茍羅成 張金生 譚萬(wàn)斌

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

水輪機(jī)主軸是水電機(jī)組的重要組件，隨著水電機(jī)組的大型化發(fā)展，主軸的外形尺寸也越來(lái)越大，各產(chǎn)品部件的加工要求也隨之提高。以往水輪機(jī)主軸的滑轉(zhuǎn)子槽深度以直槽居多，深度通常小于550 mm，其制造相對(duì)簡(jiǎn)單，而新型的水輪機(jī)主軸滑轉(zhuǎn)子槽在加工時(shí)含外部加工余量深度超過(guò)了800 mm、最窄處寬度小于50 mm，結(jié)構(gòu)采用了錐面與圓弧底面的特型面設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的切刀既無(wú)法保證加工深度，也無(wú)法完成錐面連接圓角的特型面加工，水輪機(jī)主軸示意圖見(jiàn)圖1。為此通過(guò)設(shè)計(jì)專(zhuān)用滑轉(zhuǎn)子槽加工刀具，增加刀具的剛性和強(qiáng)度，在刀頭直接采用安裝涂層可轉(zhuǎn)位刀片，增加刀具的耐磨性，延長(zhǎng)刀具使用時(shí)間，保證切削后深槽的內(nèi)外尺寸的一致性，提高刀具鋒利度，減少刀具的切削力以減少整體刀具的振動(dòng)，利用數(shù)控插補(bǔ)加工特型面，保證加工后產(chǎn)品與圖紙更高的符合性。最后在滑轉(zhuǎn)子槽的實(shí)際切削中，使用該專(zhuān)用刀具順利完成了加工，破解了該新型水輪機(jī)主軸滑轉(zhuǎn)子槽的加工難題。

1 滑轉(zhuǎn)子槽的結(jié)構(gòu)

如圖2所示，滑轉(zhuǎn)子槽深度深、開(kāi)口寬度窄，由于產(chǎn)品尺寸精度、表面粗糙度和形位公差要求高，故滑轉(zhuǎn)子槽作為后序各部位的加工基準(zhǔn)應(yīng)優(yōu)先加工，其余部位留有余量，此時(shí)加工滑轉(zhuǎn)子槽的深度增加，刀具活動(dòng)空間更小，加工難度也就更大。

圖1 水輪機(jī)主軸示意圖Figure 1 Schematic diagram of hydraulic turbine spindle

圖2 滑轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)圖Figure 2 Drawing of sliding rotor groove structure

2 專(zhuān)用切槽刀具的設(shè)計(jì)

2.1 粗開(kāi)槽刀板

設(shè)計(jì)思路為粗切開(kāi)槽然后進(jìn)行精車(chē)擴(kuò)槽加工，在有限空間內(nèi)進(jìn)行分級(jí)加工，利用粗開(kāi)槽刀板(見(jiàn)圖3)將滑轉(zhuǎn)子槽粗切開(kāi)，再用精車(chē)刀板加工滑轉(zhuǎn)子槽滿(mǎn)足圖紙尺寸要求及粗糙度要求。

粗車(chē)刀板設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮：為獲得較高的效率，粗車(chē)選用大功率的普通重型車(chē)床加工；刀板采用了弧形設(shè)計(jì)，增加了刀板的高度，能滿(mǎn)足大切削力時(shí)刀板有足夠的剛性，利用與滑轉(zhuǎn)子槽接近的弧度增加刀板加工時(shí)的空間；刀板采用反切的方式利用切削力輔助壓住刀具以獲得切削時(shí)的穩(wěn)定性，并且采用壓緊和拉桿雙夾緊方式，保證工藝系統(tǒng)可靠性；切削刀頭采用快換式刀頭，刀頭焊接普通硬質(zhì)合金做切削刃，讓刀頭能有一定的抗沖擊能力。

2.2 精車(chē)刀板

為了保證加工滑轉(zhuǎn)子槽各部位的切削要求，設(shè)計(jì)了如圖4所示的專(zhuān)用滑轉(zhuǎn)子槽精車(chē)刀板，精車(chē)刀板不僅需滿(mǎn)足擴(kuò)槽加工時(shí)有足夠的強(qiáng)度，又要利用有限的滑轉(zhuǎn)子槽內(nèi)部空間，采用不同種類(lèi)的刀具加工相應(yīng)的部位，保證滑轉(zhuǎn)子槽內(nèi)各尺寸的加工。刀板也采用了弧形設(shè)計(jì)，用刀板的高度增加剛性，用弧形增加刀板加工時(shí)的空間，在刀板上安裝不同的刀座，利用相應(yīng)的刀片采用數(shù)控插補(bǔ)的方式加工成形根部圓角及錐面。設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到切削時(shí)刀片的冷卻和切屑的排出，在刀板上設(shè)計(jì)了高壓管路，加工時(shí)利用管路噴入高壓霧化冷卻液，冷卻刀具的同時(shí)帶走刀面上的切屑，延長(zhǎng)刀片保用壽命和降低加工表面粗糙度。

2.3 刀座設(shè)計(jì)

滑轉(zhuǎn)子槽的深度較深，為保證加工尺寸的精度，精加工時(shí)，需要刀具的耐磨性能優(yōu)越，故設(shè)計(jì)時(shí)選用了可轉(zhuǎn)位涂層刀片。刀座能實(shí)現(xiàn)在精車(chē)刀板上安裝不同類(lèi)型的涂層刀片，同時(shí)滿(mǎn)足不同部位的切削，故根據(jù)上述思路，為滿(mǎn)足滑轉(zhuǎn)子槽所有部位的精加工需設(shè)計(jì)正、反3種刀座和1種中置刀座，刀座安裝尺寸需與刀板尺寸匹配，不同的刀座安裝相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)涂層可轉(zhuǎn)位刀片，各刀座設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5。

3 工件的加工

3.1 粗切滑轉(zhuǎn)子槽

為保證工件加工精度，工藝安排其余部位留量，滑轉(zhuǎn)子槽加工到位后作為加工基準(zhǔn)。留量加工的工序完成后，工件開(kāi)始進(jìn)行粗切滑轉(zhuǎn)子槽的加工。粗切時(shí)選用了功率較大的?4.2 m普通重型車(chē)床，提供較大的扭矩保證足夠的切削力。由于空間有限，為增加刀具的強(qiáng)度，刀板采用了跟隨工件弧度的設(shè)計(jì)，既增加了刀板的高度也不會(huì)產(chǎn)生干涉而影響加工。粗切滑轉(zhuǎn)子槽是按單邊留量5 mm加工，內(nèi)部的錐面采用分段加工成包容錐面和底部圓角的直角臺(tái)，使錐面加工余量更均勻，便于后序的擴(kuò)槽加工，粗切滑轉(zhuǎn)子槽如圖6所示。

3.2 擴(kuò)槽、精車(chē)滑轉(zhuǎn)子槽加工

粗開(kāi)槽完成后采用數(shù)控車(chē)床進(jìn)行擴(kuò)槽半精加工和精車(chē)滑轉(zhuǎn)子槽加工，利用不同的刀夾夾持相應(yīng)的可轉(zhuǎn)位刀片，先進(jìn)行半精加工，將滑轉(zhuǎn)子槽內(nèi)表面留量加工均勻后，再將滑轉(zhuǎn)子槽直線(xiàn)段外圓和槽底徑外圓的尺寸精加工符圖，然后采用數(shù)控插補(bǔ)將錐面和槽底圓角加工至滿(mǎn)足圖紙要求，擴(kuò)槽、精車(chē)滑轉(zhuǎn)子槽如圖7所示。

圖3 粗開(kāi)槽刀板Figure 3 Cutting board for rough cutting groove

圖4 精車(chē)刀板Figure 4 Cutting board for finish turning groove

圖5 刀座Figure 5 Blade holders

圖6 粗切槽加工Figure 6 Rough cutting groove

圖7 擴(kuò)槽、精車(chē)滑轉(zhuǎn)子槽Figure 7 Expanding groove and finish turningsliding rotor groove

3.3 表面粗糙度的處理

精車(chē)完成后，為降低滑轉(zhuǎn)子槽內(nèi)表面的粗糙度，分別采用了拋磨和研磨兩種方式來(lái)提高表面光潔度。拋磨采用了專(zhuān)用工裝固定風(fēng)動(dòng)拋光機(jī)，利用砂布輪對(duì)滑轉(zhuǎn)子槽內(nèi)表面進(jìn)行粗拋處理。然后再采用在工裝上纏繞砂紙加研磨膏對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行精研，最終滿(mǎn)足圖紙要求，拋磨和研磨見(jiàn)圖8。

圖8 滑轉(zhuǎn)子槽拋磨和研磨Figure 8 Polishing and grinding sliding rotor groove

4 應(yīng)用推廣

通過(guò)對(duì)某公司水電主軸滑轉(zhuǎn)子槽的加工，利用專(zhuān)用滑轉(zhuǎn)子槽加工刀具分別進(jìn)行了粗加工、半精加工和精加工，完全滿(mǎn)足了用戶(hù)圖紙的要求，并一次通過(guò)用戶(hù)聯(lián)檢，而且專(zhuān)用刀具的剛性和強(qiáng)度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)刀具，不僅解決了傳統(tǒng)刀具加工不到深度的問(wèn)題，而且利用更好的剛性和強(qiáng)度保證了一次加工中深槽內(nèi)、外尺寸的一致性，減少了往復(fù)走刀次數(shù)，提高了加工效率且更易達(dá)到質(zhì)量要求。經(jīng)實(shí)際加工多件類(lèi)似的水電主軸滑轉(zhuǎn)子槽后，可看出通過(guò)專(zhuān)用刀具加工水電主軸滑轉(zhuǎn)子槽的優(yōu)勢(shì)明顯，適用于各種類(lèi)似水電主軸空間狹小且槽深的滑轉(zhuǎn)子槽的加工。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)專(zhuān)用滑轉(zhuǎn)子槽加工刀具，利用有限的滑轉(zhuǎn)子槽內(nèi)部空間，解決了切削、排屑和對(duì)型面的數(shù)控插補(bǔ)加工等一系列問(wèn)題，完成了某大型水電主軸滑轉(zhuǎn)子槽的加工。同時(shí)，在類(lèi)似產(chǎn)品的加工中也能體現(xiàn)出專(zhuān)用刀具的優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率有著顯著的作用。