本文以一臺出口機組的水輪機主軸加工為例，介紹一種新的主軸加工工藝。交檢標準為美國電器電子工程師學會標準(簡稱IEEE)。
該水輪機主軸和中間軸都為45A鍛造實心軸。重量分別為2.1t和2.4t(主軸、中間軸的結構尺寸見圖1,圖2)。主軸轉輪側法蘭為止口定位，通過寬度140mm鍵與轉輪傳遞扭矩；另一側法蘭由銷釘螺栓與中間軸聯接。主軸精度要求很高，與一般軸區(qū)別為：兩端法蘭外側面與軸中心線垂直度為0.01mm,軸頸外徑相對于軸線平行度0.01mm,法蘭止口直徑公差在0.013mm以內。中間軸的精度要求與主軸相同。
主軸、中間軸的單根軸的擺度，主軸與中間軸連接后的組合軸擺度都要達到IEEE標準。
1 加工難點及工藝分析
主軸、中間軸的加工難度由兩方面原因造成：一是由于垂直度、平行度及擺度值精度過高；二是由于結構特殊及材料影響。
從結構上看：主軸法蘭端面開有寬大鍵槽及把合孔，勢必造成加工過程中的斷續(xù)切削和沖擊力；從材料上看：試棒實測力學性能及硬度偏高，這些都將對切削加工構成影響。
圖1 主軸
圖2 中間軸
解決上述難點，需從加工基本條件和工藝方法兩方面入手。加工基本條件包括機床精度、刀具選擇和切削參數。
1）機床精度高可以消除機床本身誤差對工件 13精度影響。要求的機床精度主要表現在：機床主軸軸承的軸向竄動小于0.01mm,徑向跳動小于0.01mm,尾座套筒軸線對溜板移動的平行度小于0.01mm,橫向溜板移動對主軸軸線垂直度小于0.01mm/300mm,機床大溜板移動對機床主軸軸線平行度小于0.02mm/1000mm。
2）刀具選擇，刀片定位精度高、抗沖擊、耐磨性好，可減小因主軸鍵槽和把合孔的存在造成斷續(xù)切削和沖擊力產生的不利影響，減少切屑瘤帶來的不利因素。在軸身和法蘭面加工中分別采取YT5焊接刀具(相當于ISO標準的P30牌號)，及以色列的依斯卡爾WNMG432PP IC635刀片，效果良好。
3）切削參數的選擇要控制好，避開形成切屑瘤的切削速度及最后一刀的切速、切深、進刀量二者匹配關系。
4）加工工藝合理性對保證兩軸精度至關重要。如按常規(guī)加工工藝雖然也能保證工件精度，但有以下弊端：為架中心架，工件需反復調個修架子口，費工費時；配備鎢金爪的潤滑裝置；由于中心架占位妨礙刀架移動導致法蘭面止口、法蘭端面、軸身三者不能在一次裝夾中加工到位，可操作性差，此為工藝最忌諱的。則可采用“夾-頂-以中間軸為基準精車主軸”的新工藝。該工藝優(yōu)點為：工件能在一次裝夾中除卡盤處外所有表面都可加工到位：直接利用機床精度；可操作性好；以精車后的中間軸為基準精車主軸再找整體軸的擺度與單根主軸精車后聯軸找整體軸擺度，兩者相比前者實質上變成一根整軸的中間軸主軸加工，因此前者的精度裕度大，可靠性高；后者在精度上沒有裕度，一旦擺度超差修復十分困難。
2 “夾-頂-以中間軸為基準精車主軸”工藝
1）工藝流程
見圖3。
圖3 工藝流程
2）中間軸加工
夾緊主軸側法蘭，尾頂針頂另一端法蘭，找正主軸側法蘭外圓及其內端面跳動量小于0.01mm,同時調整發(fā)動電機側法蘭，通過修正頂針孔使之跳動量也控制在0.01mm之內，精車凡能加工到的各面，測量發(fā)電機側法蘭垂直度。工件調轉，夾-頂方法、找正及精車同工件調轉180°前相同。
3）主軸半精車
主軸在半精車時必須將與中間軸聯接的內止口及法蘭外端面精車到尺寸，并測得已精車面擺度及垂直度合格，其余面尺寸精度及表面粗糙度雖有余量但都要達到精車標準。
為確保主軸精車后的法蘭端面垂直度，在半精車前必須將鍵槽粗銑，但又要保留作為基準的頂針孔，因此鍵槽粗銑時，其中間部位保留一段，待精加工時全部加工到尺寸。主軸在半精車后與中間軸把合，測擺度，作為精車主軸時的依據。
4）主軸精車、聯軸找擺度
主軸的最終精車是在與中間軸同鉆鉸聯軸銷孔后組成整體狀態(tài)下進行的(圖4)，找正要求是以主軸半精車后與中間軸聯成整體的擺度值為基準，精車主軸。精車主軸后的聯軸擺度測量見圖4。
圖4
3 結論
經測量表明，兩軸所有擺度值在測點比IEEE標準規(guī)定數多的情況下全部達到IEEE標準。兩軸所有形位公差、尺寸公差都達到設計要求。
經電站并網發(fā)電運行，實踐證明該新工藝對完成兩段主軸精加工是行之有效的，尤其對保證機組軸系的擺度具有重要作用，對于類似結構的中小型水輪機軸的加工具有實踐性強、精度可靠性高的特點，便于推廣。 |
