大直径汽封弧段内孔斜齿制造技术

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C in 拦旦圭持.i燕垩害大直径汽封弧段内孔斜齿制造技术东方汽轮机有限公司 (四川德阳 618000) 刘家顺 彭熙熙随着汽轮机组汽封装置不断更新 ，现有-种特殊的汽封部件，该零件结构特殊，在常规零件基础上增加了靠近端面处内孔本体圆周上的斜齿结构要素 ，其结构如图l所示，该斜齿制造难度大，如何制定合适的工艺方案♀决该类零件斜齿的制造难题。

B向川沿直径方向展开展开巴 ZZ2图1 斜尚结构简图1.结构特征该汽封属于整圈结构，由多个弧段结构组成 ，零件外径≥ 700mm，在常规汽封零件基础上 ，增加了靠近端面处 内孔本体整个圆周上的斜齿结构。该斜齿与轴线成45。倾斜角度，沿内孔圆周齿距间隔≥2。，齿数超过1O0个 ，斜齿齿尖宽度<1.5ram，齿高≥4mm，且轴向方向上斜齿结构与邻近零件部分间距很校2.难点分析通过分析，该零件斜齿的加工主要有如下难点：(1)圆周方向斜齿数量较多，保证各斜齿的角度有-定难度。

(2)斜齿齿形特殊，加工难度较大，制定何种加工方案以高效完成齿形。

(3)斜齿齿尖比较薄 ，需制定合适的加工方42 参露 案和切削参数，保证尺寸要求。

(4)通过上述分析可以得出：该斜齿的最大加工难点为如何实现对斜齿部分高效、高质的加工 。

3.制造方案根据对该零部件斜齿的结构难点分析，针对斜齿的加工，制定了多种工艺方案，并且对各种方案的优缺点进行了详细分析，如附表所示。

4.方案实施根据附表对比分析，并结合目前公司的实际情况，通过开展铣削加工中三种方案的对比切削试验：最终确定了成形铣刀铣削方案，及上述表格中方案l，同时对方案l进行 了创新优化。

常规大直径零件进行径向分度加T，均需选用大干该零件直径的旋转r作台，通过工作台旋转中心，进行分度加工。但针对该弧段内孔斜齿结构加I：，存在如下问题：(1)零件直径较大，单弧段加工，要求旋转工作台较大，即机床规格较大；但实际零件弧段较短 ，从机床选择来说，零件和机床不匹配。

(2)根据该零件斜齿结构，需从内孔加 IT.，这样刀具或主轴需悬伸较长进行加工，刀具及机床刚性变差，导致加工发颤，影响斜齿加工质量。

为解决以上问题，经过数学分析及利用数控机床特点，探索 r-种新方案：使用工作台尺寸相对较小的卧式加工中心实现对斜齿的加工。

该方案为：利用较小工作台旋转后各加工点的数学计算位置建立浮动坐标系，数控程序编制基本循环为分度、铣削、分度、铣削，因此，用于分度定位的工件坐标系与用于单个齿槽铣削的浮动Ilj ； 斜齿齿形加工工艺方案优缺点对比分析加工方法 具体方案优点 缺点普通 立 铣 刀粗 铣 ，齿铣削加工 方案 1：单个弧段上卧 侧 、齿根圆留量 ， 3mm 铣削时刀具刚性相对较 加工效率低式机床，刀轴沿内孔法向 刀具精铣 好，铣削效果较好注 ：斜齿沿周 铣削加工 铣削效率相对较高， 质向2.5。均分 ， 成形刀铣削 量较好 专用刀具费用相对较高因此常规3轴铣削加工设备需具 方案2：整圈上镗床， 普通 立 铣 刀粗 铣 ，齿 整圈铣削， 零件装夹造 加工效率低；有 圆 周 分 度 功 上角铣头，刀轴沿内孔斜 侧、齿根 圆留量， 3mm 成辅助时间减小 刀具悬伸较长， 刚性很差能，工作台尺寸 齿偏角，用侧刃铣削加工 刀具精铣也需达到零件径 普通立铣刀和 3mm球 采用五轴机床，切削参向尺寸要求 方案3：五轴铣削 数优化后加工效率较高， 五轴机床制造成本较高 头刀分粗精铣削加工加工精度很高电极制作成本较高 ，效率较 数控 电火花成形机床加采用成形电极多齿加工 设备使用成本相对较低 低； 工无类似电火花成形加工经验电火花加工采用带分度和摆头功能 加工操作简单， 经济高 目前公司内设备功能无法满足 数控线切割机床加工 的线切割机床， 沿斜齿方 效 要求向切割齿间槽坐标系需在程序中交叉使用，其坐标系换算示意如图2所示。图2a是初始装夹状态：工作台回转至0。，工件装夹后图示OA0 三点连线与Z车由平行。

图2b表示，工作台回转后：工作台回转角度 ，工件相应加工位置P点 、z值发生变化。

H工位置V //· i：，J-f 、列齿顶 -心点) 0AX(a) (b)图2 卧式加工中心铣削坐标系换算示意其计算公式如下：AX(R斗 )sinAZ- D)(1-COS )根据该创新方案 ，此零件在卧式加 工中心(MDH80)上的数控加工程序编制方法也迎刃而解。通过加工试验验证，该工艺方案加工的斜齿满足要求；同时根据不同工件的规格尺寸，用宏程序变量实现程序的柔性使用，能完美地解决此类大直径零件的加工问题，该程序框架示意如图3所示。

图3 卧式加工中心铣削程序框架示意为提高加工效率，设计了如图4所示的成形铣刀，即单个斜齿槽的两侧面通过成形铣刀侧刃直接铣削成形。

图4 斜齿成形铣刀5.试验结果通过方案优化以及实际加工试验验证，制定的工艺方案加工过程中刀具无发颤现象，齿形各面加工后表面粗糙度值达到尺 3.2 m，满足图样要求；同时单个齿槽加工时间为2rain，整圈工件加工只需6h左右，加工效率比较高。

参蔼 冷加工 - 43此燕尾盘铣刀加工管磨机滑履支撑平底板唐山冀东装备工程股份有限公司 (河北 063000) 张宝林管磨机滑履支撑平底板存在燕尾滑键结构，按传统工艺加工工时占用多、加工精度低；经工艺改进，设计完成燕尾盘铣刀，可实现燕尾滑键的-次成形加工，降低了制作成本，提高了工作效率。

1.传统加工工艺及存在问题管磨机滑履支撑平底板结构如图l所示。

图1 管磨机滑履支撑平底板结构6.结语通过以上对该零件斜齿的分析及试验结果，综合考虑零件的加工质量及生产效率，最终确定了成形刀具铣削加工方案 (即附表中方案1)。该加工方案虽增加了-部分成形刀具成本，但其制造精度及生产效率大幅度提高；同时通过方案创新为优化分配设备资源提供了-种新的方案，通过正式产品加工验证，该工艺方案满足此类新型结构产品的加工精度要求及产品产出进度要求。

此种采用小直径工作台分度加工大直径零件内孔斜齿的工艺方案，可以充分利用数控机床的特点，降低机床占用成本，同时对类似零件的加工有很好的借鉴意义。MW (收稿日期：20130403)44 - 争磊 (1)传统加工工艺 ①划所有平面的加工线及中心线。②刨床加工尺寸 .下表面。③工件翻个 ，加工尺寸L，上表面及尺寸L 上表面。④刀架偏角30。，加工燕尾滑键单侧斜面。⑤丁J架偏角- 30。，加工另-侧燕尾滑键斜面。⑥成形 刨燕尾R2.5mm圆角。⑦镗床加工燕尾滑键尺寸L 左右两侧端面及L!上表面键槽。

(2)传统加工：[艺存在的问题 工时 占用多：刨床加工尺寸L!上下表面 ，由于存在断续吃刀，吃刀量和进给速度很小，占用较多工时 ；刨床精加工燕尾滑键斜面 ，为保证形状尺 r及表面精度，要求吃刀量很小且随时用样板检查，占用大量工时；刨床工序完成转镗床加工，转件及镗床找正时间占用部分工时。

加 [精度低：刨床加工表面精度低，表面粗糙度值通常只能达到R l2.5 m，燕尾滑键斜面要求为尺 6.3 m，故加工完成后都必须对燕尾滑键斜面进行人 修瞻，表面精度无法保证，同时又增加r人工费用。

2.改进后的加工工艺(1)-次成形燕尾盘铣刀的设计及使用 -次成形燕尾盘铣刀结构如图2所示，盘铣刀锥角与平底板燕尾滑键斜面倾角相同；刀片交错排布，