水輪機頂蓋底環在銑床上的鏜孔加工

胡群嬌

（南寧發電設備總廠，廣西 南寧 530031）

水輪發電機組的頂蓋、底環是水輪機導水機構中的重要零件，根據水頭高低、機組大小不同，頂蓋、底環上都會分布有12～24組導葉孔，而且有嚴格的同軸度加工要求。一般情況下，導葉孔是在鏜床上利用同鏜工具，通過同鏜加工來保證同軸度要求的。而頂蓋、底環屬于大而扁的零件，其外型尺寸一般都比較大，因此，小型的鏜床設備是無法完成的，需要使用比較大的鏜床設備并配套同鏜加工裝置才能完成，設備投資大，加工的成本比較高。

我們通過對現有的德產FSS400-Y立式銑床進行適當改造，并改變傳統的同鏜工藝，大膽采用新的鏜孔方法，就可以實現在銑床上進行頂蓋、底環的鏜孔加工，減少了對委外加工的依賴。更重要的是，其他類似產品的鏜孔，也可以在銑床上完成了，操作簡單，經濟實用。

以下是銑床改造及鏜孔加工方法介紹。

1 現有銑床設備的現狀及改造方法

FSS400-Y德產銑床各種參數，跟國產X53T銑床差不多，其主軸端面至工作臺距離為60～550 mm，工作臺尺寸為1800 mm×425 mm，工作臺最大負載為8000N，銑床動力充足，精度良好，主軸的軸向進給是通過手輪人工進刀，無自動走刀裝置，主軸端面可安裝銑刀盤，且機床上原配置有一臺可利用的變頻器。為此，我們對設備進行如下改造：

1.1 設計安裝主軸自動進給裝置

水輪機頂蓋、底環的材質，一般采用Q235-A組焊或鑄鋼整體鑄造，對高水頭或多泥沙電站，過流面一般要求鑲嵌10～16 mm的不銹鋼面板，根據零件材質及導葉孔加工的精度要求，要在銑床上完成鏜孔加工，首先必須對銑床主軸的軸向進給機構進行改造。

圖1 頂蓋底環同軸定位

為此，我們設計制造了一套外置的主軸自動進給裝置，即選用一臺NMRV-063鋁殼箱型蝸輪減速箱，速比i=50，用一臺YS7124-4-370 W電機作動力源，且電機與機床上原配置的變頻器組合起來，從而實現軸向自動進給速度的調節。減速機輸出端，用一副i=100、模數為1.5的齒輪副作為二級減速。拆下機床上原主軸軸向進給手輪，改掛齒輪副的從動齒輪，蝸輪減速箱與電機直聯后固定于銑床動力頭的右側，接上電源，就可以實現鏜孔的軸向自動進給了（如圖2）。

圖2 底環鏜孔

1.2 設計鏜刀桿

根據鏜孔尺寸，我們設計制造了一套差動鏜刀桿，鏜桿上端做成燕尾滑塊形式，這樣，鏜桿的可加工孔徑范圍就比較寬，鏜刀的橫向進給采用螺旋進給，并輔以刻度盤，這樣，進刀就比較方便準確，減少加工時的輔助時間，燕尾滑塊上端加工有一個定位止口及鍵槽，保證了鏜桿與主軸的準確定位，整個鏜桿用螺栓及平鍵與銑床主軸端連接。

1.3 設計工件輔助平臺

頂蓋的總質量為2800 kg，外徑為Φ 2240 mm，而銑床工作臺的最大負載才是8000 N，工作臺尺寸也僅為1800 mm×400 mm，因此無法把工件直接裝夾在工作臺上。為了解決這個問題，同時也為了鏜孔方便找正，我們在機床前方安裝兩個輔助支承平臺，要求支承平臺能承受工件的大部份重力，每個支承平臺有一套調節機構，由T型螺桿、T型螺母、鎖緊螺母、鋼球和頂緊螺母等組成，用于調節工件與銑床工作臺等高（如圖2）。

這樣，工件重力就由銑床工作臺及兩個T型螺桿共3個支撐點來共同完成，并且兩個輔助平臺承受大部份的工件重力，當調整工件高度或少量的左右移位時，可以利用鋼球的滾動來完成，比較方便省力，調整完成后，頂緊螺母上旋，頂緊工件，工件重力由球面支撐轉為平面支撐，同時夾緊，就可以開始鏜孔。當鏜完一個孔轉一定角度鏜下一個孔時，找正第二孔就可以落下頂緊螺母，用兩個鋼球的滾動來左右微調工件找正。

2 采用新工藝保證同軸度加工要求

傳統的頂蓋、底環加工，為了保證導葉孔的同軸度，采用的加工工藝是頂蓋、底環分別劃線，然后上鏜床，按線均布鏜出頂蓋全部導葉孔，底環則按線鏜出對稱的兩個導葉孔供定位用（這兩個孔劃線、鏜孔要求準確），加工兩條芯棒，在劃線平臺上把合頂蓋、底環，用兩條芯棒定位，同時打表檢查頂蓋、底環的內孔同軸度，最后螺栓收緊頂蓋、底環，整體吊上鏜床，裝夾好，就可以以已鏜好的頂蓋孔為基準，鏜底環孔，從而保證兩者的同軸度。

利用上述改造的銑床來鏜孔，只要整體把合后的頂蓋、底環總高度在銑床的軸向行程內，是可以采用的。但如果總高度超過了銑床的軸向進給范圍，這種鏜孔工藝將無法實施。對于超過軸向進給行程的頂蓋、底環，我們采取如下加工工藝：

頂蓋、底環分別劃線，鏜出頂蓋的全部導葉孔合尺寸，底環的孔粗鏜（留5 mm余量供精鏜），另外對稱精鏜出2個孔供定位，頂蓋上除了2個供定位用的孔外，其余孔各加工一個10 mm定位圓板（要求與孔過渡配合），每個圓板套打入頂蓋導葉孔，頂蓋、底環用兩條芯棒定位，用與上述相同的方法把合找正頂蓋、底環，然后每個定位圓板用螺桿穿過底環導葉底孔對稱均勻收緊（如圖1），用表復查頂蓋、底環內孔同軸度，最后吊開頂蓋，底環吊上銑床工作臺，以緊固在底環上定位圓板作為鏜孔基準，用百分表找正，然后夾緊工件，拆下定位圓板，就可以開始底環鏜孔。每鏜完一個孔，旋轉工件到下一個孔，用同樣的方法找正定位圓板，再鏜第二個孔，如此類推。

利用這個方法，可以不必把頂蓋、底環整體把合同鏜，就可以保證頂蓋、底環的同軸度加工要求，避免了對大型鏜床設備的依賴，是一種比較簡單、靈活且實用的鏜孔加工方法。

3 結束語

利用這臺改造過的銑床，采用這種鏜孔工藝，我們先后完成了云南南汀河、落水洞等電站的頂蓋、底環的鏜孔加工，最后都能達到圖紙要求。同時，經過改造后的銑床，同時具備了鏜銑的功能，特別對較大尺寸的寬扁類零件的鏜孔，都可以完成了，解決了小企業對委外鏜孔加工的依賴。同時，通過對設備進行局部改造，能有效地提高設備的綜合利用率，從而提高企業的經濟效益。

[1]劉大愷.水輪機[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[2]吳圣莊.金屬切削機床概論[M].北京：機械工業出版社，1984.