水輪機轉輪體側孔加工工藝研究

□ 李洪賀

遼寧福鞍機械制造有限公司 遼寧鞍山 114000

1 轉輪體簡述

轉輪體利用水流的動能和勢能，通過主軸連接到發電機帶動轉子轉動而發電，是水輪機產生電能的原動部件［1-3］。轉輪體與主軸靠聯軸螺栓緊固，并由銷子傳遞扭矩，其側孔與葉片軸頭部分的配合精度直接關系到軸系的同軸度和機組運行的穩定性、可靠性。

2 基本參數

轉輪體如圖1所示，其剖面圖如圖2所示。這一轉輪體直徑為2 900 mm，高度為2 500 mm。葉片軸孔直徑為915+0.140mm，葉片軸孔相對基準孔A的垂直度為0.04 mm，葉片軸孔軸線相對基準平面B的平行度為0.04 mm。各組不同大小的同軸側孔相對葉片軸孔的 同軸度為φ0.04 mm，各孔表面粗糙度值為3.2 μm。

▲圖1 轉輪體

▲圖2 轉輪體剖面圖

3 加工過程

選用F-Frce160型數控落地銑鏜床加工，X軸、Y軸、Z軸 （W軸）相互間的垂直精度為0.03 mm/1 000 mm，X軸、Y軸、W軸反向開環間隙為0.06 mm，各軸向直線度為0.02 mm/1 000 mm。

加工步驟為劃線→找正→半精加工→檢驗→精加工→檢驗［4］。

3.1 劃線

采用精度為0.03 mm/1 000 mm的NHL 1205035型三坐標測量儀，以 X=12 000 mm、Y=2 600 mm×2、Z=3 500 mm進行劃線，可以減小常規鉗工平臺劃線的誤差。一次劃線可以將X軸、Y軸、Z軸三軸方向全部解決，避免常規鉗工平臺劃線一道工序多向劃線帶來的誤差較大、精度難控制、效率低等問題。

3.2 找正

將轉輪體豎立放置在數控落地銑鏜床的旋轉工作臺上，基準平面B向上，再使基準孔A與旋轉工作臺回轉中心重合。找正要求為基準孔A的圓跳動≤0.02 mm，即控制葉片軸孔相對基準孔A的形位誤差；基準平面B的平面跳動誤差≤0.02 mm，即控制葉片軸孔軸線相對基準平面B的形位誤差。

3.3 半精加工與檢驗

考慮到最終加工尺寸精度和形位精度，對其中一組側孔半精加工至余量0.5 mm時，對加工結果進行檢驗，確認尺寸誤差符合預期加工精度要求。這組側孔相對葉片軸孔的形位誤差使用機床附帶的百分表進行檢測，同軸度為φ0.02 mm。使用精度為0.005 mm的激光跟蹤儀復檢，同軸度為φ0.04 mm。

對上述檢測結果進行分析，使用機床附帶的百分表檢測，其形位精度包含了機床自身的精度誤差，不能真實反映該組側孔加工結果所顯示的形位公差。使用激光跟蹤儀檢測，其檢測結果基本真實地反映了該組側孔加工結果所顯示的形位公差［5-6］。但是，若繼續加工，在找正精度、加工精度、機床精度共同作用下，可能會出現個別組側孔同軸度超差的情況?？梢?，需要查找機床附帶百分表檢測與激光跟蹤儀檢測出現φ0.02 mm同軸度偏差的原因，并予以解決，這樣才能保證最終各組側孔加工的形位誤差符合圖紙精度要求。

同軸度偏差原因分析如下［7-8］：① 機床附帶的百分表檢測形位精度同軸度為φ0.02 mm，尺寸精度符合要求，且通過操作者以往的加工業績分析，操作人員技術水平滿足要求，沒有問題；②機床在產品加工前，按照出廠精度要求重新進行了精度校調，校調結果合格，初步判斷設備沒有問題；③材料只是轉輪體與葉片法蘭相接觸的部位存在不銹鋼堆焊層，與其它部分材質不一致，但是這種不一致的情況不是造成形位精度超差的主要原因，這種不一致最可能的影響是加工過程中會造成其中一種材質的表面粗糙度不符合圖紙要求；④加工方法為本公司技術人員與國外技術專家共同確認，初步認定沒有問題；⑤ 現場環境滿足加工環境要求，不構成偏差產生的因素；⑥ 檢測方法與結果經過多次驗證，對偏差不構成影響。

通過對人機料法環測多方面初步分析，沒有得出偏差產生的根本原因，但是經過多次分析與現場實踐，發現機床加工前的精度檢查沒有加裝附件平旋盤［9］，而在對側孔鏜削加工時機床需要加裝附件平旋盤。平旋盤自身質量達800 kg，加裝附件平旋盤后鏜削時工作力矩與沒有加裝附件平旋盤時的工作力矩相差較大，數控鏜銑床自身內部補償受附件平旋盤的影響，造成主軸伸出長度不同，進而使被加工側孔的形位精度同軸度產生了偏差。

根據機床加裝附件平旋盤后主軸伸出不同長度的試驗結果，在實際加工轉輪體側孔時，按鏜孔中心主軸不同長度對應的實際偏差進行補償［10］，反向消除偏差。

3.4 精加工與檢驗

對機床內部進行補償，精加工后進行檢驗，確認尺寸精度和表面粗糙度全部符合圖紙精度要求，葉片軸孔相對基準孔A的垂直度為0.03～0.04 mm，葉片軸孔軸線相對基準平面B的平行度為0.03～0.04 mm，各組側孔相對葉片軸孔的同軸度為φ0.02～0.04 mm。

4 結束語

轉輪體的加工質量控制過程是一個綜合性過程，必須通過各相關因素的綜合控制，才能達到最終的加工精度要求。研究工藝方法不代表加工精度就能合格，只有在加工中注意分析問題產生的根本原因，才能有針對性地提升產品質量，滿足客戶的最終質量要求。通過轉輪體加工，可進一步對轉輪體加工過程的技術要求、工藝難點進行控制，并進一步掌握大型水輪機轉輪體加工的核心技術，為保證產品質量積累了實踐經驗。