孫楊
(哈爾濱汽輪機廠有限責任公司,哈爾濱 150046)
出于汽輪機整體安裝的考慮,部分汽輪機軸承座殼體為兩半組合件,通過2個定位銷和4個緊固螺釘聯接而成為一體,內部形狀具有腔體大、孔口小,并且腔體內部的形位公差與尺寸公差相對較嚴(都在0.03 mm內)的特點。常規方法應由數控鏜床進行加工,由于數控鏜床的加工方法是將工件打開,一半一半地分別加工,組裝后會產生錯牙現象現象,可達0.1 mm以上,無法保證0.03 mm的形位公差和尺寸公差。
數控車床整體加工兩半式軸承座殼體能夠保證各項公差指標,但是數控車床加工孔口小且腔體大的工件,存在如下問題:從孔口進刀加工內腔體、內溝槽(內溝槽等內腔體尺寸單面深度最多可達60.5 mm)。由于孔口小,刀具在腔體內部加工,刀具切削不可見,無法觀察刀具的切削情況,目前存在無成熟加工方法,無專用刀桿,刀具、工件易變形,無法保證形位公差與尺寸公差等諸多的加工難點。
利用軸承座殼體的內部形狀特點,通過仿錐形專用大頭刀架、刀具的設計和數控加工方法改進可以有效解決以上問題。
1)首先根據內腔體空間較大的特點來設計專用刀架(如圖1所示),專用刀架的設計特點是“頭大脖子細”,“頭大”可以提高專用刀架的裝刀位置的面積,保證了刀具裝入后的夾緊力和穩定性,“脖子細”的設計是為保證加工內腔體進刀空間,刀脖處改變傳統的圓柱形,創新出仿錐形,這樣設計可以提高刀脖處的橫截面積,提高刀架剛性,此刀架新穎、巧妙的設計,改變了傳統的刀架形狀,攻克了加工無專用刀架的難點,此刀架正進行專利申報。
2)設計和磨制各種相應加工用專用刀具來配合刀架使用,來完成加工內腔體所有內直徑、內溝槽和內端面等尺寸,如圖2所示。
3)編排合理的數控加工方法。
a.把內徑和外端面作為對刀基準,解決了刀具對刀難點。
b.加工時為了保證快速定位的安全性,采用刀具先快速定位進入腔體內加工點前,主軸再轉起來的進刀方法,退刀前先停止主軸轉速再從腔體內退刀。
c.采用單段程序來加工內腔體,加工一刀一退刀,首先可以及時清理切屑,防止產生擠屑現象,保證加工質量,其次可以觀察刀具的磨損情況,避免因刀具磨損過大而產生打刀和扎刀的現象,有效控制內腔體的加工質量;并把內孔和端面作為對刀基準,解決了刀具對刀難點。

圖1 仿錐形專用大頭刀架

圖2 加工內腔體內溝槽的專用刀具
4)采用雙重卡盤的裝夾方法,外卡盤將工件夾緊,調節內卡盤進行找正,這樣找正時敲擊外卡盤找正,就不用敲擊工件了,這樣可以防止因找正敲擊工件而把工件敲錯牙(工件是兩半的),有效解決工件變形和錯牙。

圖3“仿錐形專用大頭刀架”和裝夾刀具一起使用效果圖
5)為了防止工件產生加工應力變形和裝夾變形,分粗、精車加工,先粗車,夾力可以大些,內外徑和端面單面留0.3 mm余量,工件卸下時效48 h后再精加工。精加工時,由于加工余量較小,切削力較小,所以夾緊力無需太大,這樣裝夾可以有效避免工件產生裝夾變形,如圖3所示。
經過以上方案的試驗加工,方案方法行之有效地解決加工難點,攻克了加工難關,完全可以保證軸承座殼體的加工質量,并且原由數控鏜床加工,現改為數控車加工,此一項就節約了大量使用機床的加工成本,并提高功效,原數控鏜加工一件需要23 d,現數控車加工一件需要12 d,功效提高了一倍,創新成果顯著。