φ5 mm 的孔，孔深3.5 mm，至此，工件加工完成。

3 工件關(guān)鍵尺寸的測(cè)量

工件加工完成后，需要檢查工件加工精度，大部分尺寸的測(cè)量一般可以依靠常用測(cè)量工具來(lái)直接完成，如千分尺等，而有些尺寸卻不能直接測(cè)量出來(lái)，如上述講到的

4 實(shí)驗(yàn)分析

按照上述工藝方案及測(cè)量方法，這里分2 組對(duì)該工件進(jìn)行了試加工，每組做了5 件，加工編程借助了CAXA 軟件，由于除一端的凸臺(tái)和Φ5 mm 孔(次要加工面)外，其余部分都是在一次裝夾下完成的，所以10個(gè)工件尺寸全部都符合要求;另外，在上述合理的切削用量下加工出來(lái)的工件，內(nèi)表面的粗糙度也符合要求。實(shí)際上，按照這種加工方法加工出來(lái)的工件，其誤差大小主要取決于機(jī)床誤差和刀具磨損引起的加工誤差，因此大大降低了廢品率。

另外，前面提到工件上下有等厚度要求，如果安裝及加工方法不正確的話，就可能出現(xiàn)工件尺寸雖然符合要求但卻達(dá)不到等厚度要求的現(xiàn)象，如同一工件的上端厚度為(8-0.057)mm，下端厚度為(8-0.075)mm，雖然都在公差范圍內(nèi)，但是等到軸承裝配時(shí)就會(huì)出現(xiàn)困難，即使裝上軸承的使用壽命也會(huì)降低，因此大部分會(huì)做廢品處理。這里我們對(duì)該尺寸測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表1 所示。

從表中的數(shù)據(jù)可知，零件的等厚度滿足0 ～0.015 mm的要求，因此這種加工方法無(wú)論從成本上還是生產(chǎn)效率上都是最優(yōu)的。

表1 2 組數(shù)據(jù)的比較 mm

［1］龔學(xué)清. 可傾瓦軸承制造工藝研究［J］. 東方汽輪機(jī)，2000(3):25 -31.

［2］王永亮，劉占生，錢大帥.可傾瓦軸承瓦塊擺動(dòng)特性［J］.哈爾濱大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，43(9):62 -66.

［3］劉守勇.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007:1 -26.

［4］華茂發(fā). 數(shù)控機(jī)床加工工藝［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011:62 -64.