CN103317311A - 浮动套筒加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浮动套筒加工方法，包括以下步骤：分别粗加工工件的上半和下半；将工件上半和工件下半把合为一体，对工件外圆和内圆留量粗车；拆开依次精铣工件上半和工件下半中分面；把合、对工件轴颈的外圆和内圆留量半精车；钻铰连接孔、进油孔和泻油孔；铣削进油孔上的细牙螺纹、工件上半的油槽和端面法兰上的连接孔；拆开依次精铣工件上半和工件下半；把合、精车工件外圆；拆开、清理表面并检查工件外圆和内圆的表面质量；把合、涂油入库。本发明方法能满足使用要求，较好的保证了加工质量，解决了新产品生产中可能存在的问题，确保中分面间隙要求，确保尺寸公差和外圆跳动满足技术要求，为后续产品的加工确定合理完善的工艺方案。

Description

浮动套筒加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工制造领域，具体是一种用于透平试验台的浮动套筒的加工方法。

背景技术

如图1所示的是用于透平试验台的浮动套筒。装配时，浮动套筒内部装有一根转轴、且浮动套筒设置在轴承箱内部。浮动套筒左右分别设计左轴颈2和右轴颈6，左轴颈2和右轴颈6的内孔和外圆上均装配有动轴承和静轴承。其左轴颈2或右轴颈6外侧的静轴承支撑在轴承箱上，左轴颈2和右轴颈6内侧的动轴承套在转轴上。浮动套筒在使用时，外侧轴承箱体固定不动，内部转轴在转动，浮动套筒本身则有很小角度的摆动。 

浮动套筒为上下半结构，上下半分别用数段不同直径的钢板或者锻件焊接成型，中分面外侧焊接不连续法兰、称之为中分面法兰5，中分面法兰5上开孔，用螺栓联接把紧上下半。浮动套筒的外形尺寸较大，最大外圆约φ700～1000mm、轴向长度约2000～2500mm、最小内孔φ280～350mm。浮动套筒为焊接件来料，壁薄，最薄的地方壁厚度仅为20～30mm， 浮动套筒的内孔、外圆布置多档环槽，端面设置有端面止口7。浮动套筒的上半有进油孔1和油腔，下半有多处泄油孔。

而该浮动套筒的加工存在以下困难：

首先，焊接件来料，且薄壁，变形量较大；其次，中分面间隙要求高，要求把紧状态0.02mm塞尺不入；再次，浮动套筒的加工尺寸公差以及形位公差要求高，具体的：两轴颈的公差要求为φ（0，-0.03mm），形位公差要求为全跳动0.015mm，圆柱度为0.015mm，轴颈外圆完全采用转子加工精度要求，内孔也采用了相同的要求。最后，因工件长度和结构原因，铣削中分面和车削时装夹难度大。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种浮动套筒加工方法，填补了我国对于此类复杂零件的加工空白。

本发明所采用的技术方案是：

一种浮动套筒加工方法，所述浮动套筒呈套筒状、两端设计有轴颈和端面法兰，浮动套筒为上下半结构，中分面外侧焊接不连续法兰，端面法兰和中分面法兰上开有连接孔，浮动套筒的上半和下半使用螺栓联接把紧，浮动套筒的上半设置有进油孔和油腔，下半设置有泄油孔；所述浮动套筒加工方法包括以下步骤：

（1）将待加工工件的上半和下半依次装夹在机床上进行粗加工，具体为：粗铣工件上半和工件下半的中分面、并预钻工件上半中分面法兰上的连接孔，预铣工件下半上的泻油孔；

（2）将工件上半和工件下半把合为一体，对工件外圆和内圆留量粗车，粗加工工件的两端轴颈；

（3）将工件拆开为工件上半和工件下半，依次精铣工件上半和工件下半中分面；

（4）将工件上半和工件下半把合为一体，对工件轴颈的外圆和内圆留量半精车； 

（5）根据工件上半中分面法兰上的连接孔位置、钻铰工件下半中分面法兰上对应的连接孔，在工件上半上钻进油孔、在工件下半上铣泻油孔，并对工件下半中分面法兰上的连接孔攻螺纹；

（6）将工件装夹在镗床上，铣削进油孔上的细牙螺纹、工件上半的油槽和端面法兰上的连接孔；

（7）将工件拆开为工件上半和工件下半，精铣工件上半和工件下半；

（8）将工件上半和工件下半把合为一体，精车工件外圆；

（9）将工件拆开为工件上半和工件下半，清理表面并检查工件外圆和内圆的表面质量；

（10）将工件上半和工件下半把合为一体，涂油入库。

所述步骤（1）中，使用工装将工件上半或工件下半装夹在机床工作台上，该工装包括V形支撑块、2组压紧装置和若干个千斤顶，所述V形支撑块上表面呈V型、落放工件上半或工件下半的外圆，V形支撑块顶端两侧设置有平台、对应工件上半或工件下半的中分面外侧法兰，千斤顶均匀设置在中分面外侧法兰和平台之间，压紧装置包括横压板和压板，横压板顶住工件上半或工件下半的内圆、横向水平设置，压板垂直于横压板设置，一端压紧横压板上表面、另一端与机床工作台固定连接。

所述步骤（2）中，采用镗床见光工件两端法兰端面，在较薄的法兰端面镗出端面止口，通过端面止口定位、在该法兰端面上把合一个端面堵板，后续的车削加工时、采用卡爪夹持工件较厚的法兰端面，尾座顶尖顶在堵板中心孔上装夹。

所述步骤（3）中，使用工装将工件上半或工件下半装夹在机床工作台上，该工装包括半圆支撑块、2组压紧装置和若干个千斤顶，所述半圆支撑块上表面呈内凹的半圆弧型、落放并贴合工件上半或工件下半的外圆，半圆支撑块顶端两侧设置有平台、对应工件上半或工件下半的中分面外侧法兰，千斤顶均匀设置在中分面外侧法兰和平台之间，压紧装置包括横压板和压板，横压板顶住工件上半或工件下半的内圆、横向水平设置，压板垂直于横压板设置，一端压紧横压板上表面、另一端与机床工作台固定连接。

所述步骤（1）和（2）之间，使用磁粉探伤工件上半和工件下半焊接部位。

所述步骤（7）中，精铣包括：精铣工件上半的中分面开槽、精铣工件下半的开槽与泄油孔。

所述步骤（9）中检查工件内圆的质量使用内窥镜检查。

本发明所产生的有益效果是：

1)    本发明方法能满足使用要求，较好的保证了加工质量，解决了新产品生产中可能存在的问题，并为产品的加工确定了一个更为合理、更为完善的工艺方案。

2)    设计专用的装夹工装保证有效装夹，确保中分面间隙要求；

3)    确定车削装夹方式和确定合理的切削参数确保尺寸公差和外圆跳动满足技术要求。

4)    控制好薄壁件的变形，为后续生产积累经验。

附图说明

图1是浮动套筒的结构示意图。

图2 是浮动套筒的加工流程示意图；

图3是浮动套筒在铣削过程中的装夹结构示意图。

图中标号表示：1-进油孔、2-左轴颈、3-泄油孔、4-连接孔、5-中分面法兰、6-右轴颈、7-端面止口、8-压板、9-横压板、10-工件上半或工件下半、11-千斤顶、12-V形支撑块。

具体实施方式

如图1～3所示，待加工的浮动套筒呈套筒状、两端设计有轴颈和端面法兰，浮动套筒为上下半结构，中分面外侧焊接不连续法兰，端面法兰和中分面法兰5上开有连接孔4，浮动套筒的上半和下半使用螺栓联接把紧，浮动套筒的上半设置有进油孔1和油腔，下半设置有泄油孔3。

本发明是上述浮动套筒的加工方法，包括以下步骤：

（1）将待加工工件的上半和下半依次装夹在机床上进行粗加工，具体为：粗铣工件上半和工件下半的中分面、并预钻工件上半中分面法兰5上的连接孔4，预铣工件下半上的泻油孔；

其中：使用工装将工件上半或工件下半10装夹在机床工作台上，该工装包括V形支撑块12、2组压紧装置和若干个千斤顶11，所述V形支撑块12上表面呈V型、落放工件上半或工件下半10的外圆，V形支撑块12顶端两侧设置有平台、对应工件上半或工件下半10的中分面外侧法兰，千斤顶11均匀设置在中分面外侧法兰和平台之间，压紧装置包括横压板9和压板8，横压板9顶住工件上半或工件下半10的内圆、横向水平设置，压板8垂直于横压板9设置，一端压紧横压板9上表面、另一端与机床工作台固定连接。

具体的：

（i）在划线完成以后，便开始依次对工件上半和工件下半的中分面进行粗铣。前面量较多时，加工时的初始切深参数给得较小、随后再逐步减少，来提高表面的粗糙度，在铣削完成之后，目测粗糙度能保证在Ra3.2以下，基本能满足使用要求。

用同样的方式，对套筒的下半中分面也完成了铣削，铣削后中分面跳动数据满足图纸要求。

之后，使用磁粉探伤检查工件上半和工件下半焊接部位。

（ii）钻中分面法兰5上的连接孔4（联接螺孔）：

钻联接螺孔的工序和铣中分面是交叉进行的，具体的：工件上半中分面法兰5上的连接孔4的钻削是在上半中分面铣好之后进行的。将上半中分面法兰5上的连接孔4加工完成后、再将工件上半上钻床进行了刮面。工件下半中分面法兰5上的连接孔4，是在将工件上半和工件下半对其找正之后，根据上半中分面法兰5上的连接孔4位置划下半中分面法兰5上的连接孔4的位置。然后龙门铣根据各段尺寸标注基准线起点上的孔对刀，检查划线位置，确认无误后再将下半中分面法兰5上的连接孔4加工完成。

由于下半中分面法兰5上的连接孔4为螺孔，因此，在此之后钳工进行了攻丝。

上下半连接孔4都加工完成之后，顺利的把紧了螺栓，检查把紧状态下塞尺0.02mm不入。在把紧螺栓之前，为了下工序粗车能够有找正之处，因此上划线平台将上、下半两端轴颈外圆处分别打了一处等高点。

（2）将工件上半和工件下半把合为一体，对工件外圆和内圆留量粗车，粗加工工件的两端轴颈；

其中：采用镗床见光工件两端法兰端面，在较薄的法兰端面镗出端面止口7，通过端面止口7定位、在该法兰端面上把合一个端面堵板，后续的车削加工时、采用卡爪夹持工件较厚的法兰端面，尾座顶尖顶在堵板中心孔上装夹。

装夹完成之后，便是找正问题。由于堵头中心孔和止口是一刀加工出来的，因此可以认为套筒靠尾座端定位在中心上，只需要找正卡爪一侧的外圆即可。由于轴颈处有等高点两处，因此可以找正过旋转轴且垂直于中分面的方向，但是中分面方向无找正带，只能采用对称点找正的方法。

找正之后，便开始粗车外圆。

外圆粗车之后，接着开始内孔的加工。加工之前，先将零件找正，找正需要利用中心架对其进行调整。由于零件较大，因此中心架调整很不方便，要调节其滚轮的高度、前后位置，大概调整好了之后，还得通过观察打表时的跳动情况来进行微调，将其找正在0.02mm以内。

另外，由于内孔加工深度较深，且内孔在加工时不易观察到其状态，单边留2mm精车余量，检查时、打跳动在0.02mm以内。

（3）将工件拆开为工件上半和工件下半，依次精铣工件上半和工件下半中分面；

其中：使用工装将工件上半或工件下半装夹在机床工作台上，该工装包括半圆支撑块、2组压紧装置和若干个千斤顶11，所述半圆支撑块上表面呈内凹的半圆弧型、落放并贴合工件上半或工件下半的外圆，半圆支撑形块顶端两侧设置有平台、对应工件上半或工件下半的中分面外侧法兰，千斤顶11均匀设置在中分面外侧法兰和平台之间，压紧装置包括横压板9和压板8，横压板9顶住工件上半或工件下半的内圆、横向水平设置，压板8垂直于横压板9设置，一端压紧横压板9上表面、另一端与机床工作台固定连接。

（4）将工件上半和工件下半把合为一体，对工件轴颈的外圆和内圆留量半精车； 

见光外圆之后便开始了内圆的精车，根据作方案时分析的情况来看，内圆的精车是难度最大的地方，其加工过程采取了分段编程、分段加工的方式进行。在内圆加工完成之后，上闷头对外圆进行车削。

（5）根据工件上半中分面法兰5上的连接孔4位置、钻铰工件下半中分面法兰5上对应的连接孔4，在工件上半上钻进油孔1、在工件下半上钻泻油孔，并对工件下半中分面法兰5上的连接孔4攻螺纹。

（6）将工件装夹在镗床上，铣削进油孔上的细牙螺纹、工件上半的油槽和端面法兰上的连接孔；首先铣削加工进油孔上的细牙螺纹，然后铣削加工工件上半的油槽，最后对工件上半和工件下半的端面法兰的连接孔进行加工、并对沉面进行了反刮。

（7）将工件拆开为工件上半和工件下半，精铣工件上半和工件下半；

精铣主要加工一些内孔、中分面上的开槽等，包括：精铣工件上半的中分面开槽、精铣工件下半的开槽与泄油孔3。首先加工的是工件下半，调整千斤顶11配合百分表打跳动值的方式进行了找正，使用直角铣头加工开槽和螺孔底孔。由于泄油孔3是”倒T”形的，采取了先窜好尺寸、预钻通孔的方式，通过测量泄油孔3与定位基准的距离来窜翻身之后的外圆侧尺寸余量。然后加工工件上半的中分面开槽。

（8）将工件上半和工件下半把合为一体，装夹在机床上对工件外圆精车；是加工的最后一道工序，只对要求最高的外圆进行车削。

（9）将工件拆开为工件上半和工件下半，清理表面并检查工件外圆和内圆的表面质量；其中：检查工件内圆的质量使用内窥镜检查。

（10）将工件上半和工件下半把合为一体，涂油入库。

下面对加工过程中的车削和铣削两个主要工序进行分析：

A. 车削：包括步骤（2）的粗车、步骤（4）的半精车和步骤（8）的精车。

加工难点：该浮动套筒的各档内孔、外圆均为毛坯面，车削过程中对其装夹、变形量的控制和粗糙度的保证均存在较大困难。

创新点在于：

a．为方便车削装夹，采用镗床见光把合后的工件的两端端面法兰，同时在工件较薄的端面法兰上镗出端面止口7（端面止口7的尺寸严格控制），并预钻端面法兰上的连接孔，这样通过端面止口7定位，将堵板把紧在工件较薄的端面法兰上；

车削加工时，采用机床的卡爪夹持把合后的工件较厚的端面法兰上，尾座顶尖顶在堵板中心孔上，很好地解决了车削时、对工件的装夹问题。

b．由于装堵板侧的端面法兰较薄，装夹极易变形，本发明在此增加堵板、提升了该端面法兰的刚性，减小了工件变形；

c．在车削中，切削参数、机床转速、走刀方案以及尾座顶紧力的配合调整。

d．堵板工装设计、制作：用为保证定位精度，工件较薄的端面法兰上的端面止口7与堵板的配合设计为锥度配合。锥度尺寸按照浮动套筒的端面止口7尺寸严格控制，同时，根据浮动套筒端面法兰上预钻的连接孔、在堵板上对应钻出连接孔。为了保证堵板中心孔和浮动套筒工艺止口同心，要求在一次装夹状态下完成堵板锥面和中心孔加工。

B. 铣削：包括步骤（1）的粗铣、步骤（3）的精铣和步骤（6）。

难点：该浮动套筒的上半和下半均为半圆结构，外形结构较复杂，壁厚薄，轴向长度较长，整体刚性差，铣削过程装夹难度非常大。

创新点在于：

a．粗铣中分面采用专用V形支撑块12进行支撑，两端轴颈为主要支撑点，中间采用多点辅助支撑点。在工件中分面外侧法兰和V形支撑块12顶端两侧平台置，可以全部使用高度可调的千斤顶11支撑，也可以一侧用等高垫铁固定支撑、另一侧使用千斤顶11可调式支撑。如此设计，可以通过调整千斤顶11的高度来找正。

由于，该浮动套筒中分面全部需要铣削，压板8不适合搭在中分面，鉴于此，在套筒两端内圆处搭设横压板9，再使用压板8垂直搭设于横压板9上，如此设计使得受力更合理、力得以分解到两处，铣削过程更稳定、不易变形。两侧法兰下端面多处使用千斤顶11辅助支撑，可以避免工件发颤、减少铣削过程中浮动套筒的变形量。这种装夹方式能保证整个中分面一次性铣削完成。

另外在精铣时，设计了专用半圆型支撑块、代替V形支撑块12，其他如压板8、横压板9和千斤顶11等保持不变。其中半圆型支撑块是将V形支撑块12的上表面由斜面改为了凹半圆，且该圆的直径根据套筒外圆实测尺寸+0.02mm配合加工而成。

b．铣削过程中切削参数、走刀方式的合理选用，压紧力的实时调整。

C．使用效果：使用上述加工方法加工出来的零件，检查完全合格。其中，在精车完成之后，所有尺寸均满足图纸要求，两端轴颈跳动值分别为0.015mm和0.005mm；在精铣中分面完成之后，中分面跳动最大差值为0.02mm；在装销把紧之后，中分面间隙0.02mm塞尺不入，完全达到了图纸设计要求。

Claims (7)

1.一种浮动套筒加工方法，所述浮动套筒呈套筒状、两端设计有轴颈和端面法兰，浮动套筒为上下半结构，中分面外侧焊接不连续法兰，端面法兰和中分面法兰上开有连接孔，浮动套筒的上半和下半使用螺栓联接把紧，浮动套筒的上半设置有进油孔和油腔，下半设置有泄油孔；其特征在于，所述浮动套筒加工方法包括以下步骤：

（1）将待加工工件的上半和下半依次装夹在机床上进行粗加工，具体为：粗铣工件上半和工件下半的中分面、并预钻工件上半中分面法兰上的连接孔，预铣工件下半上的泻油孔；

（2）将工件上半和工件下半把合为一体，对工件外圆和内圆留量粗车，粗加工工件的两端轴颈；

（3）将工件拆开为工件上半和工件下半，依次精铣工件上半和工件下半中分面；

（4）将工件上半和工件下半把合为一体，对工件轴颈的外圆和内圆留量半精车； 

（5）根据工件上半中分面法兰上的连接孔位置、钻铰工件下半中分面法兰上对应的连接孔，在工件上半上钻进油孔、在工件下半上铣泻油孔，并对工件下半中分面法兰上的连接孔攻螺纹；

（6）将工件装夹在镗床上，铣削进油孔上的细牙螺纹、工件上半的油槽和端面法兰上的连接孔；

（7）将工件拆开为工件上半和工件下半，精铣工件上半和工件下半；

（8）将工件上半和工件下半把合为一体，精车工件外圆；

（9）将工件拆开为工件上半和工件下半，清理表面并检查工件外圆和内圆的表面质量；

（10）将工件上半和工件下半把合为一体，涂油入库。

2.根据权利要求1所述的浮动套筒加工方法，其特征在于，所述步骤（1）中，使用工装将工件上半或工件下半装夹在机床工作台上，该工装包括V形支撑块、2组压紧装置和若干个千斤顶，所述V形支撑块上表面呈V型、落放工件上半或工件下半的外圆，V形支撑块顶端两侧设置有平台、对应工件上半或工件下半的中分面外侧法兰，千斤顶均匀设置在中分面外侧法兰和平台之间，压紧装置包括横压板和压板，横压板顶住工件上半或工件下半的内圆、横向水平设置，压板垂直于横压板设置，一端压紧横压板上表面、另一端与机床工作台固定连接。

3.根据权利要求1所述的浮动套筒加工方法，其特征在于，所述步骤（2）中，采用镗床见光工件两端法兰端面，在较薄的法兰端面镗出端面止口，通过端面止口定位、在该法兰端面上把合一个端面堵板，后续的车削加工时、采用卡爪夹持工件较厚的法兰端面，尾座顶尖顶在堵板中心孔上装夹。

4.根据权利要求1所述的浮动套筒加工方法，其特征在于，所述步骤（3）中，使用工装将工件上半或工件下半装夹在机床工作台上，该工装包括半圆支撑块、2组压紧装置和若干个千斤顶，所述半圆支撑块上表面呈内凹的半圆弧型、落放并贴合工件上半或工件下半的外圆，半圆支撑块顶端两侧设置有平台、对应工件上半或工件下半的中分面外侧法兰，千斤顶均匀设置在中分面外侧法兰和平台之间，压紧装置包括横压板和压板，横压板顶住工件上半或工件下半的内圆、横向水平设置，压板垂直于横压板设置，一端压紧横压板上表面、另一端与机床工作台固定连接。

5.根据权利要求1所述的浮动套筒加工方法，其特征在于，所述步骤（1）和（2）之间，使用磁粉探伤工件上半和工件下半焊接部位。

6.根据权利要求1所述的浮动套筒加工方法，其特征在于，所述步骤（7）中，精铣包括：精铣工件上半的中分面开槽、精铣工件下半的开槽与泄油孔。

7.根据权利要求1所述的浮动套筒加工方法，其特征在于，所述步骤（9）中检查工件内圆的质量使用内窥镜检查。

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