高效軸承新型水準塊加工工藝研究及應用

范智廣，沈玉琢，李鐵鋼

（1.沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136；2.沈陽鼓風機集團有限公司，遼寧 沈陽 110869）

1 引言

壓縮機在石油化工企業(yè)中占有相當重要的地位，它運行是否穩(wěn)定直接影響裝置的安全運行。軸承是壓縮機中的一個重要部件，軸承性能的好壞，對保證機器穩(wěn)定正常運行具有重要作用。反復拆裝軸承費時費力檢修效率低，容易造成軸承的損傷。從以往檢修檢查高壓缸主推瓦面過熱損傷情況看，瓦面發(fā)黑，瓦面高承載區(qū)伴有結焦、凹陷，時有剝落，說明該軸承的瓦面溫度太高，流經的潤滑油帶走產生的熱量不足。

為了防止軸瓦的強度及性能退化，建立起油膜壓力承受轉子的軸向推力的軸承。越來越多的壓縮機采用高效軸承的新型水準塊，該高效軸承的新型水準塊使壓縮機軸承更加靈活、高效、節(jié)油，對整臺離心壓縮機有著至關重要的影響。提高軸承的高效軸承的新型水準塊加工精度是提高機組穩(wěn)定性的重要方法。但是高效軸承的新型水準塊工藝加復雜，加工難度極大，這種水準塊只有國外少數幾個發(fā)達國家能夠制造，有著非常嚴格的技術保密。高效軸承的新型水準塊軸承結構，如圖1所示。

圖1 新型水準塊軸承結構Fig.1 New Standard Piece of Bearing Structure

2 高效軸承的新型水準塊制造工裝的設計及工藝方案

高效軸承主體由瓦塊、水準塊、固定塊等組成。在轉軸有較大的撓度及支點轉角的情況下，保證了水準塊有更合理的力學結構，各瓦塊位置能隨之平衡而產生均勻的油膜壓力。由于該高效軸承的新型水準塊結構復雜，加工難度大且要求的精度高，需要設計制造工裝和制定完整的工藝方案。

高效軸承的新型水準塊加工工藝非常關鍵的技術要點在于工裝設計和制造。

首先用數控機床銑制外形各面，使其上、下平面留有適當的余量，然后用平面磨床磨削上、下兩個平面，保證兩個平面的平行度要求，使載荷分布均勻，調節(jié)靈活，不受壓縮機旋轉方向的限制。然后在工件中心鉆鉸孔，以扇形線的四個角為中心，鉆削四個孔，使安裝軸承保持平衡并產生均勻的油膜壓力，實現各瓦塊潤滑油供給充分，也增加了使用的可靠性。根據數控程序銑削扇形槽，新型水準塊結構的潤滑油可以通過水準塊間的空隙流出，以便冷卻軸承。高效軸承的新型水準塊工裝，如圖2所示。

圖2 新型水準塊工裝Fig.2 Equipment of the New Standard Piece

根據高效軸承的新型水準塊的尺寸要求粗車各部位，單邊留有一定的加工余量，防止熱處理后出現變形而發(fā)生余量不夠。繼續(xù)進行半精車預留出更加少的余量，然后采用線切割精確分割毛坯，進一步進行利用工裝精加工出要求尺寸和高效軸承的新型水準塊的定位柱面。接著將高效軸承的新型水準塊裝入制造完成工裝內，銑好R弧面及兩圓弧間凹槽。最后對水準塊表面進行研磨修刮使表面均勻接觸，同時進行修圓邊、去毛刺，完成全部加工。將高效軸承的新型水準塊進行熱處理達到軸承的使用要求的性能。精加工完成后的高效軸承的新型水準塊，如圖3所示。

圖3 精加工后的新型水準塊Fig.3 After Finishing the New Standards

為了保證高效軸承的新型水準塊厚度一致，精加工采用高精密的平面磨床進行尺寸精度的保證軸承的高效軸承的新型水準塊誤差小于技術要求。采用線切割放電分割高效軸承的新型水準塊毛坯，這樣保證了高效軸承的新型水準塊的輪廓精度，從而可以保證加工R面和槽的安裝找正精度。

3 高效軸承的新型水準塊三維建模

高效軸承的新型水準塊三維建模是數控加工的必要條件和前提。完成高效軸承的新型水準塊三維建模后，接下來是選擇加工制造使用的刀具和進行數控程序的編制。

高效軸承的新型水準塊基于PROE軟件三維建模。高效軸承的新型水準塊的三維模型的建立難點在于圓弧面的建立。首先，進入PROE軟件的三維建模界面，采用實體拉伸建立水準塊三維實體（不包括水準塊R曲面）；然后進入草圖界面做出水準塊R曲面的平面截面，完成截面的草圖繪制；最后，通過拉伸草圖繪制的截面形成水準塊的拉伸出R面的水準塊實體，并裁剪掉多余的部分。通過上述一系列步驟就建立了高效軸承的新型水準塊的三維模型，如圖4所示。

圖4 新型水準塊三維模型Fig.4 Three-Dimensional Model of the New Standard Piece

4 高效軸承新型水準塊加工工藝及刀具選擇

軸承制造是一種精密的基礎件制造業(yè)，對機械的運轉起著重要作用，高效軸承新型水準塊是壓縮機的重要部件之一，其加工工藝如下：（1）利用車床加工水準塊的內外圓并保持一定的厚度，厚度部位預留余量3mm尺寸，其余加工到圖樣尺寸；（2）利用數控電火花線切割機床按照水準塊角度切開，并保證其角度；（3）加工工裝后，利用工裝車削水準塊的圓柱面作為工裝的保證；（4）將車好的圓柱面放入工裝，使用數控設備加工水準塊的R曲面；（5）利用平面磨床磨削加工，保證水準塊加工精度的一致性。

為了提高水準塊加工效率和加工質量，首先采用球頭的大直徑精加工刀具進行軸承的新型水準塊大部分粗加工。大直徑的刀具剛性更好，可以采用更大的切削參數，去除加工余量的效率更高。接下來用小直徑的刀具進行整個水準塊的精加工，并進行加工精度的檢驗，得到良好的加工效果后，確定使用該刀具方案為水準塊的精加工刀具使用方案，從而完成高效軸承新型水準塊刀具配選。

5 高效軸承新型水準塊數控程序的編制

依據已經建立的高效軸承新型水準塊三維建模的模型，采用PROE軟件的加工模塊進行數控程序的編制和加工實際情況模擬。具體的操作步驟如下：（1）進入PROE軟件的加工界面；建立機床坐標系和選用加工刀具；（2）進入曲面銑削加工指令，選擇加工特征同時設定加工參數；（3）數控程序完成后，通過PROE軟件的后處理器生成機床識別的數控G代碼指令，這樣完整的數控加工程序就制作完成了。以下為利用PROE軟件，生成的新型水準塊部分數控加工程序為：

N1G54；

N2G90；

N3S300M03；

N4G01X0Y0Z100F2000；

N5G64；

N6S1000M03；

N7G01X6.0620Y-28.3700Z100.0000F1000；

N8Z13.9940；

N9G01Z-1.0060F200；

N10X15.3500Y17.2820；

N11X15.4070Y17.2730Z-.9850；

N12X8.1130Y-18.5790；

N13X8.1700Y-18.5860Z-.9630；

N14X15.4640Y17.2640；

N15X15.5210Y17.2550Z-.9430；

N16X8.2270Y-18.5940；

N17X8.2850Y-18.6020Z-.9220；

N18X15.5780Y17.2460；

N19X15.6350Y17.2370Z-.9020；

N20X8.3420Y-18.6090；

N21X8.4000Y-18.6170Z-.8810；

......

新型水準塊數控程序編制后的加工模擬圖，如圖5所示。

圖5 新型水準塊加工模擬Fig.5 Machining Simulation of the New Standard Block

6 高效軸承的新型水準塊實際加工驗證

經過上述步驟的準備，接下來就是在機床上的實際加工驗證，對設計加工件，不僅要對外觀尺寸還要進行內外表面質量的檢驗，經過檢驗加工精度完全符合技術要求，同時使用該軸承的壓縮機的性能得到了大幅度的提高。具體情況如下：（1）經過嚴格的檢驗，將水準塊的厚度差控制在0.01mm以內，水準塊的R面的圓柱度在0.007mm以內，表面平整且接觸均勻。（2）機組開始工作過程中，機組運行平穩(wěn)。

高效軸承的新型水準塊加工試驗，如圖6所示。

圖6 高效軸承的新型水準塊加工試驗Fig.6 New Standard Block About High Efficiency Bearing of Machining Tests

加工完成的試件經過精確的測量完全符合高效軸承的新型水準塊精度要求，這樣就按照預先制定的工藝方案完成了高效軸承的新型水準塊正式零件的加工，并且新型水準塊已經應用于壓縮機產品，解決了一項重要的加工課題，推動了壓縮機軸承加工的技術進步。

7 結論

（1）高效軸承的新型水準塊使壓縮機軸承更加靈活、更加高效、更加節(jié)油，對整臺離心壓縮機有著至關重要的影響，提高高效軸承的新型水準塊加工精度是提高機組穩(wěn)定性的重要手段。盡管高效軸承的新型水準塊工藝更加復雜，加工難度極大，目前只有國外少數幾個國家能夠制造。

（2）經過仔細的分析，制定了完整的工藝方案突破了一個又一個技術難點，經過實際驗證高效軸承的新型水準塊制造方法和制造精度完全符合了技術要求，為產品升級奠定了堅實的技術支撐。

（3）這種軸承水準塊的運用，在承受更大軸向推力的同時縮短了轉子的跨距，節(jié)約了空間。在兩推力瓦塊之間的水準塊上加工油孔，使油路通暢，及時帶走熱量，避免機組運行中燒瓦的現象發(fā)生。能夠方便調整推力及葉輪所需要的軸向間隙。由于機組工況多，轉子推力變化范圍大，高效軸承新型水準塊能更好地適應這種工況條件，同時為檢修裝配帶來了方便。

［1］李海濱，余穎婷.葉片數控加工關鍵技術的研究［J］.機床與液壓，2010，11（38）：14-16.（Li Hai-bin，Yu Ying-ting.Research on the key technology of blade’s NC machining［J］.Machine Tool and Hydraulics，2010，11（38）：14-16.）

［2］張華.鋼塑共擠模具關鍵零部件的數控加工編程與仿真［J］.制造技術與機床，2009（7）：23-25.（Zhang Hua.NC Programming and simulation of the main part or co-extrusion die of polymer with metal insert［J］.Manufacturing Technology and Machine Tool，2009（7）：23-25.）

［3］劉愛軍，劉德順，周知進.礦用風機葉輪加工過程資源環(huán)境屬性分析［J］.制造技術與機床，2009（7）.（Liu Ai-jun，Liu De-shun，Zhou Zhi-jin.Analysis on resource and environmental property of machining process of the mine fans blade wheels［J］.Manufacturing Technology and Machine Tool，2009（7）.）

［4］王鳳才，徐華.大型徑向可傾瓦滑動軸承熱動力潤滑性能的研究［J］.西安交通大學學報，1999（8）：52-55.（Wang Fen-cai，Xu Hua.Study of performances of large tilting-pad journal bearings［J］.Journal of Xi’an Jiaotong University，1999（8）：52-55.）

［5］范智廣，沈玉琢，呂建忠.大直徑三元葉輪加工工藝的改進［J］.風機技術，2008（4）：34-36.（Fan Zhi-guang，Shen Yu-zhuo，Lv Jian-zhong.Study on UG of machining impeller［J］.Fan Technology，2008（4）：34-36.）

［6］黎少輝，李意民.對旋軸流風機二級風機軸承易損的探討［J］.煤炭工程，2006（10）.（Li Shao-hui，Li Yi-min.Discussion on bearing wear in secondary fan of double rotary axial fan［J］.Coal Engineering，2006（10）.）

［7］許增金，王世杰.往復壓縮機軸系扭振的數值分析［J］.西安交通大學學報，2010，3（44）：100-104.（Xu Zeng-jin，Wang Shi-jie.Dynamic characteristics of crank shafts in reciprocating compressor［J］.Journal of Xi’an Jiaotong University，2010，3（44）：100-104.）

［8］胡永超，許天華，尹揚.循環(huán)氫壓縮機C9101推力瓦塊測溫探頭失效分析［J］.儀器與設備，2015（2）：21-27.（Hu Yong-chao，Xu Tian-hua，Yin Yang.Failure analysis for temperature probe of thrust pad during the C9101 circulating hydrogen compressor operation［J］.Instrumentation and Equipments，2015（2）：21-24.）

［9］范智廣，沈玉琢，呂建忠.UG在三元葉輪加工中的應用及研究［J］.機械設計與制造，2011，7（7）：120-122.（Fan Zhi-guang，Shen Yu-zhuo，Lv Jian-zhong.Application and research on UG of machining three-dimensional impeller［J］.Mechinery Design&Manufacture，2011，7（7）120-122.）

［10］范智廣，鞏亞東，王超.等數控銑削加工中心加工精度分布規(guī)律研究［J］.東北大學學報：自然科學版，2013，34（10）：1465-1468.（Fan Zhi-guang，Gong Ya-dong，Wang Chao.Study on machining accuracy distribution regularities of CNC milling machining center［J］.Journal of Northeastern University：Natural Science，2013，34（10）：1465-1468.）