吉昌健

試論超臨界汽輪機軸承箱球面瓦座數(shù)控加工

吉昌健

（東方電氣集團(tuán)東方汽輪機有限公司，四川 德陽 618000）

在超臨界汽輪機機械構(gòu)件加工過程中，應(yīng)將加工重點放在球面瓦座加工上，確保整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，得到運行性能較好的汽輪機設(shè)備。主要針對超臨界汽輪機軸承箱球面瓦座數(shù)控加工方法進(jìn)行研究，從軸承座加工精度分析、球面零件誤差及分析、加工方法及改進(jìn)策略等方面入手，具體分析球面軸承座數(shù)控加工工藝，以便提高加工效率及質(zhì)量，為機械生產(chǎn)提供有效工具。

超臨界汽輪機；軸承箱；數(shù)控加工；球面瓦座

隨著機械零件加工技術(shù)的發(fā)展，大量先進(jìn)技術(shù)被運用到超臨界汽輪機球面軸承面加工中，一定程度提高了汽輪機運行性能，為電力生產(chǎn)作業(yè)高效開展提供了設(shè)備保障。尤其在人們對電力需求越來越多的背景下，進(jìn)行汽輪機的開發(fā)已經(jīng)受到社會廣泛關(guān)注，大功率汽輪機已成為主要機型，超臨界汽輪機在市場上占有重要比例。

1 球面軸承座加工精度分析

隨著科技的發(fā)展，社會中對電力的需求也相繼擴(kuò)大，進(jìn)而加快了大功率汽輪機的研究步伐，而大功率汽輪機也已經(jīng)成為當(dāng)下發(fā)展過程中的主要機型。而超出600 MW的超臨界汽輪機組在整個市場中所占的份額也相繼增加，當(dāng)下全世界范圍內(nèi)超出600 MW以上的軸承座都是一種球面的軸承結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)能夠提升軸承之間的配合度，減輕機組操作中所出現(xiàn)的振動問題[1]。下面以超臨界汽輪600 MW的設(shè)備軸承箱為例，其軸承箱座是一種球面結(jié)構(gòu)，球面軸承座的主要優(yōu)勢是能夠促進(jìn)軸承體球面對中心位置進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，保證其中各軸瓦之間能夠?qū)崿F(xiàn)均勻受力，還可以進(jìn)一步簡化軸承體和軸承座之間的刮研工作，確保接觸面的面積不低于70%。

2 數(shù)控車床加工球面零件的誤差及分析

實際上，不存在絕對刀尖Q，為了進(jìn)一步提升刀具的抗磨性，數(shù)控機床中大量使用的硬質(zhì)合金刀片都經(jīng)過了處理，并形成標(biāo)準(zhǔn)圓弧過渡刀刃。在刀偏量設(shè)置中，Q固定切削點實際上并不存在，其位于刀具圓弧過渡刀刃方向和方向兩個切線交點，屬于一種假象刀刃。真正實施切削活動的是圓弧過渡刀刃。而在球面加工中，因為刀尖中的兩個圓弧公切線在不同位置上，其方向會產(chǎn)生一定變化，刀具切削實際位置也在圓弧中不斷改變，切削工作實際上是各點單獨完成的。這種情況下，工件表面發(fā)生線也不再是Q刀尖的運行軌跡，而是刀尖圓弧刀刃運動中所產(chǎn)生的包絡(luò)線，從而導(dǎo)致編程過程中，實際發(fā)生線和目標(biāo)發(fā)生線之間產(chǎn)生差異，出現(xiàn)加工誤差。

開環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)控機床缺少補償功能，因此在球面加工中容易出現(xiàn)誤差。比如在圓柱體中，把圓柱實體放大，并對垂直于、的一面和圓柱左側(cè)進(jìn)行觀察，其中還包括兩種偏心圓弧，具體如圖1所示。由于機床系統(tǒng)參數(shù)內(nèi)，在方向中的間隙值是空白的，并沒有填寫，或填寫上去的間隙補償值實際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于反向間隙現(xiàn)實操作數(shù)值，圓柱長度和間隙補償量所缺少的數(shù)值以及加工球面直徑之間呈現(xiàn)出一種正比形式。其之間的聯(lián)系是，左半球的偏心量和間隙補償量少填寫的部分相同。針對這種問題，對方向中的間隙補償值進(jìn)行重新填寫，確定方向間隙值主要包括以下兩種方法：①通過千分表對方向中的反向間隙數(shù)值進(jìn)行重新測量；②結(jié)合試加工中零件圓柱體的實際長度數(shù)值，對間隙補償值中所缺少的內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確計算。實際操作過程中，通常采用兩種方法組合方式，促進(jìn)兩種方法之間進(jìn)行互相補充，尤其是在一些直徑較大的圓球加工作業(yè)中，需要進(jìn)一步加強注意。

圖1 球Z向中心左側(cè)中的圓柱體

3 加工方法

在超臨界汽輪機加工球面軸承面加工方法選擇上，根據(jù)軸承瓦座結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)特點，選擇適當(dāng)?shù)募庸ぜ夹g(shù)。因此，在實際數(shù)控加工中，應(yīng)首先改進(jìn)球面瓦座加工手段，得到性能優(yōu)良的汽輪機設(shè)備。通常來講，用于球面軸承面數(shù)控加工的軸承座寬度約為230 mm，球面瓦座直徑為∮665 mm，在固定好待加工零件后可進(jìn)行鏜削加工。在普通鏜床加工上，要利用成型刀具，進(jìn)行軸承表面加工。但是由于球面表面積較大，進(jìn)行切削加工時會使刀刃接觸面積大，由此造成較大切削力，這是影響加工精度的主要因素[2]。

隨著球面軸承面加工技術(shù)的發(fā)展，逐漸產(chǎn)生數(shù)控機床加工工藝，能滿足球面瓦座加工要求，降低了加工難度，并且極大程度提高了加工精度，是數(shù)控加工應(yīng)用優(yōu)勢的體現(xiàn)。加工操作中，要遵循以下加工流程：加工球腔—拆去上半—加工空刀。只有保證加工工藝合理選擇的條件下，才能保證加工效果。實踐表明，數(shù)控機床加工技術(shù)在解決球面軸承面加工難題上有著較好應(yīng)用性，可減少手工切削中引起的誤差。今后數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展應(yīng)主要針對提高加工精度，利用數(shù)字信息控制刀具和零件等位移，提高加工操作的規(guī)范化，有效解決零件形狀復(fù)雜、精度高、批量小等問題，提高球面軸承面加工精度自動化和高效性，確保球面瓦座在超臨界汽輪機結(jié)構(gòu)中有效應(yīng)用。

數(shù)控加工主要是在制定好加工程序后，自動進(jìn)行切削加工，得到需要的零部件。在超臨界汽輪機球面軸承面加工中，在編制加工程序時，要重點解決空刀槽和球面軸承孔的加工難題。針對這一問題，在數(shù)控加工鏜床上采用平旋盤加工工藝，通過固定的數(shù)控加工程序完成軸承孔加工，確保加工精度。具體來說，球面瓦座加工效果好壞是決定超臨界汽輪機運行效益的主要因素，本文主要探討了大直徑球面瓦座數(shù)控加工方法，還要不斷進(jìn)行加工工藝的創(chuàng)新和優(yōu)化，為類似零件加工提供有效的加工方法，提高生產(chǎn)加工的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4 加工方法的改進(jìn)

4.1 常見的球面瓦座加工方法

在球面瓦座零件加工中，通常采用切削的方式，下面將具體闡述幾種典型的加工方法：①雙手控制法。在進(jìn)行單件球面瓦座零件加工時，可選擇雙手控制的加工方法，通過操控中、小拖板的運動過程，切削出需要的球面結(jié)構(gòu)。這一方法操作簡單，但只適用于小尺寸球面加工中。②成形車刀法，指利用成型車刀切削外球面，采取切入方式進(jìn)行零件加工，確保加工精度和效率。實際加工時，要保證刀刃口和被加工球面表面母線一致。加工過程中，要保證加工工具表面精度較高，準(zhǔn)備專用的切削刀具可保證加工精度[3]。③運用數(shù)控機床加工方式。采用這種加工方式，滿足加工高精度的要求，能達(dá)到設(shè)計尺寸要求，但加工成本較高。上述加工技術(shù)的運用，滿足不同類型的球面軸承面加工需求，尤其在信息化技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，數(shù)控加工手段在球面軸承面零件加工方面取得了廣泛應(yīng)用，機械加工領(lǐng)域加大了對數(shù)控加工技術(shù)改進(jìn)方法的研究，旨在提高加工效率及質(zhì)量。

4.2 改進(jìn)后的超臨界汽輪機球面軸承面加工技術(shù)

球面軸承面零件尺寸較大，并且加工設(shè)備條件有限，為這類零件加工帶來較大不便。為了提高加工效益，要在原有加工技術(shù)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)。以銑削法為例，在利用這一加工技術(shù)進(jìn)行零件加工時，能保證球面加工質(zhì)量較好，可將粗糙度控制在1.6～6.4 μm范圍內(nèi)，符合圖紙設(shè)計要求。并且銑削法加工設(shè)備簡單，相對于鏜模切削加工技術(shù)來講，切削效率明顯增加。另外，銑削加工工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，實際加工中應(yīng)用的工裝夾具有所減少，由此減少了加工中的累計誤差，可提高加工精度。從加工裝置裝夾找正過程看，操作與加工較為方便，可采用試切法找準(zhǔn)兩條轉(zhuǎn)軸線，使其相交后確定固定位置，從而提高了零件表面加工精度，誤差范圍較小。

實際操作中，應(yīng)注意以下問題：①刀具上刀桿長度不宜過長，防止出現(xiàn)振刀現(xiàn)象，提高刀具加工時的穩(wěn)定性；②兩把刀具刀頭尺寸和形狀要盡可能保持一致，確保刀盤受力均衡；③進(jìn)行工作臺上的裝夾操作時，將加工零件盡可能靠近側(cè)銑頭。隨著球面瓦座加工經(jīng)驗的不斷積累，球面軸承面加工技術(shù)持續(xù)改進(jìn)，利用銑削法加工原理，進(jìn)行超臨界汽輪機軸承面球面瓦座加工設(shè)備的設(shè)計和研發(fā)，能為各類球面瓦座加工提供設(shè)備支持，確保加工效益。從工程實踐可看出，借助銑削法進(jìn)行球面加工，能明顯體現(xiàn)出加工優(yōu)勢，應(yīng)加大對這類加工手段的推廣，將其應(yīng)用在數(shù)控加工中，進(jìn)而提高零件生產(chǎn)加工質(zhì)量。

5 結(jié)論

綜上所述，在電力生產(chǎn)領(lǐng)域不斷發(fā)展的背景下，超臨界汽輪機在生產(chǎn)實踐中取得較好運用，這類汽輪機主要運用球面軸承構(gòu)件，主要起到減輕結(jié)構(gòu)振動和提高軸承作業(yè)精度的作用，能實現(xiàn)預(yù)期設(shè)備運行效果。因此，有必要加大對超臨界汽輪機球面軸承面數(shù)控加工技術(shù)的研究，改進(jìn)加工工藝，確保最終的運行效果，為各項生產(chǎn)作業(yè)提供需要的機械設(shè)備，并在實踐中實現(xiàn)球面軸承面加工技術(shù)的改進(jìn)和推廣。

［1］鄭國，鄭華秀.汽輪機軸承座洼窩現(xiàn)場機加工車削工藝實踐［J］.設(shè)備管理與維修，2017（12）：139-141.

［2］吳業(yè)斌.汽輪機軸承箱機械加工工藝［J］.科技與企業(yè)，2016（6）：210.

［3］王琦.超臨界汽輪機軸承箱球面瓦座數(shù)控加工［J］.裝備制造技術(shù)，2010（2）：165，176.

TG659

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.054

2095－6835（2019）14－0120－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕