汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片銷孔加工裝置的設(shè)計(jì)

張晚青 黃愷 王紅星

摘 要：位于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子各級(jí)葉輪的末葉片采用錐型銷孔鎖緊結(jié)構(gòu)。由于每?jī)杉?jí)葉輪間的距離最小可達(dá)到75mm，普通鉆床很難達(dá)到鉆孔要求。為了提高加工效率，針對(duì)目前某公司的加工現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種新型的鉆孔裝置。新型的鉆孔裝置主要由定位與卡緊裝置、進(jìn)給裝置、傳動(dòng)裝置、平衡裝置等四部分組成。裝置在固定與卡緊部分巧妙的使裝置在短時(shí)間內(nèi)快速卡緊，并通過人工對(duì)手柄的控制，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在XYZ方向的移位。平衡裝置能夠最大減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：鉆孔裝置；快速卡緊；螺旋傳動(dòng)

中圖分類號(hào)：TK263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

汽輪機(jī)通過安裝于轉(zhuǎn)子上的葉片在高溫、高壓、高速及腐蝕性的環(huán)境下工作，因此對(duì)末葉片銷孔的配鉆精度要求非常高。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片錐形銷孔的加工具有其特殊性，由于葉輪和主軸整鍛為一體，每?jī)杉?jí)葉輪之間的距離大小不同，最小的距離僅為75mm，因此，這對(duì)鉆孔裝置的要求很高，銷孔加工起來也比較困難，一般的鉆床無法達(dá)到要求。

某公司原有的鉆孔裝置裝于普通車床上，利用車床的XYZ軸充當(dāng)進(jìn)給裝置，在車床定位時(shí)，用吊車進(jìn)行移位，用撬杠等簡(jiǎn)單工具進(jìn)行進(jìn)行微調(diào)，如圖1所示，因此，鉆削末葉片銷孔這道工序的近三分之一時(shí)間用于鉆床的定位，且精度低。新型鉆孔裝置的研制目的是進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大提高生產(chǎn)效率。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)要求

改進(jìn)后末葉片錐形銷孔的鉆孔裝置采用“螞蟻啃骨頭”的加工方式將其固定在轉(zhuǎn)子上進(jìn)行鉆孔，節(jié)省了用于定位所需要的大量時(shí)間，解決了精度不高帶來的弊端。這臺(tái)新型鉆孔裝置的設(shè)計(jì)，可以減少勞動(dòng)成本，縮短整個(gè)加工周期，同時(shí)提高可以生產(chǎn)效率。鉆孔裝置機(jī)構(gòu)總圖如圖1所示。

1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作流程

該鉆孔裝置主要包括定位與卡緊裝置，進(jìn)給裝置，傳動(dòng)裝置和平衡裝置。工作流程如下：平衡裝置吊起鉆孔裝置，以減少工作人員的工作強(qiáng)度，使鉆頭調(diào)節(jié)到鉆孔位置高度，并將裝置定位在轉(zhuǎn)子上，用快速卡鉗將鉆孔裝置與轉(zhuǎn)子卡緊。旋轉(zhuǎn)手柄調(diào)節(jié)鉆頭位置，使其對(duì)準(zhǔn)預(yù)鉆銷孔位置，準(zhǔn)備鉆孔。鑒于存在兩葉輪之間距離小的情況，鉆孔裝置無法一次順利完成整個(gè)鉆削過程，將固定鉆頭的螺栓旋松后用卡鉗將鉆頭伸長(zhǎng)到能夠?qū)⑷~輪鉆透長(zhǎng)度，進(jìn)行第二次鉆孔，直到完成通孔鉆削為止。而后逐個(gè)孔進(jìn)行鉆削。轉(zhuǎn)子中的每一級(jí)葉輪與末葉片的葉根所需配鉆的數(shù)目不一定相同，這需要按照?qǐng)D紙的要求進(jìn)行劃線后配鉆，一般一個(gè)末葉片配鉆1個(gè)、2個(gè)或4個(gè)銷孔，那么一個(gè)葉輪需配鉆2個(gè)，4個(gè)或8個(gè)銷孔。工作流程圖如圖2所示。

2 鉆孔裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于被加工件的質(zhì)量和體積的巨大，用更大的機(jī)床加工程序繁瑣，且消耗大量不必要的生產(chǎn)資源，故新型鉆孔裝置采用“螞蟻啃骨頭”的加工方式（即將鉆孔裝置固定在工件上進(jìn)行加工），采用這種加工方式節(jié)省了用于定位所需要的大量時(shí)間，解決了精度不高帶來的弊端。新型鉆孔裝置所采用定位和卡緊機(jī)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)，極大的提高了生產(chǎn)效率與加工精度。

2.1 定位與卡緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

定位與卡緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和卡緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是基于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子平衡孔的均勻分布進(jìn)行設(shè)計(jì)的。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子一般分布5或7個(gè)平衡孔，利用相鄰的兩個(gè)平衡孔將鉆孔裝置固定在轉(zhuǎn)子上。為避免過定位，故采用“一面兩銷”的定位方式，通常設(shè)計(jì)定位元件為圓柱銷和削邊銷。

卡緊機(jī)構(gòu)是將定位好的鉆孔裝置完全固定到轉(zhuǎn)子上，它的主要組成部件是快速卡鉗和連接架?？ㄣQ的工作原理是采用機(jī)械四連桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)原理的一種快速夾持、打開機(jī)構(gòu)，具有準(zhǔn)確定位，快速裝卸，自鎖夾緊功能。

2.2 進(jìn)給裝置的設(shè)計(jì)

新型鉆孔裝置的進(jìn)給裝置可以實(shí)現(xiàn)X，Y，Z方向進(jìn)給，主要包括螺旋傳動(dòng)副，導(dǎo)軌和連接板等組成。Z向進(jìn)給裝置的設(shè)計(jì)是在考慮其自身重力的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。雖然平衡機(jī)構(gòu)能夠使鉆孔裝置處于無重狀態(tài)，但為避免操作不當(dāng)或操作失誤所引起的危害，將螺旋傳動(dòng)副設(shè)計(jì)為帶自鎖功能的梯形絲杠副。

梯形絲杠螺旋副的選型與設(shè)計(jì)：

理論校核：梯形螺紋=0.8

許用壓強(qiáng)[p]=7.5MPa

軸向載荷F=600N

螺桿中徑

螺母高度H=φd2=8.4mm

旋合圈數(shù)

工作高度h=0.5P=2

螺紋牙底寬度b=0.65P=2.6mm

校核工作壓強(qiáng)

在XY向進(jìn)給上，將螺旋傳動(dòng)副設(shè)計(jì)為滾珠絲杠副。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)中的螺桿和旋合螺母的螺紋滾道間置有適量鋼球，當(dāng)螺桿或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼球成為中間滾動(dòng)體沿螺紋滾道滾動(dòng)，使螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)成為滾動(dòng)摩擦，提高了螺旋副傳動(dòng)效率及傳動(dòng)精度。在XY進(jìn)給方向上各配備兩根導(dǎo)軌，每個(gè)進(jìn)給方向配備4個(gè)滑塊，使鉆孔機(jī)構(gòu)在做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，更加輕便、平穩(wěn)。在保證進(jìn)給精度的基礎(chǔ)上，在Z向設(shè)計(jì)由2個(gè)傘形錐齒輪完成手柄方向的轉(zhuǎn)向，使Z向手柄能夠更加使用方便，如圖3所示。

2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)某公司原有的鉆孔設(shè)備，該鉆孔裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同樣采用皮帶傳動(dòng)的方式，以3∶1的傳動(dòng)比進(jìn)行傳動(dòng)。在從動(dòng)輪上安裝鉆頭對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片的銷孔進(jìn)行配鉆。在實(shí)際工作中，皮帶傳動(dòng)在應(yīng)用方面更加簡(jiǎn)便，高效，且其具備傳動(dòng)平穩(wěn)無噪聲，可以緩沖、吸振，過載時(shí)將會(huì)在帶輪上打滑，可防止在薄弱零件上損壞，起到安全保護(hù)的作用，如圖4所示。

2.4 平衡裝置的設(shè)計(jì)

鉆孔裝置（平衡裝置除外）的自身重量在60kg左右，為保證鉆削過程更加平穩(wěn)精準(zhǔn)，設(shè)計(jì)一款平衡裝置，使加工過程在無重的狀態(tài)下進(jìn)行。平衡裝置包括小型移動(dòng)起重機(jī)和彈簧平衡器兩部分。小型移動(dòng)起重機(jī)由橫梁，立柱，車輪和配重片等組成，如圖5所示。為防止小型起重機(jī)發(fā)生側(cè)翻，加配重片以使裝置達(dá)到受力平衡。

如圖5所示：

F1點(diǎn)受力為彈簧平衡器所吊物體（即鉆孔裝置）的自身重力加上彈簧平衡器的重力；F2點(diǎn)的受力為所需配重片的自身重力（其它零件重力忽略）：

F1≈70kg

L1≈1000mm

L2≈300mm

根據(jù)杠桿平衡原理：

F1·L1=F2·L2

即可求出：F2≈233kg

即需要20kg的配置片12塊

結(jié)語

目前對(duì)于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片銷孔的加工是將鉆孔工裝安裝在車床上，通過移動(dòng)車床來調(diào)節(jié)鉆孔裝置相對(duì)于轉(zhuǎn)子的垂直度和水平度，這種加工方式增加了工人的勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)量。由于加工工件體積和質(zhì)量俱大，與鉆孔工裝的體積和質(zhì)量相差懸殊，因此改造后的鉆孔裝置采用“螞蟻啃骨頭”的方式將鉆孔工裝固定在轉(zhuǎn)子上，這樣不僅簡(jiǎn)化了工人的工作量，同時(shí)也增加了鉆孔精度。新型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末葉片銷孔的加工裝置的設(shè)計(jì)是根據(jù)工廠實(shí)際的生產(chǎn)和加工要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。新裝置的設(shè)計(jì)極大提高了生產(chǎn)效率，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度。

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