CN105750844B - 压缩机空心主轴加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩机空心主轴加工方法，其加工步骤主要包括：分别加工中间段主轴、左段主轴和右段主轴；将中间段主轴与左段主轴连接后对主轴半精加工；将三段主轴连接后对主轴精加工。本发明提供的压缩机空心主轴加工方法，得到的主轴的内孔与外圆具有精确的同轴度，连接孔与内孔也具有精确的垂直度，能够有效减少主轴的不平衡量，减小机组的振动。

Description

压缩机空心主轴加工方法

技术领域

本发明涉及空压机主轴加工技术领域，特别涉及一种压缩机空心主轴加工方法。

背景技术

大型空分压缩机的空压机多为轴流+离心结构，即在一根主轴上既装有离心压缩机叶轮，又装有轴流压缩机叶片，为了减轻主轴的重量，提高主轴运转速度，降低能耗，通常将主轴设计成左段、中间段和右段三段结构，中间段主轴设计成空心结构，左段、中间段和右段三段主轴的连接端面设计有连接孔，三段主轴之间直接通过连接孔由螺栓连接。

这类空压机主轴中间段空心轴的加工通常是在卧式车床和采用深孔钻进行加工，空心轴两端的连接孔在数控镗床上进行加工。但这种加工方法由于无法在一次装夹中实现空心轴内孔与外圆的同时加工，会造成其内孔与外圆的同轴度很难达到较高的精度。另外，中间段空心轴两端的连接孔还需要在镗床上重新找正加工，连接孔与空心轴内孔的垂直度也很难达到要求的精度。这样在三段主轴装配好后，会导致主轴产生较大的不平衡量，在主轴进行高速旋转的情况下会造成机组的振动超标。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种压缩机空心主轴加工方法，旨在保证主轴内孔与外圆的同轴度，保证连接孔与内孔的垂直度，减少主轴的不平衡量，减小机组振动。

为实现上述目的，本发明提出的压缩机空心主轴加工方法，包括在立车上加工中间段主轴，以及分别加工左段主轴和右段主轴，

所述中间段主轴的加工包括：

按照粗车、模拟稳定处理、检性能、半精车、稳定处理、精车的工序加工中间段主轴到预定外形，

装夹中间段主轴左端，精车中间段主轴右侧内孔、止口、端面法兰外圆及端面，

检查中间段主轴右侧端面的平面度，确认接触面，

利用立车的镗铣功能，在中间段主轴右侧端面上粗加工连接孔，

利用钻孔模精加工中间段主轴右侧端面上的连接孔，

装夹中间段主轴右端，精车中间段主轴左侧内孔、止口、端面法兰外圆及端面，

检查中间段主轴左侧端面的平面度，确认接触面，

利用立车的镗铣功能，在中间段主轴左侧端面粗加工连接孔，

利用钻孔模精加工中间段主轴左侧端面上的连接孔，

加工中间段主轴左右两侧内孔连接部内孔；

所述的分别加工左段主轴和右段主轴包括：

按照粗车、模拟稳定处理、检性能、半精车、稳定处理、精车的工序分别加工左段主轴和右段主轴到预定外形，

分别精车左段主轴的右侧端面的法兰外圆和右段主轴的左侧端面的法兰外圆，

分别精车左段主轴的右侧端面的止口和右段主轴的左侧端面的止口，

分别精车左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面，

分别半精车左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面，保证左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面的法兰外圆的垂直度，

分别检查左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面的平面度，确认接触面，

分别在左段主轴的右侧端面粗加工与中间段主轴左侧端面的连接孔对应的连接孔、在右段主轴的左侧端面粗加工与中间段主轴右侧端面的连接孔对应的连接孔，

分别利用钻孔模精加工左段主轴右侧端面的连接孔和右段主轴左侧端面的连接孔。

进一步地，压缩机空心主轴加工方法还包括将中间段主轴与左段主轴连接后对主轴半精加工，所述半精加工包括：

找正后重新修正左端主轴的顶尖孔，

半精车中间段主轴轴径部分，

铣中间段主轴的动叶片根槽和嵌入槽。

进一步地，压缩机空心主轴加工方法还包括将三段主轴连接后对主轴精加工，所述精加工包括：

找正后车除三段主轴连接处的螺栓多余部分，并精车平整，

精车三段主轴连接端面的法兰外圆并车镶密封片槽，

精车中间段主轴轴径部分，

精车动叶片根槽和嵌入槽，

精车左段主轴和右段主轴的轴径部分，

铣主轴右端部螺纹。

进一步地，所述中间段主轴左右两侧内孔连接部内孔的加工方法是将立车的刀具从中间段主轴右侧内孔伸到左侧内孔，通过控制程序改变刀具伸出长度并分为多次加工完成。

进一步地，所述的精车左段主轴时，采用卡盘顶尖夹紧左段主轴左端，支撑装夹左段主轴右端，所述的精车右段主轴时，采用卡盘顶尖夹紧右段主轴右端，支撑装夹右段主轴左端。

进一步地，所述的分别精车左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面的法兰外圆与止口时，分别控制法兰外圆的同轴度在0.005mm以内，分别控制法兰外圆与止口的同轴度在0.005mm以内。

进一步地，所述中间段主轴与左段主轴连接后对主轴半精加工装夹时，卡盘顶尖夹紧左段主轴左端，支撑装夹在中间段主轴左右两端法兰外圆上。

进一步地，所述中间段主轴与左段主轴连接后对主轴半精加工时的找正是以中间段主轴左右两端的法兰外圆为基准打表找正，且打表找正值控制在0.01mm以内。

进一步地，所述三段主轴连接后对主轴精加工装夹时，卡盘顶尖夹紧左段主轴左端和右段主轴右端，支撑装夹在中间段主轴左右两端法兰外圆上。

进一步地，所述三段主轴连接后对主轴精加工时的找正是以中间段主轴左右两端的法兰外圆为基准打表找正，打表找正值控制在0.01mm以内。

本发明提供的压缩机空心主轴加工方法，采用立式车床对中间段空心主轴进行加工，由于立式车床加工时是工件旋转，因此能更好的保证中间段主轴内孔两端的同轴度与圆度，然后通过钻孔模加工三段主轴连接端面上的连接孔，可以保证连接孔的尺寸精度和位置精度以及连接孔与主轴内孔的垂直度，在三段主轴连接后，以中间段主轴两端的法兰外圆为基准进行找正加工，可以有效保证中间段主轴内孔与外圆的同轴度，从而能够有效减少主轴的不平衡量，减小机组的振动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的空压机空心主轴的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的大型空压机空心主轴的中间段主轴结构示意图；

图3为本发明实施例提供的压缩机空心主轴加工方法中主轴内孔直径与滑枕尺寸对比示意图；

图4为本发明实施例提供的压缩机空心主轴加工方法中主轴内孔的连接部内孔加工剖视图；

图5为本发明实施例提供的压缩机空心主轴加工方法中主轴内孔的连接部内孔第一次加工剖视图；

图6为本发明实施例提供的十万空分空压机空心主轴的左段主轴结构示意图；

图7为本发明实施例提供的十万空分空压机空心主轴的右段主轴结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

现以加工十万空分空压机主轴为例，结合本发明实施例中的附图，对本发明提供的压缩机空心主轴加工方法做具体说明。当然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

参见图1，十万空分空压机主轴为三段组装式空心结构，由左段主轴1、中间段主轴2和右段主轴3构成。该主轴整体长度7620mm，重26.5吨。其中，中间段主轴2为大直径空心轴结构，轴长3035mm，最大直径1240mm，轴流侧(即左侧)内孔23直径400mm，长度达1315mm，离心侧(即右侧)内孔24直径600mm，长度1547mm，左右两侧内孔之间的连接部内孔25长173mm。中间段主轴2的内孔在三段主轴连接前应该精加工完成，但中间段主轴2的外圆还需在三段主轴连接成一体后进一步进行精加工，由于主轴质量大、转速高，如果中间段主轴2内孔与外圆的同轴度不满足精度要求，在转动时很容易产生很大的转动惯量，可直接导致机组振动值超标。因此，在加工中间段主轴2时，必须保证中间段主轴2内孔与外圆的同轴度。

为了保证中间段主轴2的内孔与外圆的同轴度，中间段主轴2的加工是在6.3米数控立式车床上进行。由于中间段主轴2的直径较大，具备了在立式车床上竖起的条件，并且在立车上加工时是工件旋转，因此能更好的保证中间段主轴2内孔两端的同轴度与圆度，在加工完内孔后，直接进行中间段主轴2与左右段主轴连接的两侧端面的法兰外圆的精加工。在三段主轴连接后，以中间段主轴2两端的法兰外圆为基准进行打表找正加工，可有效保证中间段主轴2内孔与外圆的同轴度。加工中间段主轴2具体包括如下步骤：

先按照粗车、模拟稳定处理、检性能、半精车、稳定处理、精车的工序将中间段主轴2加工到轴长3035mm，最大直径1240mm。其中，模拟稳定处理是用粗车加工的试块为主轴正常热处理工序所做的模拟试验。主轴的物料在入厂之前，已经进行调质处理并检验合格。通过模拟稳定处理，在实验中验证选用的加热时间、热处理温度等稳定处理参数，确认是否可以在不影响前期调质处理后的材料各种力学性能的前提下释放加工应力,通过模拟试验，当加热时间控制在14-18t、热处理温度控制在550-560℃时，对主轴材料释放加工应力不影响其前期调质处理后的各种力学性能。检性能是对主轴试块进行机械性能检验，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、冲击功、硬度等性能的检验。稳定处理是根据模拟稳定处理确定的加热时间14-18t和热处理温度550-560℃，对主轴进行消应力处理。

然后装夹中间段主轴2右端，精车中间段主轴左侧内孔23、止口、端面法兰外圆及端面21，将中间段主轴左侧内孔23的直径加工到400mm，内孔加工深度为1315mm。并检查中间段主轴左侧端面21的平面度，确认接触面。

再在立车上利用镗铣功能，在中间段主轴左侧端面21上粗钻连接孔，钻至

最后在中间段主轴左侧端面21上安装钻孔模，将中间段主轴2转到镗床上，利用钻孔模精加工中间段主轴左侧端面21上的连接孔，将连接孔精加工到Φ50.00H7。

中间段主轴左侧端面21上的连接孔加工完成后，将中间段主轴2重新转回到立车上，装夹中间段主轴2左端，精车中间段主轴右侧内孔24、止口、端面法兰外圆及端面22，将中间段主轴右侧内孔24的直径加工到600mm，内孔加工深度为1720mm，然后将与左侧内孔23连接处的长度为173mm的一段右侧内孔24加工成内面为斜面的连接部内孔25，即为中间段主轴2左右两侧内孔之间的连接部内孔25。

检查中间段主轴右侧端面22的平面度，确认接触面。

再在立车上利用镗铣功能，在中间段主轴右侧端面22粗加工连接孔，钻至

最后在中间段主轴右侧端面22上安装钻孔模，将中间段主轴2转到镗床上，利用钻孔模精加工中间段主轴右侧端面22上的连接孔，将连接孔精加工到Φ50.00H7。最终加工得到的中间段主轴2如图2所示。

对于加工中间段主轴2内孔中的连接部内孔25，是加工空心主轴的技术难题所在。参见图3，立车车床的滑枕4的截面为400mmX400mm的正方形(但滑枕4四周的棱角是倒角结构)，滑枕4转动时形成的外接圆直径为Φ560mm(图3中虚线所示)。参见图4，由于滑枕4转动时形成的外接圆直径为Φ560mm，而中间段主轴右侧内孔24的直径为600mm，中间段主轴左侧内孔23的直径为400mm，因此，在加工连接部内孔25时，立车的刀具5只能从中间段主轴右侧内孔24伸到左侧内孔23进行加工。在加工连接部内孔25时，只要滑枕4进行超过20mm的横向移动，滑枕4后臂即会与中间段主轴右侧内孔24的内壁产生干涉，导致无法通过一次装夹刀具完成加工。因此，在加工连接部内孔25时通过增加刀具5的伸出长度并分为多次加工完成，每次加工时将刀具5的伸出长度增加20mm，从而使每次加工只在连接部内孔半径方向上加工20mm，然后下次加工继续增加刀具5的伸出长度20mm，再继续对连接部内孔25进行加工。第一次加工结束后如图5所示。由于加工的连接部内孔25的径向深度共为100mm，而每次加工的径向深度为20mm，因此，一共需要5次才能完成连接部内孔25的加工。由于加工时无法观察对刀，加工后也无法测量，因此加工时只能通过程序进行控制。

左段主轴1与右段主轴3结构类似，具体加工方案基本相同。都可以先按照粗车、模拟稳定处理、检性能、半精车、稳定处理、精车的工序分别将左段主轴1和右段主轴3加工到预定外形。其中，模拟稳定处理是用粗车加工的试块为主轴正常热处理工序所做的模拟试验。主轴的物料在入厂之前，已经进行调质处理并检验合格。通过模拟稳定处理，在实验中验证选用的加热时间、热处理温度等稳定处理参数，确认是否可以在不影响前期调质处理后的材料各种力学性能的前提下释放加工应力,通过模拟试验，当加热时间控制在14-18t、热处理温度控制在550-560℃时，对主轴材料释放加工应力不影响其前期调质处理后的各种力学性能。检性能是对主轴试块进行机械性能检验，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、冲击功、硬度等性能的检验。稳定处理是根据模拟稳定处理确定的加热时间14-18t和热处理温度550-560℃，对主轴进行消应力处理。

由于左段主轴1的右侧端面11与中间段主轴2的左侧端面21止口配合，右段主轴3的左侧端面31与中间段主轴2的右侧端面22也是止口配合，因此，在对左右段主轴进行精加工时，左右段主轴带端面止口的一端无法加工顶尖孔，故不能按照加工普通主轴时两顶装夹的方法进行加工。因此，在精车左段主轴1时，采用卡盘顶尖夹紧左段主轴左端，支撑装夹左段主轴右端，在精车右段主轴3时，采用卡盘顶尖夹紧右段主轴右端，支撑装夹右段主轴左端。对左段主轴1和右段主轴3装夹后，对左段主轴1和右段主轴3分别进行如下精加工：

分别精车左段主轴1的右侧端面11的法兰外圆和右段主轴3的左侧端面31的法兰外圆，控制同轴度在0.005mm以内；

分别精车左段主轴1的右侧端面11的止口和右段主轴3的左侧端面31的止口，控制端面的法兰外圆与止口的同轴度在0.005mm以内；

分别精车左段主轴1的右侧端面11和右段主轴3的左侧端面31；

分别半精车左段主轴1的右侧端面11和右段主轴3的左侧端面31，保证左段主轴1的右侧端面11和右段主轴3的左侧端面31的法兰外圆的垂直度；

分别检查左段主轴1的右侧端面11和右段主轴3的左侧端面31的平面度，确认接触面；

分别在左段主轴1的右侧端面11和右段主轴3的左侧端面31粗加工与中间段主轴2左右侧端面的连接孔分别对应的连接孔，钻至

利用钻孔模精加工左段主轴1的右侧端面11和右段主轴3的左侧端面31的连接孔，将左段主轴1的右侧端面11和右段主轴3的左侧端面31的连接孔分别精加工到Φ50.00H7。加工得到的左段主轴1如图6所示，加工得到的右段主轴3如图7所示。

左段主轴1、中间段主轴2和右段主轴3分别加工完成后，将左段主轴1的右侧端面11与中间段主轴2的左侧端面21通过连接孔由螺栓连接在一起，然后对由左段主轴1与中间段主轴2组装后的主轴进行半精加工，半精加工是在数控卧车上完成。半精加工时，为保证主轴外圆与中间段主轴内孔的同轴度，装夹时卡盘顶尖夹紧左段主轴1左端，支撑装夹在中间段主轴2左右两端法兰外圆上，找正时必须以中间段主轴2左右两端的法兰外圆为基准打表找正，且打表找正值达到0.01mm以内方可进行加工。找正后先重新修正左段主轴左端的顶尖孔，以便三段主轴组立后的整体加工。然后按照图纸半精车中间段主轴2轴径部分，再利用数控卧车的镗加工附件铣中间段主轴2的动叶片根槽和嵌入槽，加工时都按照图纸单边留1mm精加工余量。

上述半精加工完成后，将右段主轴3的左侧端面31与中间主轴2的右侧端面22通过连接孔由螺栓连接在一起，然后再对左段、中间段和右段三段主轴组装后的主轴进行整体精加工。

主轴整体的精加工也是在数控卧车进行。精加工装夹时，卡盘顶尖夹紧左段主轴1左端和右段主轴3右端，支撑装夹在中间段主轴2左右两端法兰外圆上，以减轻机床支架的承重和保证主轴外圆与中间段主轴内孔的同轴度。精加工找正时，也必须以中间段主轴2左右两端的法兰外圆为基准打表找正，且打表找正值达到0.01mm以内，并持续转动3分钟打表值无变化，才可以进行加工。并且在精加工的过程中，随时在中间段主轴2两端法兰外圆打表检查，要求打表值不得大于0.01mm。

找正后对主轴的整体精加工步骤如下：

①、车除主轴连接螺栓多余部分，并配合钳工将多余部分去除，精车平整；

②、按照图纸精车主轴连接端面的法兰外圆，车镶密封片槽；

③、精车中间段主轴2轴径，精车动叶片根槽并精铣嵌入槽，精车左段主轴1和右段主轴3的轴径处，支撑轴承位置留0.3mm光整加工余量；

④、精加工装夹是支撑轴承位置的主轴轴径，保证达到设计图纸要求的光洁度；

⑤、转到龙门铣，铣主轴右端的M110内螺纹。

至此，十万空分空压机的空心主轴全部加工完成。

本发明提供的压缩机空心主轴加工方法，不仅可以保证主轴内孔与法兰外圆的同轴度，还可以保证法兰外圆上的连接孔与主轴内孔的垂直度，能有效减少主轴的不平衡量，减小机组的振动。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种压缩机空心主轴加工方法，其特征在于，包括在立车上加工中间段主轴，以及分别加工左段主轴和右段主轴；

所述加工中间段主轴包括：

按照粗车、模拟稳定处理、检性能、半精车、稳定处理、精车的工序加工中间段主轴到预定外形，

装夹中间段主轴左端，精车中间段主轴右侧内孔、止口、端面法兰外圆及端面，

检查中间段主轴右侧端面的平面度，确认接触面，

利用立车的镗铣功能，在中间段主轴右侧端面上粗加工连接孔，

利用钻孔模精加工中间段主轴右侧端面上的连接孔，

装夹中间段主轴右端，精车中间段主轴左侧内孔、止口、端面法兰外圆及端面，

检查中间段主轴左侧端面的平面度，确认接触面，

利用立车的镗铣功能，在中间段主轴左侧端面粗加工连接孔，

利用钻孔模精加工中间段主轴左侧端面上的连接孔，

加工中间段主轴左右两侧内孔连接部内孔；

所述分别加工左段主轴和右段主轴包括：

按照粗车、模拟稳定处理、检性能、半精车、稳定处理、精车的工序分别加工左段主轴和右段主轴到预定外形，

分别精车左段主轴的右侧端面的法兰外圆和右段主轴的左侧端面的法兰外圆，

分别精车左段主轴的右侧端面的止口和右段主轴的左侧端面的止口，

分别精车左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面，

分别半精车左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面，保证左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面的法兰外圆的垂直度，

分别检查左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面的平面度，确认接触面，

分别在左段主轴的右侧端面粗加工与中间段主轴左侧端面的连接孔对应的连接孔、在右段主轴的左侧端面粗加工与中间段主轴右侧端面的连接孔对应的连接孔，

分别利用钻孔模精加工左段主轴右侧端面的连接孔和右段主轴左侧端面的连接孔。

2.根据权利要求1所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于，还包括将中间段主轴与左段主轴连接后对主轴半精加工，所述半精加工包括：

找正后重新修正左端主轴的顶尖孔，

半精车中间段主轴轴径部分，

铣中间段主轴的动叶片根槽和嵌入槽。

3.根据权利要求1所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于，还包括将三段主轴连接后对主轴精加工，所述精加工包括：

找正后车除三段主轴连接处的螺栓多余部分，并精车平整，

精车三段主轴连接端面的法兰外圆并车镶密封片槽，

精车中间段主轴轴径部分，

精车动叶片根槽和嵌入槽，

精车左段主轴和右段主轴的轴径部分，

铣主轴右端部螺纹。

4.根据权利要求1所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于：所述中间段主轴左右两侧内孔连接部内孔的加工方法是将立车的刀具从中间段主轴右侧内孔伸到左侧内孔，通过控制程序改变刀具伸出长度并分为多次加工完成。

5.根据权利要求1所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于：所述的精车左段主轴时，采用卡盘顶尖夹紧左段主轴左端，支撑装夹左段主轴右端，所述的精车右段主轴时，采用卡盘顶尖夹紧右段主轴右端，支撑装夹右段主轴左端。

6.根据权利要求5所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于：所述的分别精车左段主轴的右侧端面和右段主轴的左侧端面的法兰外圆与止口时，分别控制法兰外圆的同轴度在0.005mm以内，分别控制法兰外圆与止口的同轴度在0.005mm以内。

7.根据权利要求2所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于，所述中间段主轴与左段主轴连接后对主轴半精加工装夹时，卡盘顶尖夹紧左段主轴左端，支撑装夹在中间段主轴左右两端法兰外圆上。

8.根据权利要求7所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于，所述中间段主轴与左段主轴连接后对主轴半精加工时的找正是以中间段主轴左右两端的法兰外圆为基准打表找正，且打表找正值控制在0.01mm以内。

9.根据权利要求3所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于，所述三段主轴连接后对主轴精加工装夹时，卡盘顶尖夹紧左段主轴左端和右段主轴右端，支撑装夹在中间段主轴左右两端法兰外圆上。

10.根据权利要求9所述的压缩机空心主轴加工方法，其特征在于，所述三段主轴连接后对主轴精加工时的找正是以中间段主轴左右两端的法兰外圆为基准打表找正，打表找正值控制在0.01mm以内。