CN102097897A - 重型核电发电机转子轴的机械制造方法 - Google Patents

重型核电发电机转子轴的机械制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重型核电发电机转子轴的机械制造方法，采用最大加工直径为3.5米，最大长度为20m的重型数控卧车，加工长度为13983mm，直径为1882mm，重量为100～350吨的重型核电发电机的转子轴；使深度为2.5±0.1m的转子轴中心孔的表面粗糙度达到Ra1.6，中心孔在全长范围内的圆度＜0.10mm，并且转子轴的基准轴颈外圆与中心孔的同轴度在全长长度内满足＜0.50mm的精度要求。本发明能够解决重型装备制造业当前重型深孔钻镗床不能满足重型核电转子深孔加工的设备问题；实现核电发电机转子轴在重车及深孔加工方面的机械制造，保证核电发电机转子轴在重车全部外圆及深孔镗孔方面的制造精度要求。

Description

重型核电发电机转子轴的机械制造方法
技术领域
本发明涉及一种核电发电机转子轴的制造方法，具体涉及一种重型核电发电机转子轴的机械制造方法。
背景技术
随着国际核电技术及核电装机容量的不断提升，重型核电发电机转子的制造也将在重型装备制造业成为一种必然。1000MW级重型核电发电机的转子轴如图1所示，长度近14m，直径近2m，重量近200吨。该转子轴的加工精度要求如下：
1、转子轴两端的基准轴颈外圆的圆度＜0.05mm，圆柱度＜0.05mm，基准轴颈外圆的表面粗糙度达到Ra0.8；
2、转子轴一端的中心孔内径为225±0.5mm，中心孔的深度为2500mm；中心孔的内底部结构是圆弧底面，中心孔内圆弧底面的表面粗糙度为Ra3.2；
3、转子轴的基准轴颈外圆与中心孔的同轴度在全长长度内＜0.50mm；
4、中心孔内孔的锥度在任意300mm长度内的锥度值＜0.15mm，在全长范围内的锥度值＜0.20mm；
5、中心孔在全长范围内的圆度＜0.10mm，中心孔的表面粗糙度达到Ra1.6。
从以上各项数据可以看出，该重型核电发电机转子轴的重量极重，而其中心孔的制造精度要求极高，并且转子轴的基准轴颈外圆的圆度、同轴度、表面粗糙度以及对中心孔的同轴度要求相当高。
而现有的TDG21150重型深孔钻镗床，其承载工件名义重量只有80吨。由于转子轴工件的重量超过机床的承重，用该重型深孔钻镗床对转子轴工件进行加工时，只能通过托板及托轮将转子轴工件支承在地基上，而不能将工件直接夹持在机床的卡盘上，因此在加工过程中工件无法旋转，只能靠钻杆在旋转运动的同时作轴向直线进给运动，以实现切削和进给，而工件是不动的。这样加工出来的中心孔的直线度和精度都是很差的，因此只能对转子轴作粗加工，不能进行中心孔的精加工，更不能保证中心孔与两端基准轴颈外圆的同轴度＜0.50mm/2500mm的精度要求。
由于重型核电发电机转子轴，无论是重量，还是精度，对机械加工设备的要求都远远超出目前重型机械装备的制造范围和能力，现有的重型机加工装备无法进行该转子轴的机械制造。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种重型核电发电机转子轴的机械制造方法，它可以实现重量100～350吨的核电发电机转子轴的机械加工，解决了转子轴的外圆及中心孔的机械制造难题。
为解决上述技术问题，本发明重型核电发电机转子轴的机械制造方法的技术解决方案为：
采用最大加工直径为3.5米，最大长度为20m的重型数控卧车，加工长度为13983mm，直径为1882mm，重量为100～350吨的重型核电发电机的转子轴；通过以下步骤加工转子轴，使深度为2.5±0.1m的转子轴中心孔的表面粗糙度达到Ra1.6，中心孔在全长范围内的圆度＜0.10mm，并且转子轴的基准轴颈外圆与中心孔的同轴度在全长长度内满足＜0.50mm的精度要求：
第一步，转子轴工件上重型数控卧车，粗车转子轴工件的外圆；
第二步，工件上重型深孔钻镗床，通过垫板和托轮将工件支撑于机床上，工件不动，采用深孔套料钻，套取芯棒；
粗车中心孔；单面切深量t≤3mm，同时留余量；
按中心堵尺寸配镗中心孔孔口尺寸，安装中心堵；
第三步，工件上重型数控卧车，顶夹，工件的一端装夹于车头箱，尾部机床顶尖顶持在工件另一端的中心堵上，在工件的轴颈处搭托轮进行辅助支承；
以中心孔为基准，半精车已套料的转子轴工件的全部外圆、各肩面及总长两端面；
半精车转子轴工件的具体方法是：先通过超声波测厚仪检测中心孔的直线度，确定各圆截面的最大壁厚差值，从而测出外圆各点的余量；再将各点余量去除；
第四步，在重型数控卧车的车刀架上增设镗杆支座，镗杆支座上设置夹紧轴承座；通过夹紧轴承座和车刀架共同将硬质合金防振镗杆夹紧，防振镗杆顶端设置车刀片，防振镗杆的长度不小于中心孔的深度；
通过防振镗杆对中心孔进行精加工；
对中心孔进行精加工的方法是：
工序一、粗车，单面切深量≤3mm；
工序二、半精车，单面切深量t≤1mm；
工序三、精车，单面切深量t＝0.30～0.40mm；
工序四、珩磨、抛光，单面切深量t＝0.01～0.05mm。
第五步，在转子轴工件中心孔的端头内孔配置闷头，转换加工基准，以中心孔作为加工基准，配中心堵，装好中心堵后，顶夹，精车转子轴工件的全部外圆、各肩面及总长两端面，使各处符合精度要求，同时使中心孔与轴颈外圆之间的同轴度符合精度要求。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明能够解决重型装备制造业当前重型深孔钻镗床不能满足重型核电转子深孔加工的设备问题；实现核电发电机转子轴在重车及深孔加工方面的机械制造，保证核电发电机转子轴在重车全部外圆及深孔镗孔方面的制造精度要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是重型核电发电机的转子轴的结构示意图；
图2是装夹有转子轴工件的重型数控卧车的示意图；
图3是图2的俯视图。
图中附图标记说明：
1为车头箱，       2为托轮，
3为床身，         4为中心架，
5为车刀架，       6为尾架，
10为工件，        50为防振镗杆，
51为镗杆支座。
具体实施方式
本发明重型核电发电机转子轴的机械制造方法，采用如图2、图3所示的重型数控卧车，加工长度为13983mm，直径为1882mm，重量为100～350吨的重型核电发电机的转子轴，使深度为2.5±0.1m的转子轴中心孔的表面粗糙度达到Ra1.6，中心孔在全长范围内的圆度＜0.10mm，并且转子轴的基准轴颈外圆与中心孔的同轴度在全长长度内满足＜0.50mm的精度要求；
重型数控卧车包括车头箱1、托轮2、床身3、中心架4、车刀架5、尾架6，该重型数控卧车的最大加工长度为20m，最大加工直径为3.5m。
加工方法分为以下步骤：
1、转子轴工件10上重型数控卧车，粗车转子轴工件10的外圆；
2、工件10上80吨重型深孔钻镗床，通过垫板和托轮将工件10支撑于机床上，工件10不动，采用φ130/φ60的深孔套料钻，套取φ60的芯棒；
粗车中心孔；单面切深量t≤3mm，同时留余量；
按中心堵(闷头)尺寸配镗中心孔孔口尺寸，安装中心堵(闷头)。
3、工件10上重型数控卧车，顶夹，工件10的一端装夹于车头箱1，尾部机床顶尖顶持在工件10另一端的中心堵(闷头)上，同时，在工件10的轴颈处搭托轮2进行辅助支承；
以中心孔为基准，半精车已套料的转子轴工件10的全部外圆、各肩面及总长两端面；
通过超声波测厚仪检测中心孔的直线度，确定各圆截面的最大壁厚差值，得出外圆各点的余量；中心孔配闷头，作为加工基准，精车转子轴工件10的外圆。
超声波测厚仪检测中心孔的直线度的方法如下：
A、在中心孔全长上选取以下检测圆截面，距中心孔孔口端面长度分别为500mm、1000mm、1500mm、2000mm、2500mm、3000mm的圆截面为检测部位；
B、检测每个检测圆截面的最大壁厚差值：
在各圆截面上，首先在90度范围内，间隔均匀选取18个测量点，测量壁厚差，将壁厚差值最大的区间段找出；再将该区间段按(-5度+5度)范围，间隔均匀选取10个测量点，找出最大壁厚差区间位置；
C、再将该区间段按(-1度+1度)范围，间隔均匀选取10点，测量最大壁厚差值的位置点，该点即认定为最大壁厚差值位置点；然后以该点划出通过轴中心线的十字中心对称线，得出其它垂直对称点4点，该4点即为中心孔轴线最大偏移方位，超声波测厚仪测定该4点的最大壁厚差值，从而得出工件10中心孔的直线度。
由于重型深孔钻镗床只能对中心孔进行粗加工，无法保证中心孔与两端基准轴颈外圆的同轴度，本发明通过改变加工基准，将粗加工后的中心孔作为加工基准，使精加工后的工件外圆与中心孔的同轴度符合精度要求。
4、如图2所示，在重型数控卧车的车刀架5上增设镗杆支座51，镗杆支座51上设置夹紧轴承座；通过夹紧轴承座和车刀架5共同将硬质合金防振镗杆50夹紧，防振镗杆50顶端设置车刀片，对中心孔进行精车精加工；防振镗杆的长度不小于2500m。
中心孔内孔的精加工按以下步骤进行：
(1)、粗车，单面切深量≤3mm；
(2)、半精车，单面切深量t≤1mm；
(3)、精车，单面切深量t＝0.30～0.40mm；
(4)、珩磨、抛光，单面切深量t＝0.01～0.05mm。
采用以上方法对转子轴的中心孔进行精加工，能够保证中心孔符合精度要求。
5、在转子轴工件10中心孔的端头内孔配置闷头，转换加工基准，以中心孔作为加工基准，配中心堵(闷头)，装好中心堵(闷头)后，顶夹，精车转子轴工件10的全部外圆、各肩面及总长两端面，使各处符合精度要求，同时使中心孔与轴颈外圆之间的同轴度符合＜0.50mm/2500mm的精度要求。
本发明通过改变加工基准，以中心孔作为加工基准，使精加工后的轴颈外圆与中心孔的同轴度符合精度要求。
本发明填补了重型装备制造业的重型车削及深孔制造方面的空白。

Claims (5)

1.一种重型核电发电机转子轴的机械制造方法，采用最大加工直径为3.5米，最大长度为20m的重型数控卧车，加工长度为13983mm，直径为1882mm，重量为100～350吨的重型核电发电机的转子轴；其特征在于，通过以下步骤加工转子轴，使深度为2.5±0.1m的转子轴中心孔的表面粗糙度达到Ra1.6，中心孔在全长范围内的圆度＜0.10mm，并且转子轴的基准轴颈外圆与中心孔的同轴度在全长长度内满足＜0.50mm的精度要求：
第一步，转子轴工件上重型数控卧车，粗车转子轴工件的外圆；
第二步，工件上重型深孔钻镗床，通过垫板和托轮将工件支撑于机床上，工件不动，采用深孔套料钻，套取芯棒；
粗车中心孔，同时留余量；
按中心堵尺寸配镗中心孔孔口尺寸，安装中心堵；
第三步，工件上重型数控卧车，顶夹，工件的一端装夹于车头箱，尾部机床顶尖顶持在工件另一端的中心堵上，在工件的轴颈处搭托轮进行辅助支承；
以中心孔为基准，半精车已套料的转子轴工件的全部外圆、各肩面及总长两端面；
第四步，在重型数控卧车的车刀架上增设镗杆支座，镗杆支座上设置夹紧轴承座；通过夹紧轴承座和车刀架共同将硬质合金防振镗杆夹紧，防振镗杆顶端设置车刀片，防振镗杆的长度不小于中心孔的深度；
通过防振镗杆对中心孔进行精加工；
第五步，在转子轴工件中心孔的端头内孔配置闷头，转换加工基准，以中心孔作为加工基准，配中心堵，装好中心堵后，顶夹，精车转子轴工件的全部外圆、各肩面及总长两端面，使各处符合精度要求，同时使中心孔与轴颈外圆之间的同轴度符合精度要求。
2.根据权利要求1所述的重型核电发电机转子轴的机械制造方法，其特征在于，所述第三步半精车转子轴工件的外圆的方法是：测出外圆各点的余量，将各点余量去除。
3.根据权利要求2所述的重型核电发电机转子轴的机械制造方法，其特征在于，所述外圆各点余量的测量方法是：通过超声波测厚仪检测中心孔的直线度，确定各圆截面的最大壁厚差值。
4.根据权利要求1所述的重型核电发电机转子轴的机械制造方法，其特征在于，所述第四步对中心孔进行精加工的方法是：
工序一、粗车，单面切深量≤3mm；
工序二、半精车，单面切深量t≤1mm；
工序三、精车，单面切深量t＝0.30～0.40mm；
工序四、珩磨、抛光，单面切深量t＝0.01～0.05mm。
5.根据权利要求1所述的重型核电发电机转子轴的机械制造方法，其特征在于，所述第二步粗车中心孔的单面切深量t≤3mm。
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