压缩机主轴的加工

压缩机主轴的加工（精选7篇）

压缩机主轴的加工 篇1

1 问题的提出

如图1所示为一种重型机床主轴零件, 材料为38CrMoAlA, 热处理D0.3～900 (加工后保持此深度) ;准200h6表面加工痕迹纵向不低于圆周;准200h6圆柱度不大于0.005mm/1000mm全长不大于0.007mm。

2 主轴精加工工艺

本文主要介绍该轴加工工艺中的精加工部分。该轴经过锻造-正火-粗车-化验-调质-半精车-时效-粗磨-时效等工序后, 进入精加工工序, 精加工内容如下:

(1) 万能磨:配磨工艺堵, 工艺堵与相配孔的接触面积不少于70%, 只许中间不接触, 要求记录装堵前后装堵部位外径尺寸变化数值。

(2) 平磨:配磨工艺键并镶入键槽中, 键槽不许崩边。

(3) 车削:找正外圆修正两端中心孔。

(4) 外磨:半精磨准200h6外圆至准200.2±0.02, 准130js至准130.20+0.05。

要求:外圆椭圆度、锥度不大于0.01mm, 轴心线不直度不大于0.015mm。

检查上述要求, 轴心线在两个方向的不直度在方格纸上划出曲线附在合格证上。

(5) 钳工:卸下工艺堵。

(6) 车:夹右端, 找正外圆0.05mm, 铰准90H9孔至尺寸140长保持公差调头, 找正外圆0.01mm:精车1∶50锥孔至尺寸, 与塞规接触不少于65%。

(7) 外磨: (a) 装架套:将架套加热, 装在轴外圆上修磨架套外圆粗糙度至Ra1.6; (b) 换上内磨磨头、上夹盘。找正外圆在0.01mm以内:粗磨准130H5孔留磨量0.2～0.23, 磨全长左端面见光。调头, 找正外圆在0.01mm以内:粗磨 (155保持公差处) 准90.5孔留余量0.18～0.2。

(8) 单臂铣:卸架套。

(9) 钳工:卸工艺键。

(10) 龙门刨:用V型铁架起镗轴, 找正外圆正侧母线0.01mm, 磨18±0.1对称键槽每面留磨量0.15mm。

(11) 划线:划18×50槽、15H8孔。

(12) 镗: (a) 钻、铰准15H8孔; (b) 领件配钻2-M6螺纹底径深9mm; (c) 精铣准130孔内2-22P9尺寸槽至要求。

(13) 单臂铣:铣18×50槽。

(14) 钳工:攻2-M6螺纹。

(15) 氮化:氮化深度至0.3mm。

(16) 平磨:配磨工艺键、镶入对称键槽中, 不允许崩边。

(17) 万能磨:配磨工艺堵, 工艺堵与相配孔接触面积不少于70%, 只许中间凹。

(18) 车:找正外圆修研两端中心孔。

(19) 外磨: (a) 找正外圆0.01以内:精磨准200h6外圆至200.10-0.05, 准130js6外圆至准130.10-0.05, 磨M120×2-5g工艺外圆至准159, 全长右端面磨去氮化层1.0mm, 椭圆度、锥度、不直度均不大于0.01mm。 (b) 装架套:将架套加热, 装在轴外圆上修磨架套外圆。

(20) 钳工:卸掉工艺堵。

(21) 外磨:换上内磨磨头、上夹盘。找正外圆在0.01mm以内:按件配磨准130H5孔, 要求间隙在0.005mm以内磨全长左端面至尺寸。调头, 找正外圆在0.01mm以内:磨 (155保持公差处) 准90.5H7孔至尺寸。要求:准130H5孔椭圆度、锥度、不直度均不大于0.005mm, 左端面与准130H5孔垂直在0.01mm以内, 只允许端面凹。

(22) 单臂铣:卸架套。

(23) 钳工: (a) 领件与此件上22P9槽配研并装入22P9槽中。 (b) 将件用8-J21-9 M12×60螺栓结合紧固。

(24) 钳工:卸工艺键。

(25) 龙门刨:工件用V型铁架起, 找正外圆正侧母线0.01mm, 精磨2-18±0.1对称键槽至要求。

(26) 万能磨:配磨工艺堵, 工艺堵与相配孔接触面积不少于70%, 只许中间凹。

(27) 车:修正右端中心孔, 两端顶起, 切空刀, 车M120×2-5g螺纹外圆, 按件YSFM120×2配攻螺纹M120×2-5g至要求。

(28) 平磨:配磨工艺键, 镶工艺键。

(29) 外磨:找正外圆0.005mm, 精磨准200h6外圆至尺寸, 粗糙度至Ra0.2, 磨准130js6、磨Ra1.6端面至要求。

(30) 钳工:卸前工艺堵、工艺键。

(31) 龙门刨:工件用V型铁架起, 找正外圆正侧母线0.01mm:磨端槽至尺寸、槽底见光。

(32) 钳工:装前端工艺堵,

(33) 研磨:研磨准200h6外圆, 粗糙度至Ra0.1。检查: (a) 准200h6外圆不圆度、锥度均达到技术要求。 (b) 准200h6外圆粗糙度纵向至Ra0.1, 圆周方向至Ra0.4。 (c) 将准200h6外圆实测值记入合格证。

(34) 研磨:准200h6外圆抛光至Ra0.1。

(35) 钳工:清理油污, 用油石磨钝所有锐角, 完工后一起进行综合检查。

至此, 该主轴的精加工工序完成。

3 结语

用此工艺加工完成的主轴, 工序较复杂, 周期较长, 在加工过程中反复地进行磨削, 因此, 该轴的应力释放得非常彻底, 光洁度能达到比较理想的效果, 精度极高, 加工完成后, 自身精度保持性极好, 在使用中没有任何形位精度变化。

摇臂钻主轴加工工艺分析与研究 篇2

随着我国机床工业的迅猛发展,我国的机床制造业由最初的技术引进转向自主品牌生产,再到现在扩大品牌优势,不断追求技术进步,我国已经由过去的机床引进大国转变成了现在的机床生产大国和机床出口大国。摇臂钻床作为普通金属切削机床,是机械加工中常用的一种金属切削机床,它广泛地应用于机械加工中钻孔、镗孔、铰孔、锪平面及攻螺纹等。我国的摇臂钻生产有着自己成功的经验,也有着自己独特的技术实力,现如今我国的摇臂钻生产蓬勃发展,摇臂钻产品不仅为我国机械制造业提供基础,还不断出口,引领国际市场,有着自己独特的竞争力。如何提高产品质量是现代制造业企业关注的因素,各机床制造业企业不断总结经验,甚至大胆进行技术革新来探究新工艺新方法来提高质量,提高产品竞争率。摇臂钻主轴是钻床的运动关键性零件,因其工艺路线长,加上切削不稳定性,在加工过程中,极易产生质量问题,在实际生产工程中,对工艺的探讨一直是寻求其解决办法的一种途径。

掌握其工艺要素,制定合理工艺路线尤为重要。

2 摇臂钻主轴的结构特点

摇臂钻主轴头部为莫氏锥孔带卸刀槽结构,须淬硬,中部及尾部为细花键轴,硬度稍低。工作时除承受大的扭矩及轴向力,还须要保持较高的运动精度。因此,主轴应具有很高的几何精度及刚度、强度、硬度等综合力学性能[1]。以Z3040×16钻床主轴为例,见图1,其主要结构要求如下:

(1)两处ø40k6部位为轴承部位,也是基准部位,其对公共轴线A-B的圆跳动公差为0.01mm,其圆柱度公差为0.004mm;

(2)花键轴部分外圆ø40d9对公共轴线A-B的圆跳动公差为0.03mm;

(3)花键轴花键的键侧对轴心线的对称度公差为0.025mm;

(4)ø70外圆对公共轴线A-B的圆跳动公差为0.03mm;

(5)莫氏4号圆锥孔对公共轴线A-B的圆跳动公差在主轴端处为0.004mm,在距主轴端300处为0.03mm;

(6)准ø52台阶左端面对公共轴线A-B的圆跳动公差为0.01mm;

(7)锥孔接触面涂色检查接触长度≥75%;

(8)热处理整体调质235~269HBS,头部140长度范围内淬火HRC42~48。

3 摇臂钻主轴工艺方法研究

3.1 主轴加工工艺难点及关键措施

(1)主轴为细长轴类零件,刚性较差,切削时容易变形,因此所有表面加工应分为粗加工、半精加工和精加工,这样细分工序,经过多次加工,方能逐渐减小零件变形误差[2]。

(2)工件加工时容易产生新的应力,应安排足够的热处理工序来消除零件内应力,减少零件变形。

(3)为保证轴和锥孔的同轴度,加工过程中配用锥堵使外圆和锥孔的加工能达到跳动要求。

(4)主轴头部和小端硬度不一样,精加工顺序也不一样,应合理安排工序,合理选择定位基准。

(5)无论车削还是磨削,工件夹紧力应适度,在保证工件无轴向窜动的情况下,应尽量减小夹紧力,避免工件产生弯曲变形。

(6)加工时工序尽量分散,粗、精加工的设备及工艺装备应分开使用。

3.2 主轴加工工艺路线及主要工艺要求

根据主轴特点拟定主轴主要工艺路线为:粗车→半精车→粗磨→精车→铣→半精磨→精磨[3],具体工艺过程如下:

(1)毛坯处理:锻造毛坯并作正火处理(细化组织晶粒,并去除锻造应力)。

(2)粗车:粗车各部外圆。

1)工件插入主轴孔,夹正小外圆,车平大端面,钻中心孔A6.3,顶大端中心孔,车大外圆ø70留加工余量5mm;

2)工件从主轴尾部插入,夹小外圆端部,车平小端面,钻中心孔A6.3;

3)倒头夹大端,顶小端,车小外圆至准ø45,车大端台阶面控制长度165mm;

4)夹小端颈部,大端钻孔ø22深105mm(为避免调质后硬度增加,不易切削,粗车后即钻孔)。

(3)热处理:整体调质T235。

(4)半精车:半精车外圆各部及内孔,其中大端外圆及内孔车至留磨削余量0.8mm,小端外圆留加工余量3mm,中部退刀槽预车留1.5mm余量,待大端淬火后再全部精加工。

1)夹小外圆,车平大端面,车大外圆至ø73,车内孔ø25深118mm;

2)夹大端,小端中心架支撑,切端面定总长1152,钻中心孔A6.3;

3)夹大端,顶小端中心孔,车小外圆至退刀槽留余量1.5mm,车大台阶端面至台阶长

4)夹小端,中心架托准颈部,车大端面至总长1152,车大外圆至ø70.8,车内孔ø26.5至尺寸,车4号莫氏锥孔留磨削余量0.8mm,外圆及孔口倒角至尺寸。

(5)铣:分度头夹大端顶小端,铣8.2×35及12.2×32长槽至尺寸。

(6)热处理:头部140长度范围内淬火HRC42-48(顶工件两端检查轴中部最大径向跳动≤0.5mm,否则校直工件),稳定化处理(消除热处理内应力)[4]。

(7)粗磨:粗磨外圆及锥孔,留精磨余量0.3~0.4mm。

1)顶两端,其中活动顶尖顶大端孔口,粗磨小端颈部及端部ø(42.2±0.05)×60长(磨两处工艺位);

2)夹小端,中心架托轴颈处,校正两处工艺位,粗磨莫氏4号圆锥孔,留磨量0.3~0.4mm;

3)上锥堵,顶两端中心孔,磨大外圆至ø70.3,并靠磨大端面。

(8)精车:夹正大外圆(为增加切削刚性,改顶两端为夹一端,顶一端),顶小端中心孔,精车花键外圆及轴承位A、B处外圆至ø40.8,空档外圆车至ø40.2×486,螺纹不车,其余车至尺寸。

(9)粗磨:顶两端中心孔,磨A、B两处及花键外圆至ø40.4,磨空档外圆至

(10)铣:工件插入主轴,夹正外圆,顶小端中心孔,铣花键,键侧留磨削余量0.2~0.3mm。

(11)热处理:时效处理(消除机械加工内应力)。

(12)研孔:夹正大端,中心架托准40.4花键外圆处,修研小端A6.3中心孔。

(14)车:夹正花键外圆,顶大端中心孔,车M39×1.5-5g螺纹至尺寸。

(15)精磨:精磨各段外圆及锥孔至尺寸。

1)顶两端中心孔,精磨花键键侧至图纸要求;

2)顶两端中心孔,中心架托准外圆,精磨外圆各部及台阶端面至图纸要求;

3)卸锥堵,夹小端,中心架托A基准轴径,校正A、B两处基准轴径跳动≤0.004,精磨4号莫氏锥孔图纸要求。

4 结论

摇臂钻主轴加工工序长,加工时易造成内部应力,并在后道工序加工时形成二次应力分布而产生形变,加工时应注意零件的加工顺序,采用反复的半精及精加工,逐步去除工艺余量,消除零件变形。本套工艺路线按由粗到精的原则,正确选择加工顺序和基准位,前道工序为后道工序保证合理的加工余量及加工基准,稳定了产品的加工质量,在企业生产中是一种实际、有效的加工方法。

参考文献

[1]王文奎,俞学人.机床主轴的选材及热处理工艺[J].绍兴文理学院学报,2002,22(2):64-66.

[2]陈宏钧,方向明,马素敏.典型零件机械加生产实例[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3]上海市切削技术协会.金属切削手册[M].上海:上海科学技术出版社,2000.

压缩机主轴的加工 篇3

(1) 主轴预紧。电主轴最突出的问题是内藏高速电机的发热, 由于主电机旁边就是主轴轴承, 电机的发热会直接影响主轴轴承的温升, 如果主轴轴承预紧力过大, 导致主轴温升过高, 会直接降低轴承的工作精度。如果主轴轴承预紧力过小, 又会影响主轴的刚度。再加上电主轴为高速主轴, 主轴运动部分微小不平衡量, 都会引起巨大的离心力造成机床的振动, 影响加工精度和表面质量, 降低机床寿命, 因此, 主轴预紧力和主轴组件的不平衡量必须在安装前确定好。

合理控制轴承与端盖、轴承与主轴的配合间隙。为控制轴承与端盖轴承安装孔的间隙, 将端盖内孔按轴承外环配镗保证间隙0~0.005mm, 主轴轴承支撑径按轴承内环配磨间隙0.003~0.008mm, 实际配合尺寸, 主轴与轴承配合间隙0.005mm, 端盖内孔按轴承外环配合间隙0.003mm。

轴承预紧力确定。将轴承放入支撑套里, 在轴承上面放上压盖, 给轴承加力, 通过测力计表显示的变化数值, 算出力的大小, 用千分表检测轴承内、外端面的高度差。根据以往主轴轴承预紧力选择130~160kg。CH6132A电主轴轴承预紧力试验实测数值见表4。

配磨调整垫。为确保调整垫两面的平行度, 减少因调整垫不平形对主轴精度和预紧力的影响, 调整垫配磨后, 进行研磨, 保证调整垫平行在0.002mm以内, 内、外调整垫差控制在0.055mm。

(2) 组装主轴组件。根据测量前轴承座实际深度, 前轴承座孔组件实际高度, 配磨法兰盘端面保证间隙0.04mm, 配键, 装配轴承 (装配时要将轴承高点于主轴高点错位180°) , 组装其他件。

(3) 主轴组件动平衡。电主轴为高速主轴, 主轴运动部分微小不平衡量, 都会引起巨大的离心力, 造成机床的振动, 影响件工精度和表面质量, 降低机床寿命, 因此电主轴装配时必须控制好主轴组件的不平衡量。

检测零件精度。对于主轴上旋转零件, 加工时必须严格控制零件的端跳和径向跳动。装配前应对主轴上的旋转零件的端跳和径向跳动进行检测, 确保其≤0.015mm。

主轴初动平衡 (表5) 。为控制主轴组件的不平衡量, 避免转子安装后因主轴组件不平衡量过大无法去重, 在热装转子前将主轴其它组件进行粗动平, 前后分别在隔套和法兰盘去重, 控制主轴组件不平衡量G≤2g以内。

g

4. 组装床头箱

(1) 初装床头。由于电主轴装配后拆装非常困难, 为进一步测试主轴预紧力是否合理, 主轴前后轴承温升是否过高, 在不安装转子定子的情况下组装床头箱, 进行运车试验。为防止泄漏, 将前后水套安装前后法兰盘上, 分别将前、后水套组件通入1.5MPa (15bar) 压力冷却水, 进行2h试漏。将主轴组件装入箱体, 床头进行运车试验, 检测 (表6) 。

(2) 测定主轴静刚度。给主轴加力, 采用测力计测量主轴径向变化值, 见表7。

5. 安装定子

1MR310F-A12定子, 是将冷却套安装一起供货, 冷却套与箱体之间是间隙配合, 为保证定子安装时顺利滑入箱体, 且不漏水, 加工时将必须严格控制冷却套与箱体之间是间隙在0.02~0.04mm之间。

(1) 装配前准备。检查要交付的每一件零件是否与订货单相同。复检定子精度, 目视检查定子是否有任何损害。去除主轴箱上连接孔处毛刺。去除O形圈槽中的杂物、灰尘。检测冷却套与箱体之间间隙, 各项检测见表8。

(2) 安装定子。润滑O形圈, 将O形圈装入定子套筒槽中, O形圈不准扭曲。利用定子两端螺纹孔, 用吊具将定子吊起, 滑移居中进入主轴箱体 (不准以电机绕组作为装配辅助, 不准拉或压电机绕组) 。推入定子进入最终位置。紧固端盖螺钉 (用力矩扳手均匀地紧固) 。打入定位销。

mm

(3) 检查O形圈的密封严密性。用螺纹油塞封住主轴箱体的一个冷却连接孔。用一个带有压力表指示和调压器的泵连接第二冷却液连接口。安放主轴箱体使其排水口置于最低点。在冷却套筒和主轴箱体间注入冷却液, 缓慢增加压力从0~0.6MPa, 查看排水口是否有冷却液漏。

6. 转子装配

1MS310F-6A-A1转子与主轴之间是过盈配合, 转子需加热后热装在主轴上, 如何解决转子热装问题, 以及转子热装后主轴变形的问题是转子装配的关键。

(1) 配前准备。检查一下所有订购的零件是否均已交付 (转子应为光整过) 。复检转子精度, 目视检查转子是否有磕碰等损伤。去除主轴压配部分的斜面和边缘处毛刺。确保转子内径, 注油连接螺孔和压配到主轴部分无赃物。润滑0形圈, 将0形圈嵌入转子的槽中, 不准扭转。润滑主轴压配轴颈。

(2) 零件检测。检测主轴与转子连接处的尺寸。检测转子各有关尺寸见表9。

mm

(3) 转子加热试验。将转子放在小车上, 推入加热箱内, 将加热箱逐渐加热, 测量转子随温度的变化值。转子加热到一定温度后, 需保温一段时间, 测量转子内孔尺寸, 直到温度上升至180~190℃时, 不再升高温度 (转子加热温度不得超200℃) 。转子随温度变化值见表10。

(4) 安装转子。把转子置于准备工作夹具中, O形圈一端必须处于顶部。将转子放入加热箱加热至180~200℃。将主轴垂直装入转子, 加上<50kg的力, 使主轴与转子完全压合。

(5) 热应力变形。热套期间, 主轴和转子过盈配合能产生应力, 这些应力能引起主轴变形, 采用油加力到过盈配合中可以消除这些应力和变回原状。转子和主轴冷却到室温后, 检查主轴是否在转子最终位置。用1个螺纹销密封转子的2个油接口中的1个接口。把转子和主轴用夹具相互夹紧 (图2) 。

连接油泵 (使用温度在20℃、黏度为300mm2/s的液压油) , 泵油压入级形过盈配合面中, 缓慢加大油压直至油从过盈配合套端界面中泄漏出。卸除油泵, 打开2个压力连接口。使用夹紧装置把主轴置于垂直位置, 用压缩空气压出过盈配合处的油液。

(6) 检验主轴精度 (表11) 。检测热装后转子对主轴支撑轴线跳动是否≤0.04mm。

mm

(7) 主轴组件精动平衡。为进一步减小电主轴不平衡量, 定子热装主轴上后, 对主轴组件进行精动平衡。将电主轴安装在动平衡机上 (图3) , 调整电主轴平衡环上调整螺钉, 保证主轴组件的不平衡量G≤0.4g, 调整后不平衡量见表12。将螺钉涂防松胶紧固, 保证调整螺钉本身不松动、不凸出平衡环。

7. 装配箱体

在定子与转子装配好后, 重新组装箱体。

(1) 组装箱体。以主轴箱前端为基准, 垫硬竖直安放主轴箱。将主轴组件套入箱体内并紧固螺钉, 安装后背帽。

(2) 复检验床头箱精度。检验主轴短锥的跳动;检验主轴端面的跳动;检验主轴检棒近端与300mm处的跳动。

8. 电气检验

为确保电主轴装配后安全运转, 电主轴装配后应进行高压试验、短路检验。

(1) 高压试验。在绕组与主轴箱、绕组与热电偶之间加上1500V电压 (不做试验的绕组必须同床头箱连接) , 5s时间, 测量漏电流, 漏电流必须≤20m A。

(2) 短路检验。用万用表, 在对绕组之间, 绕组对地进行短路测试, 确保无短路现象。

9. 整机运车试验

为进一步验证主轴转速是否满足要求, 了解主轴冷、热状态下精度变化及主轴前后轴承温度变化情况、轴承预紧力是否合理、了解主轴电机装配后功率及扭矩实际输出情况是否合理、了解圆光栅安装是否满足要求、验证主轴单元动平衡指标是否合理, 进行整机试验。

主轴运车试验, 测定主轴转速, 复检主轴精度, 检测主轴前后轴承温升的变化。主轴静刚度和动刚度的测试。主轴输出功率及扭矩测试。主轴圆光栅分辨率测试。整机动平衡的测试。

五、结束语

采用上述方法装配出的电主轴, 经过对主轴运车试验, 电主轴各项技术指标能够满足设计要求。此项对电主轴加工、装配工艺的探索与研究, 对电主轴加工、装配方法, 转子、定子安装过程有了进一步了解。掌握了电主轴装配所需关键技术数据和工艺方法。电主轴床头箱试装的成功, 标志着公司工艺水平又上了一个新台阶, 为公司生产电主轴机床提供了技术支持, 对产品更新换代, 开发高速、高精、高效机床, 起到积极推动作用。

沐若发电机主轴加工工艺研究 篇4

关键词：主轴,转子支架,激光检测

沐若水电站工程地处马来西亚婆罗洲岛的砂捞越州, 坝址位于拉让 (Rajang) 河流域源头沐若河上, 距民都鲁市约200 km, 共有4台236 MW容量的混流式发电机组, 总装机容量944 MW。该机组由哈尔滨电机厂有限责任公司生产供货, 其结构形式为悬式机组, 水轮机的力矩通过主轴和轮毂的键与配合紧量传递力矩[1], 主轴为一根轴[2], 结构简单, 但加工困难。对此, 本文阐述了该机组主轴的加工工艺, 以示同行参考。

1 沐若主轴结构及加工难题

沐若水轮发电机组主轴由轴身、转子支架、上下导挡油管、上下导滑转子等组成, 转子支架与上导滑转子采用热套方式[3], 如图1所示。

加工难题如下:

1) 主轴在卧车挠度大, 难以找正及加工。沐若发电机主轴总长为10 865 mm, 轴颈1264 mm, 小头端键槽位置最细尺寸为858 mm, 总重量为131.4 t, 滑转子及法兰外圆加工精度高, 转子支架热套后中部较重, 挠度大, 找正困难。

2) 轴身长, 键槽加工精度高, 难以加工。轴身均布4-120N9键槽, 其长度1010 mm, 与轴中心对称度≤0.03 mm, 至中心596.5 mm, 键槽中心点弦长为843.6±0.20 mm。

3) 大型转子支架热套方式。立轴后, 转子支架高度达3485 mm, 外径3962 mm, 热套主轴时, 该大型转子支架如何达到要求胀量成为另一技术难题。

4) 下导挡油管套轴加工无法固定。由于下导挡油管与轴身距离单边仅40 mm, 按照传统工艺, 内部支撑工具无法装入, 难以固定, 挡油管驱动端侧法兰端面及外圆无法加工。

主轴主要加工工艺流程:划检—粗镗法兰孔—粗车—UT探伤—半精车—铣引线槽、键槽—半精镗法兰孔—热套上导滑转子—精车—与水轮机轴同镗—热套转子支架—清理、喷漆。

2 采取的主要技术措施

2.1 主轴18 m卧车加工

1) 为消除加工过程中应力, 主轴在18 m卧车采取粗、半精、精车三步加工。

2) 加工时, 为减少细长轴挠度大, 采取“一托一卡”方式, 即主轴一端在机床卡盘处利用万向节与主轴法兰连接。万向节有自调能力, 可实现变角度动力传递及降低轴的挠度变形力矩, 具有弹性以及自调能力。主轴另一端利用液压钨金支撑托架[4], 托主轴架子口的位置在18 m卧车高速旋转精车形位公差较高部位。

3) 主轴在轴身部位有引线槽, 上面安装盖板, 如托架托此部位, 虽盖板与主轴实配, 但因安装过程中存在不确定因素, 易在加工时盖板产生松动, 盖板与托架支架会有气隙存在, 在精车时, 形位公差及粗糙度很难达到图纸的要求。因此, 为保证加工质量, 在引线槽盖板位置制作工具套, 中空结构, 材质Q345钢板, 与主轴轴身过盈配合, 配合紧量双边0.50~0.55 mm, 加热热套于主轴, 卧车在工具套中间部位精加工120 mm宽架子口, 粗糙度Ra1.6, 跳动度≤0.03 mm, 利用托架托架子口位置, 在18m卧车精车主轴, 加工后达到了图纸要求。

2.2 主轴键槽加工方案

2.2.1 键槽结构设计

主轴采用4组键槽在轴身90°均布排列, 其中每组键槽长为1010 mm, 且各键槽对称度与轴中心对称度≤0.03 mm。

2.2.2 键槽加工方法

为保证该键槽的加工精度以及与转子支架顺利联接, 制作了铣模 (类似于镗模) 一对, 主轴与转子支架的键槽加工各自按铣模找正。在主轴配合段外圆为找正基准, 找正铣模端面的垂直度≤0.03 mm, 与主轴的同轴度≤0.02 mm。将主轴定位键槽加工面正对镗床放置, 以主轴1268外圆为找正基准, 主轴中心线在水平、垂直方向与镗床滑轨平行。

2.2.3 加工前找正检测方法

采用激光跟踪仪检测镗床导轨的精度。在镗床平台上, 安装激光跟踪仪, 采用精度高的单频激光干涉距离测量 (IFM) , 镗床溜板箱工作台沿X轴向进给距离。激光跟踪仪在IFM测量模式下采集数据, 采集的数据 (各点的实际空间坐标) 拟合成直线, 然后用激光跟踪仪的软件计算出此方向上的水平面直线度, 通过数据处理, 得到进给不同距离的直线度误差曲线, 由此比较镗床在此行程内最大水平面直线度。同理车床工作台沿Y轴床身导轨方向运动, 用激光跟踪仪检测工作台在Y轴 (床身导轨) 方向上移动的精度。

激光跟踪仪检测主轴的直线度。根据主轴的形状和摆放的位置确定测量的站数, 并设置公共基准点。通过在理论模型上定义若干点得到其理论值, 再在主轴上粗略找到相对应的位置测量出实际值, 利用面、线、点特征来粗略确定坐标轴和原点, 即把系统默认的机器坐标系粗略转移到主轴上, 通过主轴坐标系来将主轴找正。用靶镜SMR在被测量主轴工件表面移动, 直接检测主轴上获得密集的点云数据, 通过软件直接将被测数据与理论模型进行比较和最优化以确定偏差[5]。

2.2.4 加工键槽具体工艺过程

以铣模上的定位基准槽定位, 依照工具图纸要求的装配方向装铣模。按铣模的找正环槽找正, 使主轴配合段键槽加工面正对镗床, 复测主轴直线度及垂直度合格后, 粗、精铣键槽达到图纸要求。转动主轴约至90°位置, 重新复测主轴直线度及垂直度, 调整复测铣模的垂直度及同轴度, 合格后以铣模找正环槽来找正, 粗精镗第二个键槽达到图纸要求。按上述标准依次粗精镗其余2个键槽达到图纸要求, 满足后序转子支架顺利热套。

2.3 转子支架热套工艺

2.3.1 热套难度的分析

转子支架高度为3485 mm, 外径3962 mm, 如果利用传统加热方式中频感应加热, 即使在工件外围用防火砖砌3800 mm加热炉, 加热温度也难以达到预定的温度160℃。此加热方式所需用电力负荷较大, 连接电缆发热高, 存在一定安全隐患, 成本较高。

2.3.2 热套新工艺

为了降低热套成本, 充分利用现有设备资源, 在加热炉加热转子支架。在平台放置立轴工具, 用钢板槽钢等固定牢度, 将主轴立于立轴工具之上, 调主轴的垂直度在0.05 mm/m, 转子支架加热到约160°, 计算加热温度[3]:

式中:T为工件需要加热的温度, ℃;D为配合面的名义直径尺寸, mm;Δ为配合面的最大紧量, mm;α为线膨胀系数, α=11×10-6mm/℃ (钢) ;κ为加大系数, κ=0.7~0.9 mm。

经上述公式计算, 转子支架需加热温度为130℃, 考虑到转子支架热套过程中热量损耗, 加热温度按160℃进行。具体工艺措施如下:

1) 在热套转子支架前, 在轴的表面涂一层润滑油, 用4件美式UU型花兰螺丝在转子支架最大外缘处用螺栓把合, 调整其水平在≤0.03 mm/m。

2) 用吊车挂钩吊起转子支架, 其配合面的轴线垂直后移至近前正对轴, 对准后, 吊车迅速下降至配合段前, 转子支架重新精调对正主轴配合段, 主轴按定位键对正转子支架键槽, 吊车徐徐下降, 当套入配合面的1/3时迅速下降落到轴肩处。

3) 为防止转子支架冷却至室温时发生上翘现象, 导致与主轴的靠肩间隙过大, 采用角钢拉紧转子支臂。

2.3.3 实施后效果

该方案的实施, 节省砌防火砖保温炉35万元, 加热板等加热配套设备15万元, 1台机组共计节约成本50万元/台, 沐若4台机组共计节约200万元。

2.4 挡油管固定方式

1) 下导挡油管与轴间隙较小, 非驱动端侧 (小头端) 可用压板M20螺栓固定。

2) 驱动端侧 (法兰端) 因法兰面在组焊后需加工, 按传统工艺内部无法装入支撑工具, 所以在挡油管本体上钻攻螺纹孔使其固定。在挡油管轴身距法兰端面130 mm位置, 圆周均布12-M20。250镗床钻攻12-M20, 在固定挡油管的位置放置铜皮δ=1 mm, 至少垫2层铜皮。挡油管装M20螺栓, 其背部用薄螺母固定牢, 并用顶丝调整与轴同心。挡油管加工后, 拆除螺栓, 并拧入丝堵 (注意勿露出) 塞焊及焊补, 随形修磨焊口及做煤油渗漏[6]。

3 结语

该项目通过对新工艺和新技术的应用, 经实践检验, 加工主轴长键槽的工艺方法是科学的, 为今后长尺寸键槽加工的理论及实际加工提供了新的思路及方向。在现有设备资源的情况下, 节约成本, 降低消耗, 成功实现了转子支架热套。下导挡油管按此方案的加工, 解决了类似的机组轴身与挡油管间距较小的难题, 同时避免了因法兰面变形而造成的漏油现象。

参考文献

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[4]王照娣.大型水轮机主轴的工艺制造研究[J].装备制造, 2010 (4) :296.

[5]陈素艳.激光跟踪测量系统的原理及其在机床检测中的应用[J].工具技术, 2008 (10) :148-150.

压缩机主轴的加工 篇5

立式加工中心代表着一个国家装备制造业的发展水平, 它集高精度、高效率和高柔性为一体, 能够显著地提高工件的生产效率, 改善工件的表面质量[1]。立式加工中心主轴组件在很大程度上决定了机床的加工性能, 其设计和研究已经成为当代学者科研的重点[2]。

作为立式加工中心的核心部件, 主轴组件的性能在很大程度上决定了立式加工中心的加工质量和切削能力, 在很大程度上影响其加工的精度[3]。本文研究在不同转矩工况下主轴的应力分布和在不同的温升工况下主轴的热变形情况, 这对于进一步提高立式加工中心的工作性能具有十分重要的意义, 为立式加工中心后续的结构优化提供了可靠的保障。

1 立式加工中心主轴组件模型的建立及模型的网格划分

1.1 主轴组件有限元模型的建立

本文以主轴组件为研究对象, 图1为其结构示意图。螺钉将轴前端的端面键连接起来, 其前端轴承的轴向定位通过端盖来实现, 端盖的轴向依靠台阶来实现定位[4]。在轴上车出的螺纹, 目的在于安装预紧及轴向定位的螺母。整个主轴的结构做成中空的, 目的用来安放拉杆和碟形弹簧。本次建模主要在Solid Works2007中建模, 并利用接口文件, 将其模型数据导入至ANSYS workbench12.0以便对其主轴进行性能分析, 主轴组件的模型图见图2所示。

1.2 主轴组件模型的网格划分

本次仿真前需要对模型进行网格划分, 网格划分的话, 我们主要采用ANSYS workbench自带的网格划分工具。ANSYS自带网格划分平台为不同物理场和求解器提供相应的网格文件, 并集成了很多网格划分软件应用程序。

结构网格大部分可划分为四面体网格, 通过细化网格来捕捉关心部位的梯度, 例如温度、应变能、应力能、位移等, 结构网格的四面体单元通常是二阶的, 对于有些有限元求解器来说, 六面体单元仍然是首选。本次网格划分我们采用Mechanical四面体网格类型, 划分完成后网格节点143922, 单元86233, 如图3所示。

2 不同温升工况下主轴形变分析

主轴内部传热是个复杂的生热和散热过程, 影响因素中, 我们分析了轴承的摩擦发热对主轴形变产生的影响。主轴产生的部分热量通过与冷却系统进行对流传热被带走, 还有部分热量传到主轴和轴承上, 导致主轴和轴承温度升高变形, 影响机床加工精度。主轴产热是一个复杂的产热过程, 对此由于仿真限制我们没有对此细致分析, 而专注于温升对主轴形变参数产生的影响。

针对不同温升情况下对主轴形变所产生的影响, 我们采用不同温升工况下形变分析, 图4、图6、图8分别为25、26、27度环境温度为24度时情况。随着转速的增大, 主轴温度场的温度也随着升高。通过仿真数据我们可以看出发热区主要分布在轴承接触面, 并且由轴承外侧向内侧径向递减, 未接触端受轴承摩擦发热影响较小, 仿真设定室温为25度。图5、图7、图9分别为不同温升工况下主轴形变情况, 从图中我们可以看出, 随着温度的升高, 主轴形变越来越明显, 从最大形变数值中可看出。温度较低的区域形变量小, 温度高的区域形变量较其它区域更为明显。

3 结论

1) 本文以立式加工中主轴组件为研究对象, 建立了主轴系统三维有限元模型, 并对其模型进行网格划分, 在划分网格时, 考虑到计算成本和网格划分分数之间的矛盾, 细密的网络可以使结果更为精确, 但同样会增加CPU计算时间并需要更大的存储空间, 综合考虑, 本次网格划分我们采用Mechanical四面体网格类型。

2) 本文利用新一代的有限元分析软件ANSYSWorkbench对加工中心主轴进行了静力学分析及热形变分析。分析结果得出了在不同转矩下主轴的应力分布及应力增长规律, 分析热形变影响中, 不同温升工况下对主轴的形变进行了有限元分析, 从而从理论上预测了在主轴所允许形变下所允许的最大温升, 也为主轴的优化设计及进一步的有限元分析奠定了基础。

参考文献

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[3]周孜亮, 王贵飞, 丛明.基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计[J].组合机床与自动化加工技术, 2012 (3) :17-20.

压缩机主轴的加工 篇6

在电子、机械等行业中, 经常需要钻削很多直径较小 (如准1 mm左右) 的深孔, 对于此类小深孔的加工通常必须使用高速机床才能保证生产效率和加工精度。高速加工的关键技术之一是高速切削机床技术, 而高速主轴又是高速机床实现高速切削最关键的技术之一。因此, 高速主轴中大部分零件的精度要求都比较高, 例如JPVT高速主轴的前外套加工, 其工序安排是:车削内孔→精车外形→加工端面斜孔。

1 夹具设计

图1为JPVT高速主轴的前外套, 所有内外圆同心度均为0.02 mm, 内外圆与各端面垂直度均为0.02 mm。通过对零件进行工艺分析可知, 工序3即上端面斜孔加工是最难完成的, 完成工序1车削内孔和工序2精车外形后, 此外套的端面斜孔必须选择在五轴加工中心上加工, 外套属于薄壁零件, 形位公差、外观要求都较高, 因此需要设计专用的夹具。

根据零件在车削后完成的工序情况和零件的精度要求, 设计夹具如图2所示。机床连接部件1的中间设计有一个和五轴加工中心工作台中间圆槽配合定位的凸圆台, 方便定位在工作台中心, 把机床连接部件1按正确的位置放在工作台上, 用2个以上的压板把机床连接部件1压紧在工作台上。

接着通过4个M8螺丝3把机床连接部件1和夹具体5连接锁定, 一起固定在工作台上 (在机床连接部件1放在工作台上前完成) 。夹具体5的中间设计有两个台阶, 上面台阶和定位体连接, 另一个台阶是放置弹簧。

弹簧的作用是当松开杯头螺丝2时, 弹簧把定位体6往上弹出, 带动零件脱离夹具体5, 避免在松开零件时, 零件底面和夹具体的上端面摩擦出现痕迹。夹具体5的侧面设计有一个螺丝孔, 锁进M8无头螺丝7在定位体6的侧面槽中, 限制弹簧弹出定位体6时距离过大。

1.机床连接部件2.杯头螺丝3.M8螺丝4.弹簧5.夹具体6.定位体7.M8无头螺丝

零件和定位体6通过螺纹连接, 为避免零件在加工过程中出现螺纹松动, 定位体6中间设计一个螺栓孔, 穿进一个M8×L80杯头螺丝锁紧定位体6, 锁紧的过程中, 使零件的下端面紧紧接触夹具体5的上端面, 避免出现松动现象。

另外, 定位体6锁紧后, 定位体6和夹具体5的台阶面有1 mm的间隙, 这样的设计首先是在此处空间存在一定的气压, 保证每一个零件在拆除时都能顺利地脱离夹具体;另外在锁紧时, 保证每个零件的下端面都能和夹具体5完全接触, 不会出现定位误差。

2 结语

此夹具的设计遵循简单、制作方便、拆装容易的设计原则, 保证零件在加工过程中不会产生变形, 保证各项精度。但专用夹具的设计只能保证加工的方便性, 具体在加工过程中还需要操作者选择正确的工艺、切削刀具和切削用量, 否则容易把钻头断在孔里面导致零件报废。

摘要：针对具有高精度要求的JPVT高速主轴前外套在五轴加工中心上进行端面斜孔的加工, 设计出一种既快捷又简便的专用夹具, 从而可大批量生产, 并且能保证加工精度、装夹方便、提高效率, 为企业增加效益。

压缩机主轴的加工 篇7

在数控机床设计阶段,确定子系统各个组件重要度的大小可以用来识别薄弱点的主次、辅助系统设计,是提高系统可靠性的有效手段[1]。早期Semanderes算法适合进行故障树定性分析,在故障树进行定量分析时,需先对顶事件的最小割集进行不交化处理,过程过于复杂,工作难以进行[2,3]。BDD(Binary Decision Diagrams)二元决策图技术已广泛应用于可靠性分析及故障诊断领域[4],其优势体现在能直接形成系统故障的结构路径;通过对路径的搜索,求解不交化割集,快速找出系统故障(顶事件)的薄弱环节[5,6,7]。本文对加工中心主轴系统建立故障树模型,完成BDD结构转化,运用继承父节点信息的递归方法来快速实现最小割集不交化,实现主轴系统故障树的定性分析,并运用BDD结构下的重要度计算方法,求解重要度值,实现主轴系统故障树的定量分析。

1 BDD递归法及原理

1.1 BDD基本概念

BDD基本结构如图1所示。图1中,终节点用方框标注,代表系统状态,其值仅有0或1两种状态,0表示故障事件不发生,即系统处于正常状态,1表示故障事件发生,即系统处于故障状态;非终节点用圆圈标注,为中间事件状态,其中Xi为该非终节点所对应基本事件的代号;连接线表示该父节点(上一节点且非终节点)向子节点(下一节点)的传递过程,连接线上标记“0”表示该分支对应的父节点所表示的基本事件不发生,连接线上标记“1”表示该分支对应的父节点所表示的基本事件发生。

1.2 故障树转化为BDD结构的递归实现

将故障树转化为BDD结构时,运用ite(if-thenelse)结构,它拓展了Shannon分解的功能,可以快速求解出不交化割集,是分析全过程的有力工具。ite(X,M1,M2)表示为:若事件发生(X),则为状态M1;若事件不发生(珡X),则为状态M2。其数学表达式为:

其中:X为基本事件;M1与M2为节点的状态(可以为终节点,也可以为非终节点)。

(1)规范树的转化。

把故障树转化为只含与、或逻辑门,对于中间事件的非门,利用德摩根规则进行处理,使底事件只含与门和或门。

(2)BDD结构转化。

从规范树的底层事件开始处理,使用基本事件替换中间事件,替换时按一定规则用ite结构对替换结果进行编码,逐层向上,可得到顶事件的BDD。

(3)求取顶事件的BDD。

设A=ite(Xi,M1,M2),B=ite(Xj,N1,N2)。若i<j,则A<op>B=ite(X,M1<op>B,M2<op>B);(2)若i=j,则A<op>B=ite(X,M1<op>N1,M2<op>N2)。其中,A和B表示2个不同的ite结构;Xi与Xj表示2个不同的基本事件;M1、M2和N1、N2都表示节点(终节点或非终节点)状态;<op>为逻辑门布尔运算符,AND“与”门或OR“或”门。

1.3 BDD结构不交化割集的实现

通过对BDD结构的路径搜索,可以快速求得不交化割集。搜索时,非终节点以待定方式继承上一点(父节点)的全部信息,每个父节点有2个子节点(标定为“1”和“0”),当指向“0”时,继承父节点的补信息(除父节点包含信息以外的信息),继续向下一个节点进行搜索;当指向“1”时,子节点继承父节点的全部信息,并结束搜索,记录路径形成不交化割集。按照这种规则,可以快速得到BDD结构的不交化割集以及数目。

2 BDD技术下的重要度计算方法

为了方便处理,做以下规定:设Xi为故障基本事件(i为序列号),S为系统,P表示概率,1表示正常(可靠),0表示故障(失效)。则系统可靠的概率用P(S=1)表示;事件可靠的概率用P(Xi=1)表示;系统失效的概率用P(S=0)表示;事件失效的概率用P(Xi=0)表示;事件可靠时,系统可靠与失效的条件概率分别用P(S=1|Xi=1)和P(S=0|Xi=1)表示;事件不可靠时,系统可靠与失效的条件概率分别用P(S=1|Xi=0)和P(S=0|Xi=0)表示。根据全概率公式,以上组成元素之间的关系如公式(2)所示:

结合图1,设系统的可靠度用R(S)表示,基本事件Xi的可靠度值用R(Xi)表示,具体求解过程如下:

系统可靠概率P(S=1)等于指向终节点1的所有路径概率之和。搜索图1中所有指向终节点1的路径共有3条,分别为{1,X2}、{X1,X3}和{X1,3,X4}(i表示连接线标记为“0”时所经过路径;Xi表示连线标记为“1”时所经过路径;i为事件序列号),则P(S=1)=[1-R(X1)]×R(X1)+R(X1)×R(X3)+R(X1)×[1-R(X3)]×R(X3)。

事件X1可靠且系统可靠的条件概率P(S=1|X1=1)等于所有指向终节点1且X1=1的路径{X1,X3}和{X1,3,X4}去掉X1后路径{X3}和{3,X4}的概率之和,即P(S=1|X1=1)=R(X3)+[1-R(X3)]×R(X3)。

由以上组成元素之间的关系,利用公式(2)可以分别求出;P(S=0)、P(S=0|Xi=1)、P(S=1|Xi=0)、P(S=0|Xi=0)的概率值。

(1)Birnbaum重要度。

事件Xi可靠性变化引起系统可靠性的变化程度称为Birnbaum重要度,反映了事件状态概率变化对于系统状态概率变化的影响。对于二态系统,Birnbaum重要度计算如下:

(2)风险业绩值重要度。

忽略事件Xi后系统不可靠性与原来系统不可靠性的比值称为风险业绩值(Risk Achievement Worth,RAW),体现了事件Xi为维持系统可靠性做出的重要贡献。对于二态系统,风险业绩值的计算如下:

(3)风险降低值重要度。

风险降低值(Risk Re-duction Worth,RRW)是指系统不可靠性与事件Xi替换为完美事件后系统不可靠性的比值。对于二态系统,风险降低值的计算如下:

(4)Fussell-Vesely重要度。

F-V重要度是指事件Xi能够导致的系统无故障的最大降低值。对于二态系统,F-V重要度值的计算如下:

3 基于BDD技术的加工中心主轴系统重要度分析

3.1 主轴系统故障树的建立

主轴系统质量的好坏直接影响加工中心生产率、加工精度和表面质量,是某系列加工中心故障较频繁的部位。加工中心主轴系统功能结构框图如图2所示。

通过对故障数据的收集,以主轴系统的主功能故障为顶事件,其相应各子功能及其故障模式为中间层事件,对应故障模式的故障事件为底层事件,建立主轴系统故障树可靠性模型,如图3所示,故障事件列表如表1所示,底层事件故障列表如表2所示。

3.2 主轴系统故障树的BDD结构转化

将故障树事件转化为BDD结构的基本事件Xi,规定故障树事件D010101~D030104依次对应基本事件X1~X42,利用递归BDD技术对主轴系统故障树进行BDD转化,如图4所示。

对路径进行搜索,可以快速求得不交化割集数目为42,分别为:{X1},{X2},…,{X42}。

3.3 利用BDD计算的4种重要度值

利用BDD计算得到的4种重要度值见表3。由表3可以看出,4种重要度最大值依次为0.008 78、1.007 1、1.001 69、1.687×10-3,分别为X13、X16、X18、X19、X28、X29、X30,对应表1中的事件可知故障事件主要有轴承拉毛或磨损、主轴轴承预紧力过大或不够、轴承润滑油脂异常、轴承游隙过大、轴承预紧螺母松动等,可判定轴承为系统的薄弱环节;其他重要度值能为预防系统故障、可靠性分配权重值提供参考依据。

4 结束语

利用BDD技术可以快速求解不交化割集,通过对路径的搜索快速求得系统可靠性和部件完好时系统完好的条件概率;由全概率公式组成元素之间的关系,可以求出系统和部件其他几种发生概率情况。运用BDD技术重要度计算方法,可以快速求出重要度值,计算过程快速方便。

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