磁極加強(qiáng)鍵等長(zhǎng)鍵類工件鏜銑加工工藝研究

孫 鵬，宮玉龍

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

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磁極加強(qiáng)鍵等長(zhǎng)鍵類工件鏜銑加工工藝研究

孫 鵬，宮玉龍

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

通過(guò)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)磁極加強(qiáng)鍵等長(zhǎng)鍵類工件鏜銑床加工工藝方法研究，針對(duì)工件本身的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)募庸すに嚪椒爸贫ㄅc相應(yīng)加工工序配套使用的裝夾胎具，優(yōu)質(zhì)、高效的完成了加工工藝過(guò)程，工件各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合圖紙要求，滿足裝配使用。

磁極加強(qiáng)鍵；胎具；粗糙度；數(shù)控龍門銑床

0 引言

磁極、磁軛凸鍵是水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的重要組成部分，與之裝配、配合的磁極加強(qiáng)鍵、磁軛副鍵等部件由于工件自身尺寸較長(zhǎng)，本體單薄，設(shè)計(jì)精度要求高，導(dǎo)致加工困難。磁極加強(qiáng)鍵等長(zhǎng)鍵類傳統(tǒng)加工方法均由龍門刨床完成加工。由于龍門刨床本身加工精度的限制及設(shè)計(jì)要求的不斷提高，如表面粗糙度從Ra12.5提高到目前通用的Ra6.3，在個(gè)別機(jī)組甚至要求達(dá)到Ra3.2，在龍門刨床加工工件加工完成后表面粗糙度及相應(yīng)形位公差已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，經(jīng)常出現(xiàn)不良品情況，影響裝配質(zhì)量和使用，甚至影響機(jī)組安裝后的穩(wěn)定運(yùn)行。

為解決產(chǎn)品加工質(zhì)量問(wèn)題，考慮綜合加工成本，結(jié)合哈電目前現(xiàn)有設(shè)備及相應(yīng)加工能力，決定嘗試采用在水電分廠小龍門數(shù)控銑床進(jìn)行銑削完成加工。通過(guò)數(shù)控加工可以提高生產(chǎn)效率和加工精度，改善勞動(dòng)條件，本次加工研究著眼于既能完成產(chǎn)品鏜銑床加工滿足圖紙要求，又能縮短單件加工時(shí)間降低鏜銑床加工成本的問(wèn)題，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化。

1 長(zhǎng)鍵加工工藝研究

長(zhǎng)鍵類工件哈電設(shè)計(jì)常用材質(zhì)為Q345B鋼板，本次加工工藝研究選用長(zhǎng)河壩水輪發(fā)電機(jī)磁極加強(qiáng)鍵產(chǎn)品進(jìn)行加工試制，磁極加強(qiáng)鍵加工完成后長(zhǎng)3 050 mm，表面粗糙度加工完成后要求Ra6.3以上，尺寸詳見圖1。

圖1 磁極加強(qiáng)鍵

由于沒(méi)有成型加工方法，工件首先必須進(jìn)行試加工，嘗試使用常規(guī)機(jī)加工方式，即工件通過(guò)磁力胎固定后進(jìn)行銑削加工，通過(guò)胎具本身斜度及數(shù)控龍門銑床加工精度保證工件加工完成后符合圖紙要求精度。工件本身較長(zhǎng)且外形單薄，且工件為毛坯件，初始固定于磁力胎后即由于磁力吸附及工件本身表面的不平度使工件出現(xiàn)彎曲。通過(guò)對(duì)工件外形校正及調(diào)整吸附工位消除彎曲現(xiàn)象，加工完成后的工件發(fā)現(xiàn)存在變形嚴(yán)重現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)釋放應(yīng)力并在平臺(tái)平直后，出現(xiàn)局部翹曲，最大翹曲間隙達(dá)5 mm，經(jīng)過(guò)最后配對(duì)校形后仍然無(wú)法滿足裝配使用要求。結(jié)合機(jī)加工序、工步過(guò)程，分析考慮有可能是加工進(jìn)給量過(guò)大導(dǎo)致工件最終變形嚴(yán)重，但在后續(xù)試加工工件通過(guò)調(diào)整機(jī)床銑削進(jìn)給量及胎具裝夾等手段問(wèn)題依然無(wú)法得到較好的解決。通過(guò)有限元計(jì)算工件加工應(yīng)力發(fā)現(xiàn)工件變形是由于刀具在高速銑削過(guò)程中產(chǎn)生抗力及工件殘余應(yīng)力后續(xù)釋放導(dǎo)致，針對(duì)這一問(wèn)題決定采用提制配套粗加工胎具及精加工裝夾胎具完成工件加工。

為了保證工件在加工過(guò)程中應(yīng)力能達(dá)到最大的釋放，從而保證加工完成后工件自然狀態(tài)下滿足圖紙裝配要求，決定對(duì)毛坯件進(jìn)行粗加工、半精加工留加工余量，最后精加工后達(dá)圖紙要求的方法。粗加工采用普通鋼板胎具將工件點(diǎn)焊于胎具上，精加工制作精加工胎具保證加工要求。

精加工胎具結(jié)合工件試加工效果進(jìn)行多次改進(jìn)，首先采用直接裝夾胎具，如圖2所示。通過(guò)壓板將胎具固于胎上，工件側(cè)面進(jìn)行相應(yīng)壓緊，加工完成后工件仍出現(xiàn)翹曲形變。經(jīng)過(guò)分析改進(jìn)，最終確定具體形式胎具本體由高強(qiáng)度鋼板銑削加工制成，如圖3所示，胎具本體上面開有凹槽，凹槽底部通過(guò)精加工到工件圖紙要求斜度，凹槽一側(cè)作為空間靠緊基準(zhǔn)使用，另一側(cè)開有數(shù)目不等的螺紋孔，配合鎖緊螺釘使用，根據(jù)工件的長(zhǎng)短以及裝夾間隙調(diào)整鎖緊螺釘?shù)淖罱K使用數(shù)量，以保證最終將工件牢牢鎖緊靠實(shí)。在整個(gè)加工過(guò)程中無(wú)竄動(dòng)量。胎具本體底部開有間距相同的小凹槽，凹槽底部劃平處理，作為C型夾夾緊工件固定位置使用，如圖4所示。為防止C型夾夾緊竄位及保證鎖緊工件下平面與胎具凹槽底面為面接觸，胎具本體底部銑平，作為和機(jī)床平臺(tái)把合配合使用，四周設(shè)有地腳固定裝置，方便鎖緊于機(jī)床平臺(tái)。胎具使用時(shí)經(jīng)過(guò)兩次裝夾最終鎖定工件，預(yù)鎖定為通過(guò)C型夾縱向加減工件，保證工件下平面與胎具凹槽底部形成面接觸靠實(shí)無(wú)間隙，然后通過(guò)胎具本體鎖緊螺釘保護(hù)墊塊(防止頂絲夾緊損傷工件加工面)將工件橫向鎖緊夾死，保證工件側(cè)面與胎具凹槽側(cè)面貼緊靠實(shí)。通過(guò)精加工胎具裝夾固定后的工件如圖5所示，只需通過(guò)正常的銑平面加工即可完成圖紙要求。

圖2 試驗(yàn)用精加工胎具

圖3 改進(jìn)型精加工胎具

圖4 精加工胎具裝夾工件示意圖

圖5 精加工胎具實(shí)際狀態(tài)裝夾工件

詳細(xì)加工工藝過(guò)程如下：首先為了消除磁力胎吸力對(duì)工件的影響，粗加工胎具采用整張鋼板結(jié)構(gòu)，為提高加工效率，制作兩件3.5 m×1.2 m鋼板胎具用來(lái)滿足粗加工過(guò)程互換使用，可縮短倒運(yùn)及固定工件時(shí)間；粗加工時(shí)將工件整體點(diǎn)焊于胎具上，如圖6所示，對(duì)工件進(jìn)行粗加工及半精加工各面， 通過(guò)兩到三次銑削控制進(jìn)給量， 減小工件變形量； 粗銑完成后進(jìn)行工件震動(dòng)應(yīng)力釋放及靜止存放應(yīng)力釋放； 應(yīng)力釋放完成后， 工件放入精加工銑胎進(jìn)行精密裝夾， 進(jìn)行精加工至圖紙要求。

圖6 工件粗、半精加

具體工序如表1所示：

表1 磁極加強(qiáng)鍵加工工序

工件經(jīng)過(guò)精加工完成后，對(duì)比龍門刨床及銑床加工,具體分析如表2所示：

表2 龍門刨床及鏜銑床加工綜合分析對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文所述工藝方法及配合提制新型胎具，磁極加強(qiáng)鍵通過(guò)試驗(yàn)粗、精加工后各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)均較好的滿足了圖紙要求及裝配要求，粗加工及半精加工過(guò)程可以進(jìn)行多件同時(shí)加工，提高了鏜床的加工效率，到目前為止已經(jīng)在長(zhǎng)河壩及溧陽(yáng)等機(jī)組磁極加強(qiáng)鍵加工及磁軛副鍵加工中使用，取得了較好的綜合效益，此種工藝方法及配合胎具可以同時(shí)適用于長(zhǎng)鍵類工件的粗、精加工工藝過(guò)程，并且工件加工完成后可以滿足較高的精度及配合要求。