范智廣，沈玉琢，李鐵鋼

（1.沈陽(yáng)工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136；2.沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

1 引言

壓縮機(jī)在石油化工企業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，它運(yùn)行是否穩(wěn)定直接影響裝置的安全運(yùn)行。軸承是壓縮機(jī)中的一個(gè)重要部件，軸承性能的好壞，對(duì)保證機(jī)器穩(wěn)定正常運(yùn)行具有重要作用。反復(fù)拆裝軸承費(fèi)時(shí)費(fèi)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(guò)熱損傷情況看，瓦面發(fā)黑，瓦面高承載區(qū)伴有結(jié)焦、凹陷，時(shí)有剝落，說(shuō)明該軸承的瓦面溫度太高，流經(jīng)的潤(rùn)滑油帶走產(chǎn)生的熱量不足。

為了防止軸瓦的強(qiáng)度及性能退化，建立起油膜壓力承受轉(zhuǎn)子的軸向推力的軸承。越來(lái)越多的壓縮機(jī)采用高效軸承的新型水準(zhǔn)塊，該高效軸承的新型水準(zhǔn)塊使壓縮機(jī)軸承更加靈活、高效、節(jié)油，對(duì)整臺(tái)離心壓縮機(jī)有著至關(guān)重要的影響。提高軸承的高效軸承的新型水準(zhǔn)塊加工精度是提高機(jī)組穩(wěn)定性的重要方法。但是高效軸承的新型水準(zhǔn)塊工藝加復(fù)雜，加工難度極大，這種水準(zhǔn)塊只有國(guó)外少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家能夠制造，有著非常嚴(yán)格的技術(shù)保密。高效軸承的新型水準(zhǔn)塊軸承結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 新型水準(zhǔn)塊軸承結(jié)構(gòu)Fig.1 New Standard Piece of Bearing Structure

2 高效軸承的新型水準(zhǔn)塊制造工裝的設(shè)計(jì)及工藝方案

高效軸承主體由瓦塊、水準(zhǔn)塊、固定塊等組成。在轉(zhuǎn)軸有較大的撓度及支點(diǎn)轉(zhuǎn)角的情況下，保證了水準(zhǔn)塊有更合理的力學(xué)結(jié)構(gòu)，各瓦塊位置能隨之平衡而產(chǎn)生均勻的油膜壓力。由于該高效軸承的新型水準(zhǔn)塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大且要求的精度高，需要設(shè)計(jì)制造工裝和制定完整的工藝方案。

高效軸承的新型水準(zhǔn)塊加工工藝非常關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)在于工裝設(shè)計(jì)和制造。

首先用數(shù)控機(jī)床銑制外形各面，使其上、下平面留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，然后用平面磨床磨削上、下兩個(gè)平面，保證兩個(gè)平面的平行度要求，使載荷分布均勻，調(diào)節(jié)靈活，不受壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的限制。然后在工件中心鉆鉸孔，以扇形線的四個(gè)角為中心，鉆削四個(gè)孔，使安裝軸承保持平衡并產(chǎn)生均勻的油膜壓力，實(shí)現(xiàn)各瓦塊潤(rùn)滑油供給充分，也增加了使用的可靠性。根據(jù)數(shù)控程序銑削扇形槽，新型水準(zhǔn)塊結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑油可以通過(guò)水準(zhǔn)塊間的空隙流出，以便冷卻軸承。高效軸承的新型水準(zhǔn)塊工裝，如圖2所示。

圖2 新型水準(zhǔn)塊工裝Fig.2 Equipment of the New Standard Piece

根據(jù)高效軸承的新型水準(zhǔn)塊的尺寸要求粗車(chē)各部位，單邊留有一定的加工余量，防止熱處理后出現(xiàn)變形而發(fā)生余量不夠。繼續(xù)進(jìn)行半精車(chē)預(yù)留出更加少的余量，然后采用線切割精確分割毛坯，進(jìn)一步進(jìn)行利用工裝精加工出要求尺寸和高效軸承的新型水準(zhǔn)塊的定位柱面。接著將高效軸承的新型水準(zhǔn)塊裝入制造完成工裝內(nèi)，銑好R弧面及兩圓弧間凹槽。最后對(duì)水準(zhǔn)塊表面進(jìn)行研磨修刮使表面均勻接觸，同時(shí)進(jìn)行修圓邊、去毛刺，完成全部加工。將高效軸承的新型水準(zhǔn)塊進(jìn)行熱處理達(dá)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(zhǔn)塊，如圖3所示。

圖3 精加工后的新型水準(zhǔn)塊Fig.3 After Finishing the New Standards

為了保證高效軸承的新型水準(zhǔn)塊厚度一致，精加工采用高精密的平面磨床進(jìn)行尺寸精度的保證軸承的高效軸承的新型水準(zhǔn)塊誤差小于技術(shù)要求。采用線切割放電分割高效軸承的新型水準(zhǔn)塊毛坯，這樣保證了高效軸承的新型水準(zhǔn)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(zhǔn)塊三維建模

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

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

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

4 高效軸承新型水準(zhǔn)塊加工工藝及刀具選擇

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

為了提高水準(zhǔn)塊加工效率和加工質(zhì)量，首先采用球頭的大直徑精加工刀具進(jìn)行軸承的新型水準(zhǔn)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(shù)，去除加工余量的效率更高。接下來(lái)用小直徑的刀具進(jìn)行整個(gè)水準(zhǔn)塊的精加工，并進(jìn)行加工精度的檢驗(yàn)，得到良好的加工效果后，確定使用該刀具方案為水準(zhǔn)塊的精加工刀具使用方案，從而完成高效軸承新型水準(zhǔn)塊刀具配選。

5 高效軸承新型水準(zhǔn)塊數(shù)控程序的編制

依據(jù)已經(jīng)建立的高效軸承新型水準(zhǔn)塊三維建模的模型，采用PROE軟件的加工模塊進(jìn)行數(shù)控程序的編制和加工實(shí)際情況模擬。具體的操作步驟如下：（1）進(jìn)入PROE軟件的加工界面；建立機(jī)床坐標(biāo)系和選用加工刀具；（2）進(jìn)入曲面銑削加工指令，選擇加工特征同時(shí)設(shè)定加工參數(shù)；（3）數(shù)控程序完成后，通過(guò)PROE軟件的后處理器生成機(jī)床識(shí)別的數(shù)控G代碼指令，這樣完整的數(shù)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(zhǔn)塊部分?jǐn)?shù)控加工程序?yàn)椋?/p>

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(zhǔn)塊數(shù)控程序編制后的加工模擬圖，如圖5所示。

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

6 高效軸承的新型水準(zhǔn)塊實(shí)際加工驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)上述步驟的準(zhǔn)備，接下來(lái)就是在機(jī)床上的實(shí)際加工驗(yàn)證，對(duì)設(shè)計(jì)加工件，不僅要對(duì)外觀尺寸還要進(jìn)行內(nèi)外表面質(zhì)量的檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)加工精度完全符合技術(shù)要求，同時(shí)使用該軸承的壓縮機(jī)的性能得到了大幅度的提高。具體情況如下：（1）經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢驗(yàn)，將水準(zhǔn)塊的厚度差控制在0.01mm以內(nèi)，水準(zhǔn)塊的R面的圓柱度在0.007mm以內(nèi)，表面平整且接觸均勻。（2）機(jī)組開(kāi)始工作過(guò)程中，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。

高效軸承的新型水準(zhǔn)塊加工試驗(yàn)，如圖6所示。

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

加工完成的試件經(jīng)過(guò)精確的測(cè)量完全符合高效軸承的新型水準(zhǔn)塊精度要求，這樣就按照預(yù)先制定的工藝方案完成了高效軸承的新型水準(zhǔn)塊正式零件的加工，并且新型水準(zhǔn)塊已經(jīng)應(yīng)用于壓縮機(jī)產(chǎn)品，解決了一項(xiàng)重要的加工課題，推動(dòng)了壓縮機(jī)軸承加工的技術(shù)進(jìn)步。

7 結(jié)論

（1）高效軸承的新型水準(zhǔn)塊使壓縮機(jī)軸承更加靈活、更加高效、更加節(jié)油，對(duì)整臺(tái)離心壓縮機(jī)有著至關(guān)重要的影響，提高高效軸承的新型水準(zhǔn)塊加工精度是提高機(jī)組穩(wěn)定性的重要手段。盡管高效軸承的新型水準(zhǔn)塊工藝更加復(fù)雜，加工難度極大，目前只有國(guó)外少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠制造。

（2）經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析，制定了完整的工藝方案突破了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證高效軸承的新型水準(zhǔn)塊制造方法和制造精度完全符合了技術(shù)要求，為產(chǎn)品升級(jí)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

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

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