可傾軸瓦塊的加工和測量技術研究＊

程 萍 張遠海

(①紹興職業技術學院，浙江 紹興312000;②申科滑動軸承股份有限公司，浙江 諸暨311800)

可傾瓦軸承具有抗振動能力強、承載能力高、功率損失小等優點，尤其它的高速穩定性非常好，不易發生油膜振蕩，因此在離心式壓縮機中普遍應用。從結構上看，它主要由軸承殼體、定位銷和瓦塊構成。本次生產的可傾瓦軸承內含5 片瓦塊，沿軸頸的周圍均勻分布，如圖1 所示。瓦塊與軸頸有正常的軸承間隙量，每塊瓦的外徑都小于軸承殼體的內徑，瓦背圓弧與軸承殼體內孔是線接觸，它相當于一個支點，當機組轉速、負荷等運行條件變化時，瓦塊能在軸承體的支撐面上自由地擺動，自動調節瓦塊位置，形成最佳潤滑油楔［1-2］。下面從可傾瓦軸承的結構出發，重點介紹瓦塊的加工與測量技術。

1 瓦塊加工難點分析

圖2 為瓦塊的零件圖，在分析圖紙及前期的加工、測量和裝配過程后，發現有以下幾個難點需要解決:

(1)瓦塊的內徑、外徑圓弧不同心，內表面為主要加工面，尺寸為R17.5+0.155+0.130mm，如何來保證這個尺寸精度及如何測量。

(2)內表面粗糙度0.4 μm 如何保證。

(3)兩個不同心的圓弧表面的中間厚度為8-0.055-0.075mm，如何來保證這個尺寸精度及如何測量。

(4)在對軸承進行裝配時發現，必須要保證瓦塊的上下等厚度在0 ～0.015 mm 范圍內，否則就會安裝不起來，應選擇何種加工方法來保證它。

2 瓦塊加工工藝

在機械加工工藝過程中，針對工件的結構特點和技術要求，要采用不同的加工方法和裝備，按照一定的順序依次進行加工才能完成由毛坯到零件的過程。工件的機械加工有許多方法，加工的目的是要使工件獲得一定的加工精度和表面質量，工件加工精度包括尺寸精度、形狀精度和表面相互位置精度。對于本次加工的瓦塊工件來講，主要保證的加工精度包括R17.5 mm圓弧面和厚度8 mm 的尺寸精度及內外圓弧面的圓柱度等;而表面質量主要是指瓦塊內圓弧面的粗糙度等［3］。在擬定瓦塊的加工工藝路線時應考慮以下幾點［4］:

(1)先粗后精。在安排加工順序時應將各表面的粗加工集中在一起首先進行，主要目的是切除各表面上的大部分余量，及時發現毛坯缺陷，提高生產效率;然后再依次集中進行各表面的半精加工和精加工，保證各主要表面達到圖樣要求。

(2)先主后次。工件的加工應先安排加工主要表面，后加工次要表面，因為主要表面往往要求精度較高，加工面積較大，容易出廢品，應放在前階段進行加工，以減少工時浪費，次要表面精度要求較低，又與主要表面有位置要求，應在主要表面加工后進行加工。

(3)減少工件裝夾次數，保證工件表面間的位置精度。

針對以上幾點，結合瓦塊的特點，充分考慮了加工成本等因素，我們初步有兩種加工方案:

方案一:選用Φ50 mm 的棒料，先在數控車床上加工外輪廓至尺寸，然后在數控銑床或加工中心上加工出內輪廓，接著再利用線切割割成5 塊瓦，接著再次回到數控銑床或加工中心上加工瓦塊的另一端，并鉆孔，具體步驟如圖3 所示。

此方法雖然減少了材料浪費，并且一次能加工出5 個瓦塊，可以用于同組使用，但是在加工至第二步，即用銑刀加工內表面時，由于內孔較小，冷卻液無法完全進入，導致了工件內表面燒傷，無法達到圖樣要求的表面精度;另外，此方法要用到的機床種類較多，裝夾次數也多，因此并不適合于該工件。

方案二:選用方料，在數控銑床或加工中心上加工。

該方法只需要一種機床三次裝夾就能加工完成，不僅加工方便，而且精度上完全能滿足要求。具體操作如下:

材料:由于本次加工的瓦塊尺寸較小，這里選用的毛坯是尺寸為36 mm×25 mm×15 mm 的45#立方體。

第一步:用平口鉗夾住3 ～4 mm 的毛坯，留出的高度為32 mm;然后進行對刀，工件坐標原點與程序的坐標原點一致。如圖4 所示。

第二步:對好刀后，首先沿著最大的輪廓進行粗加工，即圖4 中的外輪廓，因為毛坯只在下端夾住3 mm左右，所以背吃刀量要小一些，這里選用的是Φ16 mm的銑刀，轉速為600 r/min，下刀量為3.5 mm，進給量為200 mm/min，加工余量為0. 2 mm，加工至深度32.2 mm為止，加工的時間為7 ～8 min 左右。加工完外輪廓之后，再加工凸起的R21.5 mm 與R22 mm 輪廓，也是用Φ16 mm 的銑刀，加工深度為2.5 mm，加工的時間在40 s 左右。完成粗加工后，再換一把精加工的Φ16 mm 銑刀進行精加工，轉速為3 000 r/min，進給量為500 mm/min，控制尺寸到位，所加工的時間在5 min 左右。到此，上表面的R21.5 mm 與R22 mm 的圓弧面及四周輪廓面加工完成，即除下端的凸臺及工件總長度34 mm 外，其余部分已加工完成。

第三步:掉頭加工另一端的凸臺，并保證圖2 左視圖中的尺寸34 mm。這里需要一個輔助夾具，然后用Φ16 mm 的銑刀加工凸起的輪廓，同樣采用先粗后精的加工順序。如圖5 所示。

第四步:最后用鉆頭加工中間Φ5 mm 的孔，孔深3.5 mm，至此，工件加工完成。

3 工件關鍵尺寸的測量

工件加工完成后，需要檢查工件加工精度，大部分尺寸的測量一般可以依靠常用測量工具來直接完成，如千分尺等，而有些尺寸卻不能直接測量出來，如上述講到的

4 實驗分析

按照上述工藝方案及測量方法，這里分2 組對該工件進行了試加工，每組做了5 件，加工編程借助了CAXA 軟件，由于除一端的凸臺和Φ5 mm 孔(次要加工面)外，其余部分都是在一次裝夾下完成的，所以10個工件尺寸全部都符合要求;另外，在上述合理的切削用量下加工出來的工件，內表面的粗糙度也符合要求。實際上，按照這種加工方法加工出來的工件，其誤差大小主要取決于機床誤差和刀具磨損引起的加工誤差，因此大大降低了廢品率。

另外，前面提到工件上下有等厚度要求，如果安裝及加工方法不正確的話，就可能出現工件尺寸雖然符合要求但卻達不到等厚度要求的現象，如同一工件的上端厚度為(8-0.057)mm，下端厚度為(8-0.075)mm，雖然都在公差范圍內，但是等到軸承裝配時就會出現困難，即使裝上軸承的使用壽命也會降低，因此大部分會做廢品處理。這里我們對該尺寸測得的數據進行了統計，如表1 所示。

從表中的數據可知，零件的等厚度滿足0 ～0.015 mm的要求，因此這種加工方法無論從成本上還是生產效率上都是最優的。

表1 2 組數據的比較 mm

［1］龔學清. 可傾瓦軸承制造工藝研究［J］. 東方汽輪機，2000(3):25 -31.

［2］王永亮，劉占生，錢大帥.可傾瓦軸承瓦塊擺動特性［J］.哈爾濱大學學報，2011，43(9):62 -66.

［3］劉守勇.機械制造工藝與機床夾具［M］. 北京:機械工業出版社，2007:1 -26.

［4］華茂發. 數控機床加工工藝［M］. 北京:機械工業出版社，2011:62 -64.