范林琦 張金生 譚萬斌

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

收稿日期：2021-09-22

在抽水蓄能機組中，某關鍵零件上設計有線槽，磁極沖片安裝在線槽中。線槽主要有兩種結構形式：一種是T型槽結構，另外一種是燕尾槽結構。由于燕尾槽結構的線槽在穩(wěn)定性、剛性、抗疲勞、消除應力集中等方面有明顯優(yōu)勢，將引領該領域的發(fā)展趨勢。燕尾槽斜面的角度公差小，平面度要求嚴格，相鄰槽的中心距公差小，尺寸的關聯(lián)性強，對尺寸公差和形位公差的控制和測量提出了更加嚴格的要求。本文對大型燕尾槽的加工與測量方法進行了研究，通過分析燕尾槽型線構成，合理分解型線加工步驟，通過設計的專用刀具實現(xiàn)了對大型燕尾槽的精加工。綜合考慮測量誤差、讀數(shù)誤差等因素，設計了大型燕尾槽測量裝置，并提出了測量過程的標準化操作流程，實現(xiàn)了大型燕尾槽的精確測量。

1 技術指標

以公司承制的某抽水蓄能機組零件為研究對象(如圖1所示)，燕尾槽斜面角度、斜面平面度和中心距測量是研究的重點，相關技術指標見表1。

圖1 燕尾槽輪廓示意圖Figure 1 Dovetail groove outline diagram

表1 燕尾槽相關技術指標Table 1 Related technical specificationsof dovetail groove

2 大型燕尾槽加工方法

如表1所示，燕尾槽角度公差±0.04°、平面度0.05 mm/m、粗糙度Rz16 μm，對于重型機械行業(yè)來說，以上技術指標相當嚴格，特別是在精加工過程中極易出現(xiàn)振動現(xiàn)象，粗糙度、形位公差和尺寸公差都難以保證，對刀具的壽命和耐磨度也提出了更高的要求。

本文通過深入分析燕尾槽型線結構，結合加工實際，提出了一套可行的解決方案，通過多種型號刀具實現(xiàn)了對燕尾槽的加工。加工方法分為三個主要部分：(1)通過不同規(guī)格的三面刃銑刀，從端部進刀，將燕尾槽加工成臺階狀；(2)通過成型機夾式刀具對燕尾槽進行半精加工，該階段燕尾槽初步成型，各面的加工余量控制在1～3 mm以內(nèi)；(3)通過焊接式成型刀對燕尾槽根部圓角進行最終的精加工，最后使用焊接式成型刀將燕尾槽斜面及開口處圓角加工符圖。

燕尾槽的精加工刀具尤為重要，其直接關系到加工結果是否能夠滿足圖紙要求。本文精加工刀具的設計思路是：將燕尾槽關鍵輪廓分兩次進行加工，即先加工根部的R30 mm符圖，再一次性加工斜面和開口處的R32 mm符圖，這樣既能精確控制斜面的加工精度，同時又解決了接刀的問題。精加工成型刀具設計要點有：(1)設計整體式刀柄，增強了刀具的剛性，最大限度地減小裝配誤差，保證角度公差；(2)刀刃采用8刃不等距分布結構，保證加工效率，同時解決精加工過程中的振動問題；(3)采用焊接進口整體式硬質合金的方案，極大地提高了刀具壽命，為一次完成全長4000 mm的燕尾槽斜面精加工提供了保證，解決了接刀的技術局限，同時有效地保證了粗糙度；(4)針對刀具壽命、刀具角度開展了大量的切削試驗，為刀具角度控制提供了詳細的試驗數(shù)據(jù)，對精加工過程中的換刀時機提供了科學依據(jù)。燕尾槽成型刀示意圖見圖2。

圖2 燕尾槽成型刀示意圖Figure 2 Schematic diagram of dovetail grooveforming knife

3 測量方法

燕尾槽的測量方法主要有三種：

(1)樣板比對法，即使用成型樣板進行比對檢查，存在檢測誤差大、檢測項目不全面、難以實現(xiàn)精確測量，也無法準確地測量燕尾槽的中心距。

(2)圓球或圓柱測量法，即選用兩種直徑不同的圓球或圓柱，根據(jù)兩次測量的數(shù)據(jù)進行計算，從而得出燕尾槽的角度測量值。此種方法測量速度快、效率高，但由于圓球或圓柱與燕尾槽是線性接觸，測量誤差較大，并且在測量大尺寸燕尾槽時，通用的量具將會與燕尾槽發(fā)生干涉，對量具提出了極高的要求。

(3)角度尺測量法，此測量方法簡單、快捷，但測量誤差較大，且不能對燕尾槽斜面的平面度進行檢測。

綜合以上分析，本文對測量方法進行了研究，并設計了一種燕尾槽測量裝置，實現(xiàn)了燕尾槽的精確測量。

3.1 測量裝置結構

從燕尾槽斜面角度測量、斜面平面度測量和燕尾槽中心距測量等三方面著手，本文研究設計了一種燕尾槽測量裝置，可實現(xiàn)燕尾槽上述三項指標的精確測量，如圖3所示。

1—測量架 2—定位銷 3—測量柱 4—百分表5—百分表 6—百分表 7—百分表 8—百分表9—校對塊 10—定位塊 11—頂緊盤 12—壓緊塊圖3 燕尾槽測量裝置Figure 3 Dovetail groove measuring device

定位銷2通過螺釘固定在測量架1上，定位銷2的位置由兩個直角面確定；百分表4、百分表5、百分表6、百分表7、百分表8安裝在測量架上，并用壓緊塊12壓緊；校對塊9根據(jù)燕尾槽的理論尺寸準確制作，誤差小于0.005 mm，定位塊10安裝在校對塊9上，起到定位的作用；測量柱3安裝在定位孔內(nèi)，定位孔的中心通過標準校對塊9斜面的延長線，用于測量相鄰燕尾槽的中心距。

校對時，先將百分表7、百分表8校準，記錄百分表的示數(shù)；用標準校對塊校準百分表4、百分表5、百分表6，校準時，將校準塊的直面與測量架1的直面貼合，通過百分表8的讀數(shù)觀察貼合情況，并用塞尺進行復查；在定位塊10的限制下，將標準校對塊向百分表4、百分表5、百分表6移動，直到接觸到定位銷2，記錄百分表4、百分表5、百分表6的示數(shù)。定位銷2、百分表4、百分表5、百分表6與測量架1的直面形成一個特定的形狀，這個形狀與燕尾槽的標準形狀一致。校對示意圖如圖4所示。

1—測量架 2—定位銷 3—測量柱 4—百分表5—百分表 6—百分表 7—百分表 8—百分表9—校對塊 10—定位塊 11—頂緊盤 12—壓緊塊圖4 測量裝置校對示意圖Figure 4 Calibration diagram of measuring device

測量時將燕尾槽測量裝置從燕尾槽的一端放入，用頂緊盤11固定燕尾槽測量裝置。在燕尾槽斜面還有余量的情況下，可通過百分表6直接讀出斜面的加工余量，從而準確地指導加工過程。在燕尾槽加工完畢后，由百分表4、百分表5的示數(shù)，可以準確讀出斜面的角度誤差，角度測量精度達到0.016°。將燕尾槽測量裝置沿燕尾槽軸向移動，根據(jù)百分表4、百分表5、百分表6的讀數(shù)，可準確測量斜面的平面度。

在兩個燕尾槽內(nèi)分別各安裝一個燕尾槽測量裝置，使用千分尺測量測量柱3之間的距離，可準確測量出兩個燕尾槽的中心距，此項測量功能對于多個或多組燕尾槽的相互位置關系的控制十分有效。

3.2 測量規(guī)范

如前面所述，燕尾槽測量裝置可實現(xiàn)斜面角度、斜面平面度和燕尾槽中心距等三項重要指標的精確測量，但在測量過程中應遵循測量規(guī)范，盡可能地減小測量的誤差。測量步驟及規(guī)范如下：

(1)將工件待檢測面、百分表表頭、測量裝置接觸面、標準校對塊等擦拭干凈，為精確測量創(chuàng)造基礎條件；

(2)固定百分表時應施加適當?shù)膲毫?，以百分表不出現(xiàn)位移，且百分表表桿不變形為準；

(3)用標準塊校對測量裝置時，次數(shù)不少于2次；

(4)測量裝置放入燕尾槽時，應防止碰撞，避免測量裝置變形而產(chǎn)生誤差；

(5)通過百分表顯示確定測量裝置放置在了正確的位置，可通過透光檢查、塞尺檢查等手段進行復核；

(6)及時準確地讀取各百分表的讀數(shù)并記錄；

(7)測量完畢后，再次用標準塊校對測量裝置，確保數(shù)據(jù)的準確性。

3.3 測量誤差分析

設計的燕尾槽測量裝置解決了燕尾槽精確測量的難題，彌補了常規(guī)測量方法的不足之處，實現(xiàn)了對燕尾槽的精確測量。通過激光跟蹤儀、數(shù)控機床打表、專用樣板比對等方法對燕尾槽的角度、平面度、中心距等三項指標進行了驗證，使用燕尾槽測量裝置所控制的燕尾槽精度完全滿足圖紙要求，通過裝置中的百分表可以準確讀出斜面的角度誤差，角度測量精度達到0.016°。

4 結語

通過對燕尾槽關鍵輪廓進行合理分解，設計的燕尾槽系列刀具實現(xiàn)了對大型燕尾槽的精加工。結合常規(guī)的測量方法，通過深入分析燕尾槽測量要素，設計的燕尾槽測量裝置實現(xiàn)了對燕尾槽的精確測量，測量精度達到了0.01 mm和0.016°的高指標要求。制定的測量規(guī)范將測量誤差控制在允許范圍內(nèi)，為保證測量精度奠定了基礎。