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        燈泡貫流式內(nèi)外環(huán)導(dǎo)葉軸孔加工工藝研究

        2018-03-31 06:20:12
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2018年1期
        關(guān)鍵詞:斜孔軸孔花盤

        姚 軍

        (四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系,四川 德陽 618000)

        內(nèi)、外配水環(huán)是水力發(fā)電貫流式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中最為關(guān)鍵的零部件。其過流面板厚30mm,屬于大型薄壁件。在加工中存在變形大、尺寸精度不易保證、特別是內(nèi)外配水環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔位置精度難以控制。

        國外如日本,是利用五軸聯(lián)動(dòng)龍門銑加工的。由于受機(jī)床工作臺的限制,對大型工件采用分瓣結(jié)構(gòu),增加了制造難度。

        文章立足于現(xiàn)有加工設(shè)備,通過改進(jìn)加工工藝,以解決導(dǎo)葉軸孔的位置精度為重點(diǎn),達(dá)到提高加工質(zhì)量,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高效率的目標(biāo)。

        1 導(dǎo)葉內(nèi)、外配水環(huán)特征分析

        燈泡貫流式機(jī)組的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)從進(jìn)水到出水方向是軸向貫通的。它由內(nèi)、外配水環(huán)、導(dǎo)葉、軸承、拐臂及保護(hù)裝置等組成,其中外配水環(huán)如圖1所示。

        圖1 外配水環(huán)

        1.1 主要尺寸

        內(nèi)配水環(huán)大端直徑Φ2480mm,高1255mm;外配水環(huán)大端直徑Φ5738mm,高1630mm,內(nèi)、外配水環(huán)的過流面上分別的有16-Φ70 H7、16-Φ250 H7的導(dǎo)葉軸孔,各孔在圓周方向均布,孔軸線與配水環(huán)導(dǎo)葉中心線成60°空間夾角。

        1.2 基本要求

        (1)各對軸孔的中心線應(yīng)與該球面向心。

        (2)各軸孔中心線在空間的交點(diǎn)與導(dǎo)葉外環(huán)過流面球面的球心重合,同時(shí)應(yīng)保證導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)裝配后,兩者的球心在空間重合。

        (3)各軸孔在過流面上形成的中心高與導(dǎo)葉外環(huán)大端面的高度應(yīng)相等,以保證導(dǎo)葉裝配后空間夾角一致。

        (4)內(nèi)、外配水環(huán)(以下簡稱內(nèi)、外環(huán))在裝配時(shí),要保證內(nèi)、外環(huán)上所對應(yīng)的導(dǎo)葉軸孔中心線不得錯(cuò)位,才能便于套筒的順利裝入,如圖2所示。

        圖2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的組成

        1.3 加工主要難點(diǎn)

        因內(nèi)、外環(huán)屬于薄壁零件,裝配時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外環(huán)軸孔的中心線錯(cuò)位則無法補(bǔ)救。如何才能保證這些孔的中心線在裝配時(shí)重合,是目前必須要解決的技術(shù)難題。經(jīng)過仔細(xì)分析,提供了內(nèi)、外環(huán)三種解決方案:同鏜工藝、單鏜工藝及數(shù)控工藝。

        2 導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)軸孔同鏜工藝

        同鏜的基本思路是:因裝配位置是內(nèi)環(huán)位于外環(huán)之中,外環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔大于內(nèi)環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔,先加工外環(huán)上的孔,通過專用夾具,模擬內(nèi)外環(huán)零件的裝配關(guān)系,以外環(huán)作為“鉆模板”,加工內(nèi)環(huán)上的孔,保證外環(huán)導(dǎo)葉軸孔與內(nèi)環(huán)導(dǎo)葉軸孔的中心線重合,實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外環(huán)零件順利裝配。

        2.1 加工工藝與機(jī)床選擇

        考慮到零件的外形特征、幾何尺寸、批量,同時(shí)也為了降低成本,提高效率,加工機(jī)床選擇Φ6.3M立車及Φ200落地鏜床。

        2.2 專用夾具及專機(jī)設(shè)計(jì)

        (1)工具胎的設(shè)計(jì)。工具胎的作用是通過分度環(huán)止口定位、螺釘把緊,將導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)連接起來形成內(nèi)、外環(huán)組合件,模擬出內(nèi)外環(huán)零件的裝配關(guān)系?;疽笫牵汗ぞ咛サ母叨扰c座環(huán)內(nèi)外環(huán)的高度差一致,使導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)導(dǎo)葉軸孔的加工狀態(tài)與其裝配狀態(tài)一致,從而最大限度地消除了加工和裝配之間的形位誤差。

        圖3 斜孔專用加工設(shè)備

        (2)專用斜孔加工設(shè)備。內(nèi)、外環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔與導(dǎo)葉中心線成空間60°,斜孔加工設(shè)備的主軸軸線與水平線設(shè)計(jì)成30°夾角,如圖3所示。

        2.3 外環(huán)導(dǎo)葉軸孔的加工

        軸孔加工前,先將外環(huán)過流面(軸孔所在表面,包括內(nèi)環(huán)零件)在Φ6.3M立車上粗精車好。

        (1)工裝的準(zhǔn)備?;剞D(zhuǎn)工作臺放在Φ200鏜床落地平臺上,其上固定支撐墊,找平、壓緊,復(fù)查找正情況。在外環(huán)下方墊上,將分度環(huán)(在靠近外圓處加工出16個(gè)Φ50的銷孔)壓緊在轉(zhuǎn)臺上,用百分表找正分度環(huán)止口,使其與回轉(zhuǎn)中心一致。

        (2)工件的安裝。外環(huán)大端向下安裝在固定支撐墊上,以外環(huán)球面來校正斜孔設(shè)備是否向心,找正并壓緊工件。

        (3)專用斜孔加工設(shè)備的安放。專用的30°斜孔加工設(shè)備放在外環(huán)外邊,用水平儀找正導(dǎo)軌面,再在鏜桿上裝上百分表,以外環(huán)球面來校正斜孔設(shè)備的主軸軸線是否向心,找正后壓緊設(shè)備。

        (4)導(dǎo)葉軸孔的加工。各導(dǎo)葉軸孔位置是由分度環(huán)上的16個(gè)Φ50的銷孔位置決定的。裝定位銷鏜好第一孔,轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺,裝下一個(gè)銷并鏜下一個(gè)軸孔,直至全部導(dǎo)葉軸孔鏜完。整個(gè)鏜孔過程中均要百分表監(jiān)視。

        2.4 內(nèi)環(huán)導(dǎo)葉軸孔的加工

        (1)內(nèi)外環(huán)的裝配。鉗工通過專用工具胎將導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)連接起來,放在分度環(huán)止口內(nèi),并用螺釘把緊,形成與實(shí)際工作狀態(tài)一樣的內(nèi)、外環(huán)組合件,如圖4所示。

        圖4 組合件的安裝

        (2)組合件的安裝與找正。組合件安裝位置同前,專用的30°斜孔設(shè)備放在導(dǎo)葉外環(huán)外邊,在內(nèi)外兩環(huán)之間安裝支撐滑座。找正分兩步,一是找正組合件,找正方法同前;二是找正斜孔設(shè)備,要求斜孔設(shè)備的主軸軸線調(diào)整到與外環(huán)上的某一個(gè)Φ250 H7孔軸線同軸。

        (3)內(nèi)環(huán)導(dǎo)葉軸孔的加工。在滑座里裝上鏜桿,用劃針以外環(huán)球面為基準(zhǔn)大致找正滑座,此時(shí)將鏜桿與斜孔設(shè)備用萬向節(jié)連接起來,再在鏜桿上裝上百分表以內(nèi)外環(huán)球面為基準(zhǔn)精找正滑座,并壓緊滑座。依次以外環(huán)上的16-Φ250 H7孔作為“鉆模板”,加工內(nèi)環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔。

        2.5 導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)軸孔同鏜優(yōu)缺點(diǎn)分析

        經(jīng)過導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝,內(nèi)、外環(huán)上的16個(gè)導(dǎo)葉軸孔中心線誤差均在允許范圍內(nèi),套筒能順利裝入,導(dǎo)葉開啟靈合、自如,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

        該方案優(yōu)點(diǎn)最大程度保證了內(nèi)、外環(huán)導(dǎo)葉軸孔的中心線重合,但也存在明顯不足:①找正困難,接影響內(nèi)、外環(huán)導(dǎo)葉軸孔同心度;②需要一個(gè)專用連接胎,工裝成本高;③工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率低。

        3 內(nèi)、外環(huán)導(dǎo)葉軸孔單鏜工藝

        (1)基本思路。由于導(dǎo)葉內(nèi)、環(huán)的外形尺寸大,整體剛性差,要盡量減少裝夾次數(shù),以避免變形出現(xiàn)較大位置偏差。經(jīng)分析,內(nèi)、外環(huán)的過流面及導(dǎo)葉軸孔在同一裝卡狀態(tài)下完成加工的可能性是存在的。根據(jù)這一思路,選擇公司特有的Φ12.5M立車作為加工設(shè)備。

        (2)工藝方案。該立車自帶內(nèi)外花盤,即Φ4M內(nèi)花盤、Φ8M外花盤。兩花盤可以獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)也可以連鎖在一起旋轉(zhuǎn),即一個(gè)花盤轉(zhuǎn)動(dòng),另一個(gè)花盤不動(dòng)。如果將導(dǎo)葉外環(huán)放置于Φ12.5M立車外花盤上,先將其過流面精車完后,外環(huán)不動(dòng),將斜孔鏜削設(shè)備放置在內(nèi)花盤上,以導(dǎo)葉外環(huán)球面作為找正基準(zhǔn),就可實(shí)現(xiàn)葉外環(huán)導(dǎo)葉斜軸孔的加工,如圖5所示。

        圖5 Φ12.5M立車加工葉外環(huán)

        (3)方案實(shí)施。以外環(huán)零件為例:①粗、精車外環(huán)過流面。精車外環(huán)小端、工件翻身、粗、精車外環(huán)過流面。②檢查并調(diào)整中心高度。以導(dǎo)葉外環(huán)過流面為基準(zhǔn),根據(jù)理論高度與圖紙角度60°,調(diào)整鏜孔設(shè)備,使其鏜桿與導(dǎo)葉外環(huán)球面上下、左右向心,并壓緊鏜孔設(shè)備。③在外環(huán)大端面上同一節(jié)圓上固定16個(gè)等直徑的分度環(huán),弦距誤差0.05mm,點(diǎn)焊分度環(huán)。④將立車內(nèi)花盤瑣緊,在立車刀架上固定一個(gè)百分表,監(jiān)視分度環(huán),并記下其讀數(shù)。⑤鏜完第一孔時(shí),外環(huán)和外花盤一起轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)的位置以上述所記錄的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。這樣就保證了16個(gè)導(dǎo)葉軸孔的位置精度。內(nèi)環(huán)零件與之相似,不再贅述。

        (4)導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)軸孔單鏜優(yōu)缺點(diǎn)分析。這種工藝方案完全能解決大型導(dǎo)葉外環(huán)的加工,孔的位置精度也得到了保證。但實(shí)施過程復(fù)雜,尤其是鏜孔設(shè)備找正困難,勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率較低。

        4 內(nèi)、外環(huán)導(dǎo)葉軸孔數(shù)控工藝

        主要加工機(jī)床:Φ22M數(shù)控立車。

        4.1 Φ22M數(shù)控立車特點(diǎn)

        Φ22M數(shù)控立車除了車削基本功能外,還帶有垂直刀架和萬能銑頭,具有鏜銑功能。萬能頭在垂直平面內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)0°~90°,很方便實(shí)現(xiàn)所需的角度要求。

        4.2 方案實(shí)施

        工件一次裝夾,兩步實(shí)施:車過流面、鏜削導(dǎo)葉軸孔。下面僅對鏜削導(dǎo)葉軸孔工藝加工以說明。

        (1)粗鏜導(dǎo)葉外環(huán)導(dǎo)葉軸孔。當(dāng)導(dǎo)葉外環(huán)過流面精車完后,在立車垂直刀架上裝上萬能頭,將銑頭在垂直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)至與水平面成30°,并夾緊,如圖6所示。按圓線找正,由數(shù)控程序控制立車花盤分度導(dǎo)葉軸孔。垂直刀架粗鏜16個(gè)導(dǎo)葉軸孔,單邊留5mm余量。

        圖6 Φ22M立車加工導(dǎo)葉外環(huán)

        (2)半精鏜導(dǎo)葉軸孔。以已加工的球面為基準(zhǔn),確定導(dǎo)葉軸孔的向心度,半精鏜各孔??诅M完后,復(fù)查第一個(gè)導(dǎo)葉軸孔的位置誤差并作好記錄,作為精鏜孔時(shí)的誤差補(bǔ)償。

        (3)導(dǎo)葉軸孔的中心高的控制。根據(jù)理論中心高,通過移動(dòng)垂直刀架位置來調(diào)整實(shí)際高度,并將第一個(gè)孔作為其余導(dǎo)葉軸孔的基準(zhǔn)。

        (4)精鏜導(dǎo)葉軸孔。精確調(diào)整工件導(dǎo)葉中心高,參照所紀(jì)錄的分度誤差,由數(shù)控程序進(jìn)行誤差補(bǔ)償,精鏜所有導(dǎo)葉軸孔。

        4.3 優(yōu)缺點(diǎn)分析

        通過實(shí)際加工,這種工藝方法簡單、精度好、質(zhì)量穩(wěn)定、效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。

        Φ12.5M立車加工同樣大的導(dǎo)葉外環(huán)需要16天,而在Φ22M立車只需10天,大大縮短了加工周期。當(dāng)然,帶有垂直刀架和萬能銑頭,具有鏜銑功能的Φ22M數(shù)控立車,其投資也是相當(dāng)大的。

        5 結(jié)語

        3種方案表明:①在沒有大型數(shù)控設(shè)備的條件下,采用專用斜孔加工設(shè)備加工大、小貫流機(jī)組內(nèi)外環(huán)導(dǎo)葉軸孔的工藝方案是可行的;②在大型數(shù)控立車、特別是帶萬能銑鏜頭的大型數(shù)控立車上加工導(dǎo)葉軸孔,其位置精度完全由數(shù)控程序和機(jī)床精度來保證。這種工藝方法應(yīng)該是最佳工藝方法。

        大、小貫流機(jī)組工藝的開發(fā)、探索,走過了艱辛而漫長的道路,通過不斷的工藝創(chuàng)新和實(shí)踐,貫流機(jī)組導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)的加工技術(shù)已達(dá)到了比較先進(jìn)的水平,具體采用何種工藝方案,還需視具體情況而定。

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