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水轮机导叶轴加工工艺分析及工装研制

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水轮机导叶轴加工工艺分析及工装研制

发布日期:2018-11-24 作者:浙江临海华临机械有限公司 点击:

       一般由控制环、导叶臂、顶盖、活动导叶和底环等组成。通常,顶盖和底环固定不动,控制环能相对于顶盖绕着水轮机轴线来回转动,再带动与之相连的导叶臂动作。导叶臂一动作,则会传递动力给活动导叶,然后活动导叶会绕着顶盖、底环上的导叶轴孔的轴线来回转动。当活动导叶转到一定角度,相邻导叶的头部和尾部搭接,导水机构关闭,当往回转动到一定角度,则导水机构完全打开,通过这种方式,导水机构可起调节或截断水流的作用。为了保证活动导叶能在顶盖和底环的导叶轴孔中灵活回转,同时保证导水机构在全关时相邻导叶瓣体的头部与尾部之间的立面间隙,以及在各种开度下导叶瓣体的端部与顶盖、底环之间的端面间隙满足设计要求,则在加工活动导叶时,导叶轴的上、中、下三段轴颈的圆柱度和同轴度必须得到保证,同时也必须保证导叶瓣体的形线轮廓尺寸,以及它与导叶轴线的位置度。为了满足活动导叶的工作要求,设计出了导叶轴颈加工辅助工装,解决了卧车加工较大裙边法兰导叶时,中段轴颈尺寸和形状精度达不到要求的问题。


(1)活动导叶的刚性分析。在机械结构中,零部件都具有一定的刚性,刚性是零部件固有的特性,导水机构中的活动导叶也不例外。根据导叶的结构特点,其刚性一般取决于导叶轴的大小和长短,以及导叶瓣体的高度和厚度。导叶的轴颈大、长度小,导叶瓣体高度小、厚度大(因瓣体轮廓是曲线,这里所说的瓣体厚度是在轴颈尺寸范围内的瓣体的各厚度),则活动导叶的刚度好,改变其中一项,其刚性随之变弱。为了节约材料和减轻活动导叶质量,特别是为了增加导水机构的过流量,通常所设计的导叶瓣体的厚度要比导叶轴颈小(见图1),D大于T,从而导致导叶瓣体厚度方向的刚性差,这将影响到导叶的加工精度,特别是中段轴颈的加工精度。相对于轴颈,瓣体厚度较小,在加工导叶轴颈时,由于导叶自重和车刀径向切削力的作用,在瓣体厚度方向中段轴颈产生的挠度比其他方向的挠度大,从而可能导致该处导叶轴段的加工精度超过设计要求。


(2)导叶的加工工序。为了确保导叶的整体加工精度,需制定正确的加工工序。在加工导叶之前,要划检导叶的加工余量,以确定每个部位是否都有加工余量。先找出导叶的轴线,以轴线划检导叶轴和导叶瓣体的加工余量,再样冲标记出导叶轴端的中心孔,然后在镗床上分别钻出两轴端的中心孔。在卧车上采用双顶尖分别顶住两中心孔,四爪夹紧工件一轴端,粗车导叶轴,留适当的加工余量。接着以加工的导叶轴为基准,根据导叶瓣体轮廓曲面,在数控铣床上编程粗铣和精铣导叶瓣体轮廓到尺寸。因瓣体两侧的曲面不能同时加工,需翻面才可完成加工,为了保证两侧的曲面相对于导叶轴的位置精度和瓣体的整体形状尺寸,在铣导叶瓣体一侧的曲面轮廓时,需在瓣体对角方向有加工余量的端部位置分别铣一小平面,这两小平面将作为瓣体翻面时找正用的基准面。当精车导叶轴时,需先找到导叶瓣体轮廓的对称中心线,它垂直于导叶轴线。按此中心线,精车导叶瓣体端面、导叶轴和轴端。根据导叶的结构特点,只有确定出正确的瓣体对称中心线,才可保证导叶瓣体轮廓相对于导叶轴的位置精度。


(3)导叶轴颈的加工方法。按加工成本考虑,通常,导叶轴的加工一般在卧车上进行,其装夹及加工方式如图3所示,即导叶轴一端被床头的三爪夹住,另一端被尾座的顶尖顶住。车削轴段时,导叶在卧车的三爪带动下转动,此时,卧车的溜板箱和刀架带动车刀在导叶轴向和径向动作,则能完成导叶轴的加工。当加工小型导叶时,由于导叶整体长度较短,导叶瓣体高度小,则导叶的刚性相对较高。进行车削时,在导叶瓣体厚度方向导叶的中段轴颈处产生的挠度小,加工出来的中段轴颈的精度能满足使用要求。当对大型或特大型导叶的导叶轴进行加工时,如果采用图3的加工方式,要保证导叶轴的加工精度非常困难,因导叶轴长,导叶瓣体高,导叶中段轴颈处产生较大的挠度,在卧车上加工后,中段轴颈的圆度将达到2mm左右,大大超出了设计要求。为了减小加工精度误差,可考虑采用正刀架和背刀架相结合的方式车削导叶轴,即按图3的加工方式,在正刀架对面再加一刀架,两车刀相对,在水平方向达到力的平衡,再同时车削轴段,能适当提高导叶轴的加工精度,因导叶自重和刚性的影响,在竖直方向中轴段的挠度较大,同样会影响加工精度。对于有实力的厂家,在加工精度要求高的活动导叶时,通常采用特制的旋风铣床加工导叶轴,其方法为:机床的顶尖分别顶住导叶轴两端中心孔,在导叶瓣体处有支座,以平衡导叶的自重,可减小中段导叶轴的挠度,固定住导叶,使其不动。动力装置在机床导轨(导叶轴线与导轨平行)上做直线运动,同时动力装置的铣刀绕着导叶轴线高速旋转,动力装置可分别进行纵向和横向进刀,以实现加工导叶轴的目的。采用这种方式加工导叶轴,虽然能解决导叶轴颈的加工精度问题,但旋风铣床投资大、加工成本高和通用性不强,对于小厂家来说承担不起费用,只有在万不得已的情况下才使用旋风铣床加工导叶轴。

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