CN105499629B - 一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法及加工刀具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法及加工刀具，包括以下步骤：步骤10：工作台的设置：设置凹坑，将工作台固定在凹坑底部，工作台上固定设置有压板，将转子工件竖立放置在工作台上且用压板压紧，工作台中心开设有通孔，工作台下方与通孔对齐安装有钢管形成圆坑，实现转子的一端伸入其中；步骤20：加工平衡孔：在凹坑的一侧安装有摇臂钻，将平衡孔钻模安装在首个待加工转子的待加工平衡孔处，使用摇臂钻控制钻头按照平衡孔钻模的导向，开始加工转子的平衡孔，直到完成钻头行程所能及的所有待加工转子的平衡孔的加工。本发明的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，采用立式加工的方法，将工件竖立加工，选用摇臂钻进行加工，加工成本较低。

Description

一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法及加工刀具

技术领域

本发明涉及汽轮机转子叶轮加工技术领域，尤其涉及一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，还提供一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法中使用的加工刀具。

背景技术

汽轮机转子是汽轮机的核心部件，要求具有很高的加工精度。在汽轮机转子加工技术中，为平衡叶轮端面的推力，叶轮上通常开有蒸汽平衡孔，蒸汽平衡孔的常规加工方法是在镗床上加工；选用的机床为落地式镗床，通过支架支撑，将转子横卧在机床工作台上，对于比较长的转子，落地镗床的工作台就不够长，不能有效装夹工件。且转子端面带有法兰的无法在镗床上完成加工，因此使用折向钻来加工，由于折向钻的行程有限，使得无法使用一根钻杆完成蒸汽平衡孔的加工。在平衡孔的加工过程中，机床转速不能过快，造成内孔表面粗糙度不好，需要人工打磨抛光达到图纸粗糙度要求。中国专利CN102941370A公开了一种汽轮机转子叶轮蒸汽平衡孔加工方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：将折向钻的钻头(1)安装在折向钻的尾柄(2)上，再将尾柄(2)安装在折向钻的底座(3)上，确定折向钻与待加工转子叶轮的初始相对位置，使钻头(1)对准首个待加工转子叶轮的待加工蒸汽平衡孔处；步骤二：将蒸汽平衡孔钻模安装在首个待加工转子叶轮的待加工蒸汽平衡孔处；步骤三：控制钻头(1)按照蒸汽平衡孔钻模的导向，开始加工转子叶轮的蒸汽平衡孔，直到完成钻头(1)行程所能及的所有待加工转子叶轮的蒸汽平衡孔的加工；步骤四：将钻头(1)退出已加工的转子叶轮，然后在钻头(1)与尾柄(2)之间安装连接杆(4)；步骤五：再控制钻头(1)穿过已加工完成的转子叶轮的蒸汽平衡孔，继续完成其余待加工转子叶轮的蒸汽平衡孔的加工，直至完成待加工转子叶轮上所有处于同一直线上的蒸汽平衡孔的加工；步骤六：退出折向钻，使钻头(1)对准下一个待加工转子叶轮的待加工蒸汽平衡孔处，直至完成待加工转子叶轮的所有蒸汽平衡孔的加工。该技术方案通过增加连接杆来使折向钻的行程长度达到转子叶轮的待加工蒸汽平衡孔的加工长度，它先加工折向钻正常行程范围内的蒸汽平衡孔，然后采用增加连接杆的方式加工其他平衡孔，但是众所周知，转子本身就比较庞大，仅仅通过增加连接杆的方式进行加工平衡孔，依旧费事费力，且效果不佳，而且成本变高。况且，现有技术中专注在改进加工方法，对于加工过程中使用的钻头或刀具没有进行过多精简或改进。

再如中国专利CN103990822A公开了一种加工双倒角刀具，其特征在于：刀具构成包括刀体(1)、刀柄(3)、刀头(2)三部份，刀体(1)的一端为刀柄(3)，另一端为刀头(2)，刀头是在刀柄两侧方向开设为刀头(2)，刀头刃部(4)结构是根据所加工工件大小、倒角形状和大小、倒角位置因素确定。该技术方案中披露了可以使工件一次装夹完成法兰盘两面周边倒角，可以通过调整其高度来保证周边不等长45°倒角，很适合批量性工件双面倒角加工。但是，刀头无法做成正面刮削和反面刮削两种，因此对于进行平衡孔的倒角加工的刀具，还需要进行改进。

发明内容

为克服现有技术中存在的未能确保平衡孔的圆整程度符合要求，以及平衡孔加工的失败率高，成功率低的问题，本发明提供了一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法及加工刀具。

本发明采用的技术方案为：一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤10：工作台的设置：设置凹坑，将工作台固定在凹坑底部，工作台上固定设置有压板，将转子工件竖立放置在工作台上且用压板压紧，工作台中心开设有通孔，工作台下方与通孔对齐安装有钢管形成圆坑，实现转子的一端伸入其中；

步骤20：加工平衡孔：在凹坑的一侧安装有摇臂钻，将平衡孔钻模安装在首个待加工转子的待加工平衡孔处，使用摇臂钻控制钻头按照平衡孔钻模的导向，开始加工转子的平衡孔，直到完成钻头行程所能及的所有待加工转子的平衡孔的加工；

步骤30：再控制钻头穿过已加工完成的转子的平衡孔，继续完成其余待加工转子的平衡孔的加工，直至完成待加工转子上所有处于同一直线上的平衡孔的加工；退出摇臂钻钻杆，使钻头对准下一个待加工转子的待加工平衡孔处，直至完成待加工转子的所有平衡孔的加工。

在此基础上，步骤20进一步包括：步骤201：加工转子的平衡孔分两步，对需要加工的平衡孔孔径来说，首先通过摇臂钻直径小于平衡孔孔径的细钻杆钻孔，再通过摇臂钻直径等于平衡孔孔径的粗钻杆钻孔，最后得到所需的平衡孔孔径。

在此基础上，所述摇臂钻钻杆的直径比平衡孔孔径的小3～5％。

在此基础上，所述凹坑为长度为3～4m，宽度为3～4m、深度为3～5m的凹坑。

在此基础上，所述钢管的直径为700mm，长度为3000mm。

在此基础上，所述通孔的直径为700mm。

在此基础上，所述平衡孔钻削过程中细钻杆或粗钻杆为加长钻杆，且钻模上还固定设置有相匹配的钻套。

在此基础上，所述工作台上还设置有N(N≥1，且N为整数)块等高块，所述等高块安装在工作台表面，并于工作台固定连接。

在此基础上，所述平衡孔上还加工有孔倒角，倒角为半径为R8～10㎜的圆角。

本发明的另一个目的是提供一种轮机转子轮盘平衡孔加工方法中加工孔倒角的刀具，其创新点在于：包括设置有刀刃的刀片、刀头和刀杆，所述刀杆与刀头相连接，所述刀片焊接在刀头上，将所述刀片的刀刃设置为圆弧状。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，采用立式加工的方法，将工件竖立加工，选用摇臂钻进行加工，加工成本较低。

(2)本发明的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，预先准备了凹坑，将工作台固定在凹坑底部，工作台中心开通孔，下面再埋有钢管，用来让出摇臂钻的轴颈部分，在工作台上用压板压牢第一级轮盘即可加工轮盘上的平衡孔了，有效解决了现今转子长度较长，重量较大，摇臂钻高度不够的现状，而且无需增加其他的设备，且省时省力，凹坑重复使用。

(3)本发明的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，主要考虑的是平衡孔加工的精细以及精密的程度，加工转子的平衡孔分两步，对需要加工的平衡孔孔径来说，首先通过摇臂钻直径小于平衡孔孔径的细钻杆钻孔进行粗加工，得到一个大致的平衡孔大小，再通过摇臂钻直径等于平衡孔孔径的粗钻杆钻孔，最后得到所需的平衡孔孔径，确保平衡孔的圆整程度符合要求，以及减少平衡孔加工的失败率，提高加工成功率。

(4)本发明的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，平衡孔钻削过程中细钻杆或粗钻杆为加长钻杆，增加连接杆来使钻杆的行程长度达到转子的待加工平衡孔的加工长度，可以作为一个优选的方案，得到更加有效的加工效果；且钻模上还固定设置有相匹配的钻套，防止钻偏和振动，保证加工圆孔倒角的顺利进行以及加工圆孔倒角的效果。

(5)本发明的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，工作台上还设置有N(N≥1，且N为整数)块等高块，等高块安装在工作台表面，并于工作台固定连接，在工作台上增加不同高度的等高块来调整转子轮盘的高度，以最佳高度进行加工。

附图说明

图1是本发明凹坑及工作台设置结构示意图；

图2是本发明平衡孔加工原理图；

图3是本发明平衡孔加工过程中钻模和钻套安装的局部放大图；

图4是本发明平衡孔加工过程中加工孔倒角的刀具结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施方式披露了一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，此类孔的加工可采用卧式方式加工，也可以采用立式方式加工，若采用卧式加工，则选用的机床为落地式镗床，通过支架支撑，将转子横卧在机床工作台上，对于比较长的转子，落地镗床的工作台就不够长，不能有效装夹工件。另外数控落地镗的加工成本也比较高。若采用立式加工，将工件竖立加工，选用摇臂钻进行加工，加工成本较低。通常汽轮机转子轮盘与主轴是一个整体，转子轮盘有多级，每级轮盘上有5个或者7个Ф50㎜的平衡孔，孔表面粗糙度要求Ra1.6，根据汽轮机功率大小，本实施方式中生产的汽轮机转子总长一般在3至5米，重量5吨至10吨。

如图1、2所示，为以上汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，具体包括以下步骤：

步骤10：工作台的设置：设置凹坑5，凹坑5以地表面1为参考，凹陷在地表面1，优选的，在凹坑5一周遭表面用水泥镀一层水泥层2，加强坚固性，将工作台3固定在凹坑底部，工作台4上固定设置有压板，将转子6竖立放置在工作台3上且用压板压紧，工作台3中心开设有通孔31，工作台3下方与通孔31对齐安装有钢管4形成圆坑，实现转子6的一端伸入其中；

步骤20：加工平衡孔：在凹坑5的一侧安装有摇臂钻7，将平衡孔钻模8安装在首个待加工转子6的待加工平衡孔处，使用摇臂钻7控制钻头按照平衡孔钻模8的导向，开始加工转子6的平衡孔，直到完成钻头行程所能及的所有待加工转子6的平衡孔的加工；

步骤20进一步包括：步骤201：加工转子6的平衡孔分两步，对需要加工的平衡孔孔径来说，首先通过摇臂钻7直径小于平衡孔孔径的细钻杆钻孔，再通过摇臂钻7直径等于平衡孔孔径的粗钻杆钻孔，最后得到所需的平衡孔孔径。

步骤30：再控制钻头穿过已加工完成的转子6的平衡孔，继续完成其余待加工转子6的平衡孔的加工，直至完成待加工转子6上所有处于同一直线上的平衡孔的加工；退出摇臂钻7钻杆，使钻头对准下一个待加工转子6的待加工平衡孔处，直至完成待加工转子6的所有平衡孔的加工。

作为优选的，凹坑5为长度为3～4m，宽度为3～4m、深度为3～5m的凹坑。凹坑5的大小由需要待加工的转子6大小决定，一般以转子6放入后仍有能正常进行加工为准，如上述生产的汽轮机转子总长一般在3至5米，重量5吨至10吨，则需要深3米，长宽3米×4米大小的凹坑即可，为了能将钻子露出轴颈部分方便加工，上述工作台3通孔的直径设定为700mm，钢管4的直径与工作台3的通孔直径一致，也即设定为700mm，钢管4的长度为2000～3000mm。

作为优选的，摇臂钻7钻杆的直径比平衡孔孔径的小3～5％，最佳为小5％，例如上述Ф50㎜的平衡孔，加工转子6的平衡孔分两步：即先选择合适的细钻杆钻Ф30㎜左右的孔，最佳为Ф30㎜，该数值的选择以所需加工的平衡孔孔径来说，为所需加工的平衡孔孔径的60％左右，最佳为60％；再选择合适的粗钻杆钻Ф50㎜的孔即可。进一步的，粗钻杆与细钻杆的孔径选择为所需钻孔孔径的数值小5㎜即可，针对上述Ф30㎜和Ф50㎜的孔径，则粗钻杆孔径选择为Ф45㎜，细钻杆孔径选择为Ф25㎜。

作为进一步优选的，参考图3，平衡孔钻削过程中细钻杆或粗钻杆为加长钻杆9，增加连接杆来使钻杆的行程长度达到转子的待加工平衡孔的加工长度，可以作为一个优选的方案，得到更加有效的加工效果。优选的，参考图3，在钻模8上还固定设置有相匹配的钻套81，钻套81的选择大小主要是根据钻杆的大小来决定，用来进一步固定钻杆，保证钻杆在加工过程中的稳定性，一般的，钻套81的直径与粗钻杆的直径大小相同，即与需要被加工的平衡孔的直径数值小5㎜即可，就可以防止在钻孔过程中钻偏和振动现象的发生，保证加工圆孔倒角的顺利进程以及良好的加工圆孔倒角的效果。

作为进一步优选的，所述工作台3上还可以设置有N(N≥1，且N为整数)块等高块，等高块安装在工作台3表面，对于等高块的材料、形状、高度等都不进行于限定，作为本实施方式的实用性拓展，若干块等高块可以并列排列也可以叠加排列，并不局限，按照一定方式排列后并于工作台3固定连接，一般的，选择1～3块等高块即可，以此来满足对于不同长度的转子加工，可以在工作台3上增加不同高度的等高块来调整轮盘的高度，以最佳高度进行加工。

作为优选的，平衡孔上还加工有孔倒角，倒角为半径为R8～10㎜的圆角，孔口两端R8㎜的圆弧倒角，R角表面粗糙度要求Ra1.6。

对于上述圆弧倒角的加工，参考图4，本实施方式提供了一种轮机转子轮盘平衡孔加工方法中加工孔倒角的刀具，包括设置有刀刃931的刀片93、刀头92和刀杆91，刀杆91可以选择莫氏刀杆，刀杆91与刀头92相连接，也可以是一体成型的方式制作而成，所述刀片93焊接在刀头92外表面上，将所述刀片93的刀刃931设置为半径为R8㎜的圆角。其中，刀头92做成正面刮削和反面刮削两种，在加工过程给进和抽出时，同时做到刮削，提高刮削效率。

进行孔Ф50㎜及R8㎜圆角的加工和表面粗糙度的保证：为了保证加工质量，在前期用厚40㎜的钢板进行了试切削，第一次试切削时，刀具刮R8㎜出现严重振动，表面粗糙度很差，分析原因，认为是刀杆过长，刚性不好引起，为了弥补这一缺陷，我们将另一厚40㎜的钢板事先钻出例如直径为Ф50㎜的通孔，那么需要选择对应的粗钻杆的直径是Ф45㎜，那么钻套的直径同样也是Ф45㎜，然后再嵌入钻套，将钻杆固定，此时再刮孔口R8㎜圆角时震动消失，圆角表面质量较好，用砂纸砂光后，表面粗糙度达Ra1.6，满足要求。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤10：工作台的设置：设置凹坑(5)，将工作台(3)固定在凹坑(5)底部，工作台(3)上固定设置有压板，将转子(6)工件竖立放置在工作台(3)上且用压板压紧，工作台(3)中心开设有通孔(31)，工作台(3)下方与通孔(31)对齐安装有钢管(4)形成圆坑，实现转子(6)的一端伸入其中；

步骤20：加工平衡孔：在凹坑(5)的一侧安装有摇臂钻(7)，将平衡孔钻模(8)安装在首个待加工转子(6)的待加工平衡孔处，使用摇臂钻(7)控制钻头按照平衡孔钻模(8)的导向，开始加工转子(6)的平衡孔，直到完成钻头行程所能及的所有待加工转子(6)的平衡孔的加工；

步骤30：再控制钻头穿过已加工完成的转子(6)的平衡孔，继续完成其余待加工转子(6)的平衡孔的加工，直至完成待加工转子(6)上所有处于同一直线上的平衡孔的加工；退出摇臂钻(7)钻杆，使钻头对准下一个待加工转子(6)的待加工平衡孔处，直至完成待加工转子(6)的所有平衡孔的加工；

步骤20进一步包括：步骤201：加工转子(6)的平衡孔分两步，对需要加工的平衡孔孔径来说，首先通过摇臂钻(7)直径小于平衡孔孔径的细钻杆钻孔，再通过摇臂钻(7)直径等于平衡孔孔径的粗钻杆钻孔，最后得到所需的平衡孔孔径。

2.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：所述摇臂钻(7)钻杆的直径比平衡孔孔径的小3～5％。

3.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：所述凹坑(5)为长度为3～4m，宽度为3～4m、深度为3～5m的凹坑。

4.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：所述钢管(4)的直径为700mm，长度为3000mm。

5.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：所述通孔(31)的直径为700mm。

6.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：所述平衡孔钻削过程中细钻杆或粗钻杆为加长钻杆(9)，且钻模(8)上还固定设置有孔径相匹配的钻套(81)。

7.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：所述工作台(3)上还可设置有N块等高块，N≥1，且N为整数,所述等高块安装在工作台表面，并与工作台(3)固定连接。

8.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法，其特征在于：所述平衡孔上还加工有孔倒角，倒角为半径为R8～10㎜的圆角。

9.一种权利要求8所述的汽轮机转子轮盘平衡孔加工方法中加工孔倒角的刀具，其特征在于：包括设置有刀刃(931)的刀片(93)、刀头(92)和刀杆(91)，所述刀杆(91)与刀头(92)相连接，所述刀片(93)焊接在刀头(92)上，将所述刀片(93)的刀刃(931)设置为圆弧状。