水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體側(cè)孔加工工藝研究

□ 李洪賀

遼寧福鞍機(jī)械制造有限公司 遼寧鞍山 114000

1 轉(zhuǎn)輪體簡(jiǎn)述

轉(zhuǎn)輪體利用水流的動(dòng)能和勢(shì)能，通過主軸連接到發(fā)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)電，是水輪機(jī)產(chǎn)生電能的原動(dòng)部件［1-3］。轉(zhuǎn)輪體與主軸靠聯(lián)軸螺栓緊固，并由銷子傳遞扭矩，其側(cè)孔與葉片軸頭部分的配合精度直接關(guān)系到軸系的同軸度和機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性。

2 基本參數(shù)

轉(zhuǎn)輪體如圖1所示，其剖面圖如圖2所示。這一轉(zhuǎn)輪體直徑為2 900 mm，高度為2 500 mm。葉片軸孔直徑為915+0.140mm，葉片軸孔相對(duì)基準(zhǔn)孔A的垂直度為0.04 mm，葉片軸孔軸線相對(duì)基準(zhǔn)平面B的平行度為0.04 mm。各組不同大小的同軸側(cè)孔相對(duì)葉片軸孔的 同軸度為φ0.04 mm，各孔表面粗糙度值為3.2 μm。

▲圖1 轉(zhuǎn)輪體

▲圖2 轉(zhuǎn)輪體剖面圖

3 加工過程

選用F-Frce160型數(shù)控落地銑鏜床加工，X軸、Y軸、Z軸 （W軸）相互間的垂直精度為0.03 mm/1 000 mm，X軸、Y軸、W軸反向開環(huán)間隙為0.06 mm，各軸向直線度為0.02 mm/1 000 mm。

加工步驟為劃線→找正→半精加工→檢驗(yàn)→精加工→檢驗(yàn)［4］。

3.1 劃線

采用精度為0.03 mm/1 000 mm的NHL 1205035型三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，以 X=12 000 mm、Y=2 600 mm×2、Z=3 500 mm進(jìn)行劃線，可以減小常規(guī)鉗工平臺(tái)劃線的誤差。一次劃線可以將X軸、Y軸、Z軸三軸方向全部解決，避免常規(guī)鉗工平臺(tái)劃線一道工序多向劃線帶來的誤差較大、精度難控制、效率低等問題。

3.2 找正

將轉(zhuǎn)輪體豎立放置在數(shù)控落地銑鏜床的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，基準(zhǔn)平面B向上，再使基準(zhǔn)孔A與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心重合。找正要求為基準(zhǔn)孔A的圓跳動(dòng)≤0.02 mm，即控制葉片軸孔相對(duì)基準(zhǔn)孔A的形位誤差；基準(zhǔn)平面B的平面跳動(dòng)誤差≤0.02 mm，即控制葉片軸孔軸線相對(duì)基準(zhǔn)平面B的形位誤差。

3.3 半精加工與檢驗(yàn)

考慮到最終加工尺寸精度和形位精度，對(duì)其中一組側(cè)孔半精加工至余量0.5 mm時(shí)，對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)尺寸誤差符合預(yù)期加工精度要求。這組側(cè)孔相對(duì)葉片軸孔的形位誤差使用機(jī)床附帶的百分表進(jìn)行檢測(cè)，同軸度為φ0.02 mm。使用精度為0.005 mm的激光跟蹤儀復(fù)檢，同軸度為φ0.04 mm。

對(duì)上述檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，使用機(jī)床附帶的百分表檢測(cè)，其形位精度包含了機(jī)床自身的精度誤差，不能真實(shí)反映該組側(cè)孔加工結(jié)果所顯示的形位公差。使用激光跟蹤儀檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果基本真實(shí)地反映了該組側(cè)孔加工結(jié)果所顯示的形位公差［5-6］。但是，若繼續(xù)加工，在找正精度、加工精度、機(jī)床精度共同作用下，可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別組側(cè)孔同軸度超差的情況。可見，需要查找機(jī)床附帶百分表檢測(cè)與激光跟蹤儀檢測(cè)出現(xiàn)φ0.02 mm同軸度偏差的原因，并予以解決，這樣才能保證最終各組側(cè)孔加工的形位誤差符合圖紙精度要求。

同軸度偏差原因分析如下［7-8］：① 機(jī)床附帶的百分表檢測(cè)形位精度同軸度為φ0.02 mm，尺寸精度符合要求，且通過操作者以往的加工業(yè)績(jī)分析，操作人員技術(shù)水平滿足要求，沒有問題；②機(jī)床在產(chǎn)品加工前，按照出廠精度要求重新進(jìn)行了精度校調(diào)，校調(diào)結(jié)果合格，初步判斷設(shè)備沒有問題；③材料只是轉(zhuǎn)輪體與葉片法蘭相接觸的部位存在不銹鋼堆焊層，與其它部分材質(zhì)不一致，但是這種不一致的情況不是造成形位精度超差的主要原因，這種不一致最可能的影響是加工過程中會(huì)造成其中一種材質(zhì)的表面粗糙度不符合圖紙要求；④加工方法為本公司技術(shù)人員與國(guó)外技術(shù)專家共同確認(rèn)，初步認(rèn)定沒有問題；⑤ 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境滿足加工環(huán)境要求，不構(gòu)成偏差產(chǎn)生的因素；⑥ 檢測(cè)方法與結(jié)果經(jīng)過多次驗(yàn)證，對(duì)偏差不構(gòu)成影響。

通過對(duì)人機(jī)料法環(huán)測(cè)多方面初步分析，沒有得出偏差產(chǎn)生的根本原因，但是經(jīng)過多次分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)機(jī)床加工前的精度檢查沒有加裝附件平旋盤［9］，而在對(duì)側(cè)孔鏜削加工時(shí)機(jī)床需要加裝附件平旋盤。平旋盤自身質(zhì)量達(dá)800 kg，加裝附件平旋盤后鏜削時(shí)工作力矩與沒有加裝附件平旋盤時(shí)的工作力矩相差較大，數(shù)控鏜銑床自身內(nèi)部補(bǔ)償受附件平旋盤的影響，造成主軸伸出長(zhǎng)度不同，進(jìn)而使被加工側(cè)孔的形位精度同軸度產(chǎn)生了偏差。

根據(jù)機(jī)床加裝附件平旋盤后主軸伸出不同長(zhǎng)度的試驗(yàn)結(jié)果，在實(shí)際加工轉(zhuǎn)輪體側(cè)孔時(shí)，按鏜孔中心主軸不同長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的實(shí)際偏差進(jìn)行補(bǔ)償［10］，反向消除偏差。

3.4 精加工與檢驗(yàn)

對(duì)機(jī)床內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償，精加工后進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)尺寸精度和表面粗糙度全部符合圖紙精度要求，葉片軸孔相對(duì)基準(zhǔn)孔A的垂直度為0.03～0.04 mm，葉片軸孔軸線相對(duì)基準(zhǔn)平面B的平行度為0.03～0.04 mm，各組側(cè)孔相對(duì)葉片軸孔的同軸度為φ0.02～0.04 mm。

4 結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)輪體的加工質(zhì)量控制過程是一個(gè)綜合性過程，必須通過各相關(guān)因素的綜合控制，才能達(dá)到最終的加工精度要求。研究工藝方法不代表加工精度就能合格，只有在加工中注意分析問題產(chǎn)生的根本原因，才能有針對(duì)性地提升產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶的最終質(zhì)量要求。通過轉(zhuǎn)輪體加工，可進(jìn)一步對(duì)轉(zhuǎn)輪體加工過程的技術(shù)要求、工藝難點(diǎn)進(jìn)行控制，并進(jìn)一步掌握大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體加工的核心技術(shù)，為保證產(chǎn)品質(zhì)量積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。