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精镗汽轮机轴承箱大径孔
本文由山东润科数控有限公司收集自互联网，钢筋笼绕筋机、钢筋笼滚笼机是山东润科数控科技有限公司自主研发的核心产品，欢迎大家来电咨询~
摘要: 在大型汽轮机零件制造中常见大径( 400 ～ 950mm) 孔的镗削加工，如轴承箱孔、汽缸及汽封圈内孔等。由于内孔尺寸大、常规刀具装置刚度差及操作者技能水平不高，内孔加工很难达到设计技术要求，大径孔精镗加工成为行业制造难题。在分析加工现状的基础上，通过研制新的大径孔精镗刀模块装置、合理利用机床特性和选择切削参数等，形成了一套合理的大径孔精镗工艺方案，满足了精镗汽轮机轴承箱大径孔的技术要求，提高了加工效率。
关键词: 汽轮机; 大径孔; 精镗
0. 引言
我国大型数控设备应用比较晚，产品制造过程中能够借鉴的加工经验很少。一套成熟的加工方案，需要数个产品周期才能够形成，不仅生产效率低，而且对资源有很大的浪费; 其次，重型加工工艺装备没有合理的规范标准，很多企业还停留在中小件工艺装备的基础上，导致重型机床的利用效率很低，在汽轮机行业，大径孔镗削加工就是典型的例子。本文以大型数控落地铣镗床加工汽轮机轴承箱为例，通过研制新的大径孔精镗刀模块装置、合理利用机床特性和选择切削参数等，形成了一套合理的、并经生产应用证明行之有效的大径孔精镗工艺方案。
1 .汽轮机轴承箱精加工技术要求分析
轴承箱安装在汽轮机汽缸本体或基础上，用于支承轴承，汽轮机轴承箱结构如图1 所示，是汽轮机行业大径孔加工的典型零件。
图1 汽轮机轴承箱结构
1。轴承箱盖 2 轴承箱体
2. 汽轮机轴承箱大径孔精镗装置
2． 1 大径孔精镗刀具装置现状
目前，大径孔精镗刀具装置有两种类型: 莫氏锥度刀桥和整体焊接式镗刀组成的常规型镗削装置，刀具厂家提供的组合式镗刀装置。如果通过刀具厂家定制一套刀具装置，费用很高，同时汽轮机是单件生产，刀具装置可能不适宜下一台汽轮机组使用，因此目前大部分汽轮机制造厂大径孔精镗刀具装置仍然使用常规型镗削装置，这在很大程度上影响了产品的加工质量。此种刀具装置具有以下弊端。
刀具装置，费用很高，同时汽轮机是单件生产，刀具装置可能不适宜下一台汽轮机组使用，因此目前大部分汽轮机制造厂大径孔精镗刀具装置仍然使用常规型镗削装置，这在很大程度上影响了产品的加工质量。此种刀具装置具有以下弊端。 1) 在精镗孔时，内孔尺寸公差不容易控制，最终尺寸需要操作者根据经验多次调整镗刀，生产效率低，操作者劳动强度高。
2) 整体焊接式精镗刀，镗刀切削刃为普通硬质合金，切削刃和切削角度由操作者手工刃磨，受操作者技术水平影响较大。同时由于材料中含有气孔、夹砂，以及半钢半铁不同材质的合件加工，将导致刀具磨损严重，甚至出现崩刃，深孔加工时使内孔产生锥度。再次调整刀具时，加工尺寸难以控制。
3) 镗刀通过莫氏锥度刀桥连接，刀桥安装在刀柄内，由莫氏锥孔定位，刀柄安装在主轴ST50 锥孔内整个刀具装置刚度差。在镗削内孔时，刀具会产生高频颤振，严重恶化表面质量。当镗削轴承箱不同材质的箱盖和箱体的内孔时，由于材料的物理性能和力学性能不同，造成不同材质的箱盖和箱体的内孔的尺寸不一样，这种情况的产生不受切削余量和切削速度的影响，唯一的解决方案就是增强刀具装置的刚度。
2． 2 大径孔精镗刀模块装置
为解决上述弊端，研制成功大径孔精镗刀模块装置［1］，系专利技术，如图2 所示。该装置由直角微调可转位镗刀头1、镗刀夹座2 和刀桥3 组成。其特征在于: 直角微调可转位镗刀头1 安装在镗刀夹座2 内，由2 个侧固式螺钉压紧成一整体模块，镗刀夹座2 安装在刀桥3 内，通过3 个螺钉压紧。
直角微调可转位镗刀头1 上的微调刻度盘在直径上的调整范围为22mm，可以在精镗加工时进行有效的调整; 镗刀夹座2 与刀桥3 采用矩形导轨连接，调整时连接稳定性好。镗刀夹座2 在矩形定位槽内可实现54mm 移动范围的无级调整，调整定位后，通过3 个螺钉压紧，从而不用更换刀桥3，即可满足直径差为100mm 以内的台阶孔加工。由于各种型号汽轮机轴承箱内孔直径相差很大，为了满足加工需求，制定了如表1 所示6 个型号的厂标系列刀桥( L 表示刀桥的长度) 。使用时可根据所加工具体型号汽轮机轴承箱内孔直径尺寸，选择合适型号的刀桥。
图2 大径孔精镗刀模块装置
1．直角微调可转位镗刀头 2．镗刀夹座 3．刀桥
表1 刀桥型号系列
刀桥由心轴定位，通过连接孔固定在旋转主轴的扭矩传递段上，刀桥装配如图3 所示，刀桥整体刚度好。在镗削过程中，整个镗刀装置运转平稳，适合高精度孔系的加工。此种刀桥装配方式，精镗孔加工能够修正前一道工序的形位误差，如同轴度、圆柱度等缺陷，有效解决了刀具装置在加工时由于刚度不足而产生的各种质量问题。此外，刀桥的尺寸、外形经过多次试验改进后，外形简单、切削刚度好且操作实用方便。
图3 刀桥装配
1． 刀桥2． 心轴3． 机床主轴
2． 3 大径孔精镗刀模块装置的应用
精加工发电机前轴承位时，首先镗内孔，该装置安装调整过程为: 直角微调可转位镗刀头1 安装在镗刀夹座2 内，通过2 个侧固式螺钉压紧，当直角微调可转位镗刀头1 与镗刀夹座2 安装好以后，将不再调整，成为一个整体模块。镗内孔，选用表1 中D750 型号的刀桥，刀桥3 由心轴定位，通过连接孔固定在旋转主轴的扭矩传递段上，用4个M16 的螺钉压紧; 调整好镗刀夹座2 在刀桥3 矩形定位槽内的位置，通过3 个螺钉压紧。精镗加工时，首先在孔口径处进行试切，测量后确定进刀尺寸，通过调整直角微调可转位镗刀头1 尾部的刻度盘( 可实现直径方向0． 02mm 的切深调整) 实现进刀调整。
内孔，该装置安装调整过程为: 直角微调可转位镗刀头1 安装在镗刀夹座2 内，通过2 个侧固式螺钉压紧，当直角微调可转位镗刀头1 与镗刀夹座2 安装好以后，将不再调整，成为一个整体模块。镗内孔，选用表1 中D750 型号的刀桥，刀桥3 由心轴定位，通过连接孔固定在旋转主轴的扭矩传递段上，用4个M16 的螺钉压紧; 调整好镗刀夹座2 在刀桥3 矩形定位槽内的位置，通过3 个螺钉压紧。精镗加工时，首先在孔口径处进行试切，测量后确定进刀尺寸，通过调整直角微调可转位镗刀头1 尾部的刻度盘( 可实现直径方向0． 02mm 的切深调整) 实现进刀调整。 大径孔精镗刀模块装置的应用具有以下优点。
1) 对零件加工适应性强，大大降低刀具装置成本。
2) 生产效率是常规镗削装置的3 倍。
3) 调整精度高、刚度好，利用微调刻度盘可进行径向0．02mm 的切深调整，内孔表面粗糙度能够达到Ｒa0。8 ～ Ｒa1．6μm。
4) 该装置安装操作简便。
3 .机床特性的合理利用
轴承箱发电机前轴承位与低压缸后轴承位在同镗加工时，通常以Z、W( 镗杆为Z 轴，滑枕为W 轴，下滑座为X 轴，立柱为Y 轴) 轴作为进给轴，在产品装配过程中，发现前、后轴承位同轴度超差。该类型加工缺陷较为隐蔽，加工阶段没有在线检测手段，往往只有在产品装配过程中才能够发现，从而造成严重的质量事故，因此必须在加工阶段杜绝这种情况的发生。通过分析，产生这种加工缺陷是机床特性造成的。机床特性受机床的可靠性影响，重型数控机床的可靠性已经成为衡量机床及关键功能部件性能好坏的重要指标［2］。数控落地铣镗床( 滑枕为W 轴，镗杆为Z 轴) 精加工时，需要考虑滑枕液压补偿和镗杆挠度对加工的影响。滑枕液压补偿的目的是保证W 轴所运动的轨迹与G18 平面( XZ 平面) 平行，往往受机床多方面因素的影响，不能准确地补偿。国产数控落地铣镗床液压补偿都是非线性的分段补偿［3］，滑枕进给某一设定值，机床可编程控制器( PLC) 对滑枕附加一个补偿值。镗杆在0 ～ 500mm 之间，挠度很小，可以忽略不计，但是随着伸长量的增加挠度越来越大，以FB260 数控落地铣镗床为例，当主轴伸出1 500mm时，主轴的挠度甚至能够达到0。08mm。
4. 精镗切削参数
1) 背吃刀量ap: 大直径内孔精镗加工时直径上背吃刀量为0．15 ～ 0．3mm。
2) 切削速度vc: 根据生产实践经验和切削手册得出切削速度在80 ～ 120m/min 之间，此区域可以避开积屑瘤的产生，刀片处于最佳切削状态。
3) 进给量f: 按表面粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径及切削速度来选择进给量，根据生产实践经验，可取0．05 ～ 0．1mm/r。
5. 镗削冷却方式的选择
常用的冷却方式有: 压缩空气冷却、切削液冷却及微量油雾冷却等。由于轴承箱镗削加工空间较大，采用冷却液喷注方式很难均匀进入加工区域，反而会加大镗刀刃在切削时的温度变化，产生热疲劳，降低刀具寿命。由于本装置采用硬质合金涂层刀片，刀具材料具有较高的红硬性，实际加工中只使用压缩空气冷却，不使用冷却液。
6. 结语
本文在分析汽轮机轴承箱大径孔精加工技术要求和工艺现状的基础上，从大径孔精镗刀模块装置、机床特性、精镗切削参数和冷却方式等方面进行改进，形成较为合理的汽轮机轴承箱大径孔精加工方案，对加工中影响因素进行有效控制。经生产实际应用表明，该汽轮机轴承箱大径孔精加工方案，保证了大径孔的加工质量，取得了良好的应用效果。
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