CN107097044A - 大型核主泵屏蔽电机平衡环加工工艺及其工装装置 - Google Patents

大型核主泵屏蔽电机平衡环加工工艺及其工装装置 Download PDF

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Abstract

一种大型核主泵屏蔽电机平衡环加工工艺及其工装装置，使用五轴加工中心，结合专用工装，对平衡环的上、下两面分别进行加工，使用球头铣刀完成V形槽精加工，使用大直径大圆角圆鼻铣刀完成圆柱面加工，实现了平衡环的加工需求，提高了加工表面的质量；使用专用的工装装置，实现了对平衡环“凸凹”面的支撑，将工件“抬离”了工作台，减少了工装部件的数量，降低了加工过程中刀具与工装工具和工作台干涉的可能，提高了工作效率，保证了产品质量。

Description

大型核主泵屏蔽电机平衡环加工工艺及其工装装置
技术领域：本发明涉及一种大型核主泵屏蔽电机平衡环加工工艺及其工装装置。
背景技术：随着核电技术的发展，对于核主泵屏蔽电机启动性能的要求越来越高，从而对于电机推力轴承的性能要求也就越来越高。平衡环是将推力轴承的多个轴瓦连接起来形成的环状部件，以前从未有屏蔽电机采用过此种结构，其对加工的尺寸精度、形位公差和粗糙度的要求都很高，且加工过程中易变形。对于这种新出现的轴承部件，需要设计一种加工工艺和工装装置，实现其加工需求；其各个轴瓦之间采用“V形槽”结构相联接，联接处的厚度较薄，在平衡环工作过程中需起到类似弹簧的作用，因此要求其表面加工质量良好，不允许局部应力集中点，即接刀台的存在，这就导致传统的对于此类“V形槽”结构的加工方案——立铣刀+球头铣刀不可用；平衡环轴瓦上的圆柱面，起到自调整支撑的作用，对于表面质量要求很高，通常采用全球头铣刀加工，但限于全球头铣刀的直径不易太大，导致想要获得较高的切削速度就需要大大地提高主轴转速，导致加工过程机床负担过重，加工情况也不很稳定。
发明内容：本发明的目的是提供一种大型核主泵屏蔽电机平衡环加工工艺，本发明的技术方案是：一种大型核主泵屏蔽电机平衡环加工工艺及其工装装置，使用五轴加工中心，结合专用工装，对平衡环的上、下两面分别进行加工，其步骤包括：
1)将平衡环铣加工毛坯14放置在下支撑板13上，使用螺钉15将其固定，以外圆及上表面找正，建立程序零点；
2)使用刀片式盘铣刀对上第一上表面1、第二上表面2和第四上表面4区域进行粗加工；
3)使用刀片式立铣刀对上第三上表面3区域进行粗加工；
4)使用刀片式球头铣刀对第三上表面3区域残余部分进行粗加工；
5)使用刀片式球头铣刀对第三上表面3区域进行半精加工，加工过程中保证刀具与两侧面之间的夹角相等，并与底部圆角轴线成45度夹角，采用逐层切削的方式，由上向下逐层完成一定深度的切削；
6)使用刀片式面铣刀对第一上表面1、第二上表面2和第四表面4区域进行半精和精加工；
7)仍旧采用步骤5)的方法，加密刀路，缩小每层之间的步距，使用刀片式球头铣刀对第三上表面3区域进行精加工；
8)在平衡环外圆工艺预留部分加工一个上下贯通的方形槽，用作翻身确定平衡环角度位置的基准，拆下固定用螺钉15，准备将平衡环翻身；
9)将完成第一面加工的平衡环16翻身后放置在上支撑板11上，再使用螺钉15将平衡环16固定；
10)使用刀片式盘铣刀对第一下表面7、第二下表面8和第四下表面10区域进行粗加工；
11)使用刀片式立铣刀对第三下表面9区域进行粗加工；
12)使用刀片式球头铣刀对第三下表面9区域残余部分进行粗加工；
13)仍旧采用5)的方法，使用刀片式球头铣刀对第三下表面9区域进行半精加工；
14)使用刀片式面铣刀对第二下表面8和第四下表面10区域进行半精和精加工；
15)仍旧采用5)的方法，加密刀路，缩小每层之间的步距，使用刀片式球头铣刀对第三下表面9区域进行精加工；
16)使用大直径大圆角圆鼻铣刀对第一下表面7位置的圆柱面进行半精加工和精加工；
17)完成内空刀槽5和外空刀槽6区域的加工；
18)间隔拆下固定螺钉15，加工拆下螺钉15区域的内外圆的工艺预留部分；
19)用压板17、螺栓18和螺帽19在拆下螺钉15的区域将平衡环16固定在支架上，拆下剩余螺钉15，加工剩余的内外圆的工艺预留部分。
本发明在第7)步和第9)步对平衡环V形槽(3)和(9)区域进行精加工时，针对平衡环该部分不能有明显的接刀痕迹的设计需求，没有采用传统的使用立铣刀精加工直面，使用球头铣刀精加工弧面的方法，而是采用球头铣刀精加工全部直面和弧面区域的方法，避免了使用立铣刀与球头铣刀容易产生接刀台的问题，保证了该区域表面加工情况的一致性，同时，利用五轴加工中心的特点，使球头铣刀与加工表面形成夹角，尽可能使用球头大直径区域，避免了由于球头铣刀球心处切削速度为零给加工表面造成的不良影响。
同时，本发明在第16)步对于平衡环下表面上的圆柱面进行加工时，没有使用传统的全球头铣刀加工圆柱面的方法，而是采用大直径大圆角圆鼻铣刀，保证刀轴垂直于圆柱轴线，与圆柱面成一定的夹角，沿圆柱面轴线逐层对圆柱面轮廓进行加工的方法，从而在不需要机床提供较大主轴转速的前提下，提高了切削的线速度，提高了加工过程中刀具的刚性，避免了采用全球头铣刀刀具直径难以做得较大，刀具整体刚性不理想，机床负担过重的问题，从而保证了加工过程的稳定性，提高了表面质量。
本发明的另一个目的是为平衡环在五轴加工中心上的加工提供一种精度良好的大型核主泵屏蔽电机平衡环其工装装置。本发明采用如下技术方案：一种大型核主泵屏蔽电机平衡环铣加工工装装置，多个立板12两端分别插装在上部支撑板11与下部支撑板13上构成支架体；立板12为六个，每个立板12采用立式布置，立板12沿上部支撑板11、下部支撑板13外沿均匀分布；立板12与上部支撑板11和下部支撑板13通过焊接方式连接在一起，连接稳固，保证了整个工装装置的强度需求；上部支撑板11与平衡环16有相同的凸凹结构，且上部支撑板11与平衡环16加工完第一面后形成的凹凸面吻合，从而提供良好的支撑。
本装置上下两个表面分别用于加工平衡环的上下两个面，在使用时，通过键和螺栓将本装置一面固定在机床工作台上，用螺栓将平衡环固定在本装置另一面上，平衡环上留有装卡用的工艺螺纹孔，只需要螺栓就可以将平衡环固定在本装置上，减少了连接所需的部件数量；在加工平衡环工艺预留部分时，使用螺栓和压板，通过“间隔跨接”的方式将平衡环固定在本装置上，完成平衡环工艺预留部分的加工。
本发明的有益效果是：
1)通过平衡环专用工装装置的使用，结合本发明的工艺过程，实现了平衡环这种新的轴承部件的加工。
2)采用球头铣刀半精加工和精加工V形槽全部直面和弧面区域的方法，避免了使用立铣刀与球头铣刀容易产生接刀台的问题，保证了该区域表面加工情况的一致性。
3)使用球头铣刀加工V形槽时，采用“拖刀”的加工方式，保证刀具与待加工表面形成一定的夹角，避免了由于刀具中心处切削速度为零而对加工表面带来的不利影响，保证了产品质量。
4)采用大直径大圆角圆鼻铣刀，提高了加工过程中刀具的刚性，提高了切削的线速度，避免了采用全球头铣刀刀具直径难以做得较大，刀具整体刚性不理想的问题，从而保证了加工过程的稳定性，提高了表面质量。
5)为平衡环铣加工过程提供了一套稳固的工装装置，通过螺栓连接方式，将工装装置固定在机床工作台上，利用工艺孔将工件固定在工装装置上，与直接采用压板将平衡环固定在工作台上的方式相比，待加工表面附近没有突起的压板和螺栓，且通过多个压紧点，对平衡环实现了更好地压紧和定位。
6)通过与平衡环第一面加工完成后相对应的“凹凸”台结构，为平衡环另一面的加工提供了良好的支撑和定位，对加工完成的V形槽之间的薄壁联接部分起到了良好的保护作用，避免了其在加工过程中因受力而变形。
7)通过工装装置本身自有的高度，使平衡环待加工表面远离了工作台，减少了加工过程中刀具与工装工具和工作台干涉的可能，从而为数控加工程序的编制提供了便利，提高了工作效率，保证了产品质量。
附图说明
图1是本发明平衡环加工完成后的上部轴侧图。
图2是本发明平衡环加工完成后的下部轴侧图。
图3是本发明支架的整体轴侧图。
图4是加工平衡环上表面时工艺装置的使用图。
图5是加工平衡环下表面时工艺装置的使用图。
图6是加工平衡环内外圆的部分工艺预留部分时工艺装置的使用图。
图7是加工平衡环内外圆剩余的工艺预留部分时工艺装置的使用图。
具体实施方式
如图1所示，一种大型核主泵屏蔽电机平衡环加工工艺及其工装装置，使用五轴加工中心，结合专用工装，对平衡环的上、下两面分别进行加工，其步骤包括：
1)如图4所示，将平衡环铣加工毛坯14放置在下支撑板13上，使用螺钉15将其固定，以外圆及上表面找正，建立程序零点；
2)使用刀片式盘铣刀对上第一上表面1、第二上表面2和第四上表面4区域进行粗加工；
3)使用刀片式立铣刀对上第三上表面3区域进行粗加工；
4)使用刀片式球头铣刀对第三上表面3区域残余部分进行粗加工；
5)使用刀片式球头铣刀对第三上表面3区域进行半精加工，加工过程中保证刀具与两侧面之间的夹角相等，并与底部圆角轴线成45度夹角，采用逐层切削的方式，由上向下逐层完成一定深度的切削；
6)使用刀片式面铣刀对第一上表面1、第二上表面2和第四表面4区域进行半精和精加工；
7)仍旧采用步骤5)的方法，加密刀路，缩小每层之间的步距，使用刀片式球头铣刀对第三上表面3区域进行精加工；
8)在平衡环外圆工艺预留部分加工一个上下贯通的方形槽，用作翻身确定平衡环角度位置的基准，拆下固定用螺钉15，准备将平衡环翻身；
9)将完成第一面加工的平衡环16翻身后放置在上支撑板11上，再使用螺钉15将平衡环16固定；
10)使用刀片式盘铣刀对第一下表面7、第二下表面8和第四下表面10区域进行粗加工；
11)使用刀片式立铣刀对第三下表面9区域进行粗加工；
12)使用刀片式球头铣刀对第三下表面9区域残余部分进行粗加工；
13)仍旧采用5)的方法，使用刀片式球头铣刀对第三下表面9区域进行半精加工；
14)如图2所示，使用刀片式面铣刀对第二下表面8和第四下表面10区域进行半精和精加工；
15)仍旧采用5)的方法，加密刀路，缩小每层之间的步距，使用刀片式球头铣刀对第三下表面9区域进行精加工；
16)使用大直径大圆角圆鼻铣刀对第一下表面7位置的圆柱面进行半精加工和精加工；
17)完成内空刀槽5和外空刀槽6区域的加工；
18)如图6所示，间隔拆下固定螺钉15，加工拆下螺钉15区域的内外圆的工艺预留部分；
19)如图7所示，用压板17、螺栓18和螺帽19在拆下螺钉15的区域将平衡环16固定在支架上，拆下剩余螺钉15，加工剩余的内外圆的工艺预留部分。
如图3所示，一种大型核主泵屏蔽电机平衡环铣加工工装装置，多个立板12两端分别插装在上部支撑板11与下部支撑板13上构成支架体；立板12为六个，每个立板12采用立式布置，立板12沿上部支撑板11、下部支撑板13外沿均匀分布；立板12与上部支撑板11和下部支撑板13通过焊接方式连接在一起，连接稳固，保证了整个工装装置的强度需求；如图5所示上部支撑板11与平衡环16有相同的凸凹结构，且上部支撑板11与平衡环16加工完第一面后形成的凹凸面吻合，从而提供良好的支撑。

Claims (2)

1.一种大型核主泵屏蔽电机平衡环铣加工工艺，其特征是：使用五轴加工中心，结合专用工装，对平衡环的上、下两面分别进行加工，其步骤包括：
1)将平衡环铣加工毛坯(14)放置在下支撑板(13)上，使用螺钉(15)将其固定，以外圆及上表面找正，建立程序零点；
2)使用刀片式盘铣刀对上第一上表面(1)、第二上表面(2)和第四上表面(4)区域进行粗加工；
3)使用刀片式立铣刀对上第三上表面(3)区域进行粗加工；
4)使用刀片式球头铣刀对第三上表面(3)区域残余部分进行粗加工；
5)使用刀片式球头铣刀对第三上表面(3)区域进行半精加工，加工过程中保证刀具与两侧面之间的夹角相等，并与底部圆角轴线成45度夹角，采用逐层切削的方式，由上向下逐层完成一定深度的切削；
6)使用刀片式面铣刀对第一上表面(1)、第二上表面(2)和第四表面(4)区域进行半精和精加工；
7)仍旧采用步骤5)的方法，加密刀路，缩小每层之间的步距，使用刀片式球头铣刀对第三上表面(3)区域进行精加工；
8)在平衡环外圆工艺预留部分加工一个上下贯通的方形槽，用作翻身确定平衡环角度位置的基准，拆下固定用螺钉(15)，准备将平衡环翻身；
9)将完成第一面加工的平衡环(16)翻身后放置在上支撑板(11)上，再使用螺钉(15)将平衡环(16)固定；
10)使用刀片式盘铣刀对第一下表面(7)、第二下表面(8)和第四下表面(10)区域进行粗加工；
11)使用刀片式立铣刀对第三下表面(9)区域进行粗加工；
12)使用刀片式球头铣刀对第三下表面(9)区域残余部分进行粗加工；
13)仍旧采用5)的方法，使用刀片式球头铣刀对第三下表面(9)区域进行半精加工；
14)使用刀片式面铣刀对第二下表面(8)和第四下表面(10)区域进行半精和精加工；
15)仍旧采用5)的方法，加密刀路，缩小每层之间的步距，使用刀片式球头铣刀对第三下表面(9)区域进行精加工；
16)使用大直径大圆角圆鼻铣刀对第一下表面(7)位置的圆柱面进行半精加工和精加工；
17)完成内空刀槽(5)和外空刀槽(6)区域的加工；
18)间隔拆下固定螺钉(15)，加工拆下螺钉(15)区域的内外圆的工艺预留部分；
19)用压板(17)、螺栓(18)和螺帽(19)在拆下螺钉(15)的区域将平衡环(16)固定在支架上，拆下剩余螺钉(15)，加工剩余的内外圆的工艺预留部分。
2.如权利要求所述的一种大型核主泵屏蔽电机平衡环铣加工工装装置，其特征是：多个立板(12)两端分别插装在上部支撑板(11)与下部支撑板(13)上构成支架体；立板(12)为六个，每个立板(12)采用立式布置，立板(12)沿上部支撑板(11)、下部支撑板(13)外沿均匀分布；立板(12)与上部支撑板(11)和下部支撑板(13)通过焊接方式连接在一起，连接稳固，保证了整个工装装置的强度需求；上部支撑板(11)与平衡环(16)有相同的凸凹结构，且上部支撑板(11)与平衡环(16)加工完第一面后形成的凹凸面吻合，从而提供良好的支撑。
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