大型軸流式轉(zhuǎn)輪體樞軸孔系加工

廖俊寧 劉 蕾 廖世超 蒙 波

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

1 零件簡介

某軸流式轉(zhuǎn)輪體高度為3500 mm，外形最大輪廓S?4500 mm，凈重約120 t。其5組均布的樞軸孔系最大孔徑?1660 mm，孔的跨距1600 mm左右，示意圖見圖1。

圖1 某大型軸流式轉(zhuǎn)輪體樞軸孔系示意圖Figure 1 Diagram of pivot holes system of a large axial flow runner hub

2 樞軸孔系主要加工精度指標

樞軸孔?630H7、?1440H7、?1540H7和?1660H7，共5組，同組樞軸孔同心度為?0.04 mm；5組樞軸孔軸心線與轉(zhuǎn)輪體回轉(zhuǎn)中心M-N基準的垂直度均為0.04 mm；軸瓦止推面平面度為0.05 mm，與樞軸孔軸心線A-B基準的垂直度為0.04 mm；?630H7和?1440H7孔的粗糙度為Ra1.6 μm，如圖2所示。

圖2 樞軸孔系主要精度Figure 2 Main precision of pivot holes system

3 技術(shù)重、難點分析

裝配軸瓦的?630H7和?1440H7孔的軸心線，相對轉(zhuǎn)輪體回轉(zhuǎn)中心M-N基準的垂直度為0.04 mm；同組樞軸孔?630H7、?1440H7、?1540H7和?1660H7的同心度為?0.04 mm；1500±0.1軸瓦止推面與樞軸孔軸心線A-B基準的垂直度為0.04 mm。

上述大直徑、長跨距、形位精度要求高的孔系一般選用數(shù)控鏜加工，但絕大部分數(shù)控鏜在使用一段時期后，幾何精度，主要是鏜桿、滑枕在YZ平面的低(翹)頭、XZ平面的旁彎誤差不能滿足樞軸孔系垂直度、同心度要求。大懸軸滑枕、鏜桿最大聯(lián)合伸出約1600 mm，大直徑樞軸孔最大直徑為?1660H7，精鏜孔必須要考慮剛性和振動，以及刀具等問題。

4 工藝方案制定

制定樞軸孔系加工工藝方案重點考慮4個方面：

(1)加工方法和手段；

(2)機床幾何精度檢測；

(3)工裝和刀具；

(4)孔系形位精度檢測。

4.1 加工方法和手段

選擇落地數(shù)控銑鏜床，5次裝卡，分別加工5組樞軸孔系，用三維在線檢測手段，檢測并保證每組樞軸孔系的形位公差。

4.2 機床幾何精度檢測

鏜桿、滑枕加工所需的實際伸長段在YZ、XZ平面內(nèi)的幾何誤差直接影響樞軸孔系的垂直度、同心度公差，需對其進行檢測，并評估其能否直接滿足圖紙形位公差，若不能保證，采用工藝手段補償。

4.3 工裝和刀具

大懸軸(滑枕、鏜桿最大聯(lián)合伸出約1600 mm)、大直徑(樞軸孔最大直徑為?1660H7)的精鏜孔在選擇鏜孔工裝和刀具時，需要考慮3個主要問題：

(1)工藝系統(tǒng)剛性和振動的問題。

(2)鏜孔工裝自重引起的滑枕(鏜桿)的低頭值應最小。

(3)所選刀具能可靠地保證孔的尺寸公差和表面粗糙度。

4.4 孔系形位精度檢測

因機床本身存在定位和幾何精度誤差，檢測所加工的位置公差要求很高的孔系已不合適，而考慮選擇先進的激光跟蹤儀臨床(在線)檢測。臨床三維檢測的另一個優(yōu)點是可以指導加工過程中的誤差修正。

5 工藝方案實施和效果評價

5.1 機床幾何精度檢測和評價

機床精度范圍很廣，我們只重點對影響樞軸孔軸線對M-N基準的垂直度、同組樞軸孔軸線同心度的機床幾何精度進行檢測。

在機床YZ平面，Z軸、W軸相對Y軸的垂直度，直接影響樞軸孔軸線對M-N基準的垂直度，以及同組樞軸孔軸線同心度。

在機XZ平面，Z軸、W軸相對X軸的垂直度，直接影響同組樞軸孔軸線的同心度。

圖3 數(shù)控鏜YZ、XZ平面和滑枕、鏜桿實際伸長Figure 3 YZ, XZ plane of CNC boring and actual elongation of ram and boring bar

某型數(shù)控鏜YZ、XZ平面精度檢測記錄：

YZ平面：

Z軸伸長880 mm，W軸不伸長，低頭+0.01 mm。

Z軸伸長950 mm，低頭+0.01 mm；W軸伸長600 mm，抬頭-0.02 mm。

XZ平面：

Z軸伸長880 mm，W軸不伸長，抬頭-0.05 mm(-X)。

Z軸伸長950 mm，抬頭-0.05(-X)；W軸伸長600 mm，抬頭-0.10 mm(-X)。

從機床精度檢測記錄可以看出，在加工樞軸孔時，我們實際需要的是Z軸、主軸W伸出段，YZ平面內(nèi)機床幾何精度滿足要求，而在XZ平面內(nèi)差得很多，需采用工藝補償手段。

5.2 工裝和刀具設計

樞軸孔有?0.04 mm的垂直度、同心度位置公差要求，以及IT7級的尺寸公差和Ra1.6 μm的粗糙度要求，不能采用銑削，只能采用鏜削加工的方式，而大懸軸(滑枕、鏜桿最大聯(lián)合伸出約1600 mm)、大直徑(樞軸孔最大直徑?1650H8)精鏜孔必須解決以下三個問題：

(2)在大懸軸、大直徑工況下，采用大直徑鏜頭鏜孔時，滑枕(鏜桿)的低頭值應最小。

(3)所選刀具能可靠地保證尺寸公差和表面粗糙度。

為此，5組樞軸孔的精鏜均選用圖4、圖5所示專用鋁鏜頭和微調(diào)精鏜刀，從實際加工效果看：鏜削?1660H7和伸出約1600 mm鏜削?630H7樞軸孔時，未發(fā)生振動現(xiàn)象；鋁鏜頭安裝后，鏜桿低頭差值在0.02 mm以內(nèi)；精鏜時，最后一刀能很好地保證尺寸公差和表面粗糙度。

圖4 專用鋁鏜頭Figure 4 Special aluminium boring head

圖5 微調(diào)精鏜刀Figure 5 Fine adjustment boring tool

圖6 端面打表3點零位Figure 6 Zero positions of three points at end face measured by instrument

5.3 加工手段和程序補償

5.3.1 工件找正、定位

根據(jù)YZ平面內(nèi)檢測數(shù)據(jù)，水平找正要求如下：

a點：鏜桿不伸，伸滑枕，百分表示值0。

b點、c點：滑枕實際伸出950 mm、伸鏜桿，百分表示值均為0，如圖6所示。

上鋁鏜頭，打表找正，球面左右基本0位。

精鏜孔時：從上端面用塊規(guī)測量返尺寸，保證5組孔中心等高，不一致性誤差≤0.10 mm，如圖7所示。

圖7 左、右打表零位，5組孔中心等高Figure 7 Zero positions of left and right measured by instrument and equal height of five groups of holes centers

5.3.2 加工和程序補償

復查找正、定位，中心等高。

從數(shù)控鏜幾何精度檢測結(jié)果分析，YZ平面內(nèi)滑枕(鏜桿)低(抬)頭值基本為零，可以通過在1600 mm范圍內(nèi)打表找水平為0來保證樞軸孔軸心線與密封表面的平行度，不用補償；XZ平面內(nèi)滑枕(鏜桿)與X軸的垂直度差得很多，無法直接保證樞軸孔?0.04 mm同軸度公差，理想的方案就是通過X直接位移加程序補償?shù)膹秃戏绞?，以保證樞軸孔?0.04 mm的同軸度公差。

鏜?1440H7軸孔時，在XZ平面，因Z伸長880 mm(W不伸長)，抬頭-0.05 mm(-X)，?1440H7加工長度為300 mm，故Z軸終點補償為300880×0.05 mm=0.017 mm，決定朝+X補償0.02 mm。

鏜?630H7軸孔時，在XZ平面，Z伸長950 mm，抬頭-0.05 mm(-X)；同時W軸伸長700 mm，抬頭-0.10 mm(-X)；先將X直接朝+向位移0.05 mm，?630H7加工長度為380 mm，W軸終點補償為380700×0.1 mm=0.054 mm，朝+X補償0.05 mm。

5.4 激光跟蹤儀在線檢測

采用激光跟蹤儀檢測主要有兩個目的：

(1)機床本身存在定位和幾何精度誤差，再用其檢測所加工的高精度孔系已不合適，而需用第三方檢測手段。

(2)半精加工時，根據(jù)滑枕和鏜桿在XZ平面

的實際幾何誤差，用程序進行補償，以保證樞軸孔系的同軸度公差，理論分析如此，但實際加工效果、真實的補償值和理論計算是否存在差異，以及修正值的確定都需要激光跟蹤儀在線檢測驗證，以取得真實的程序補償修正值，用于孔系精加工。

6 結(jié)論

通過工藝，專用工裝、刀具設計、激光跟蹤儀在線檢測應用等手段，在機床幾何精度不能滿足零件圖紙精度的情況下，解決了大型軸流式轉(zhuǎn)輪體長跨距、大直徑、高精度樞軸孔系的加工難題。