CN108568642B - 一种特大风电转子的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特大风电转子的加工方法，其包括步骤：(a)通过立式车床粗车加工出转子的外圆环、中间连接环和中心圆环的两端端面和中心孔及外圆周面；然后精车加工；其中精车加工中心圆环的密封槽面时采用精磨瓷刀片，刀片圆角R＝0.18～0.22mm，控制进给量F＝0.038～0.42mm/r、切削深度Z＝0.068～0.072mm、转速S＝7.5～8.5r/min；(b)通过镗床粗铣、精铣转子两端面的凹槽以及槽面螺孔，钻加工中心圆环和外圆周面的螺孔；(c)使用自动背刮刀加工外圆周面的螺孔里端的背刮孔。本发明选择圆角小的刀片，同时设定严格的加工参数，加工特大型风电转子时仅仅通过立式车床加工即可实现密封槽的Ra和RPc两数值的要求，省略了使用磨石加工的步骤。

Description

一种特大风电转子的加工方法

技术领域

本发明属于风电部件加工技术领域，具体涉及一种特大风电转子的加工方法。

背景技术

特大型6兆瓦风电转子加工直径约7米，重达40吨，外形尺寸大，两端面具有 结构复杂的台阶和凹槽，其包括由外到内依次通过连接筋14连接的外圆环11、中间 连接环12和中心圆环13。如图1所示，外圆环11、中间连接环12和中心圆环13的 一端的端面依次为外圆台阶11a、凹槽凸台面12a和中心孔台阶13a。如图2所示， 外圆环11、中间连接环12和中心圆环13的一端的端面依次为外圆台阶11b、中间台 阶面12b和中心凸台面(即密封槽面)13b。该特大型6兆瓦风电转子的外圆周面具 有1280个螺孔14，如图3所示，每个螺孔内侧端距外圆面57.8±0.3mm还需要背刮 出直径稍大的背刮孔15该风电转子的各项形位公差要求高，两端面 平行度要求0.3，外圆圆度要求0.2，直线度要求0.2，同时密封槽面粗糙度要求Ra 达到0.75-1.75μm，粗糙度峰计数RPc达到100-200/cm，而且转子外圆周面1280个 背刮孔的孔均布角度要求±0.01°。这使得特大型风电转子的加工难度大大提高，国内 外先进的加工工艺依靠大型车铣复合加工中心加工，设备局限性大，加工成本高。而采用常规的立车或镗床进行加工往往存在以下两个技术难点：

1、使用立车加工转子两端面时很难达到各项形位公差要求。尤其是通过立车加工两端面时，两端面平行度，外圆圆度，直线度，以及密封槽面粗糙度要求更是难以 实现，通常需要进一步通过磨石加工才能满足要求。

2、转子外圆周面的背刮孔加工困难。由于背刮孔加工数量多并且位置分度要求高，加工难度更大，处理背刮孔比较常规的加工方案是定制专用刀杆在背面进行人工 装刀进行加工，加工过程需要拆下刀盘对加工的孔进行测量，加工效率低，并且如此 大数量的孔加工劳动强度大，并且施工现场工况复杂。另外，现有的背刮刀通常是通 过主轴在正反转时加速或减速过程中产生的惯性来开启或闭合刀块，加工时产生的铁 屑很容易将刀块卡住，每加工一个孔需要检查一下有没有铁屑卡在里面，实际加工过 程中经常性由于卡铁屑导致刀块部分没有关闭到位把孔给拉伤，严重的导致工件加工 报废。

因此，为了使常规的立车和镗床也可以加工各项形位公差达到要求的特大型风电转子，减小设备局限性，降低加工成本，急需对特大型风电转子的加工工艺进行改进。

发明内容

因此，针对现有技术中特大风电转子的加工设备局限性大，加工成本高的技术问题，本发明的目的在于提供一种特大风电转子的加工方法，部件设备局限性小，而且 加工成本低。

本发明的特大风电转子的加工方法包括以下步骤：

(a)通过立式车床粗车加工出转子的外圆环、中间连接环和中心圆环的一端端面，以及中心孔及外圆周面；然后粗车加工出转子的外圆环、中间连接环和中心圆环 的另一端端面；粗车加工完成后零件自然时效放置不小于72小时，时效完成后进行 精车加工，精车加工顺序与粗车加工顺序相同；其中精车加工中心圆环的密封槽面时 采用精磨瓷刀片，刀片圆角R＝0.18～0.22mm，控制进给量F＝0.038～0.42mm/r、切削 深度Z＝0.068～0.072mm、转速S＝7.5～8.5r/min；

(b)通过镗床粗铣、精铣转子两端面的凹槽以及槽面螺孔，钻加工中心圆环和 外圆周面的螺孔；其中镗床加工全程使用切削液；

(c)使用自动背刮刀加工外圆周面的螺孔里端的背刮孔。

较佳的，步骤a中，粗车加工时圆周半径方向留3mm加工余量。

较佳的，步骤c中，所述自动背刮刀为数控式自动背刮刀，包括刀片、刀杆和刀 座；所述刀杆直径比转子外圆周面的螺孔直径小0.08～0.15mm优选0.13mm；所述刀 座中设有轴承，所述刀杆后段转动安装在所述轴承中，所述刀杆内设有刀片转轴，所 述刀片转轴前端与所述刀片连接，所述刀杆前端设有凹槽供置纳所述刀片，所述刀片 的打开和关闭由所述刀片转轴转动实现，所述刀座上设有扭矩驱动器和扭力杆，所述 扭力杆与所述刀片转轴连接，所述刀杆内位于所述刀片转轴后端设有安全销，所述刀 座连接于机床，所述刀杆由机床主轴驱动；所述自动背刮刀加工参数为：转速 750～900r/min优选800r/min，进给量28～32mm/min优选30mm/min。

较佳的，步骤c中，所述自动背刮刀设有内冷装置，所述自动背刮刀装到机床上 后所述内冷装置与机床内冷系统相连。内冷装置的设置可使因长时间转动而升温的轴 承有效冷却，避免其变形，从而保证加工孔的尺寸不变形。

本发明的有益效果在于：

1、本发明对特殊表面粗糙度加工进行大量的研究，针对粗糙度要求，选择圆角 小的刀片，同时设定严格的加工参数，加工特大型风电转子时仅仅通过立式车床加工 即可实现密封槽的Ra和RPC两数值的要求，省略了使用磨石加工的步骤，对于类似 于这种特殊表面的特殊加工要求是一次跨越。

2、针对特大型风电转子外圆周面的数量庞大的背刮孔加工，本发明引进了全新的自动背刮刀，所述自动背刮刀采用导杆内设刀片转轴的方式，并通过扭矩驱动器来 自动驱使刀片的打开和关闭，刀具的自动化，并且加工出来的孔由于是数控程序控制， 大小深度质量都有保证。

3、本发明加工过程中粗精分开并且将零件自然放置时效处理，减少零件加工过程中发热导致零件变形，并且控制好粗加工的加工余量，减少精加工的余量。

附图说明

图1为特大型6兆瓦风电转子的一端面示意图；

图2为特大型6兆瓦风电转子的另一端面示意图；

图3为特大型6兆瓦风电转子的外圆环的螺孔及背刮孔的示意图；

图4为本发明自动背刮刀的示意图；

图5为本发明自动背刮刀的主体结构示意图；

图6为本发明自动背刮刀的主体结构剖视图；

图7为本发明精磨瓷圆角刀片的示意图。

附图标记

外圆环11，中间连接环12，中心圆环13，外圆台阶11a/11b，凹槽凸台面12a， 中间台阶面12b，中心孔台阶13a，密封槽面13b，螺孔14，背刮孔15；

自动背刮刀2，刀片21、刀杆22、刀座23、刀片转轴24、扭矩驱动器25、扭力 杆26、安全销27。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1特大型6兆瓦风电转子的加工

(1)设备：

立式车床：CKJQD52100武重10米重型立车

镗床：索拉露斯FXR-16000W

自动背刮刀：为如图4所示的数控式自动背刮刀2，包括刀片21、刀杆22和刀 座23；刀杆22直径为13.87mm；刀座23中设有轴承，刀杆22后段转动安装在轴承 中。如图5和6所示刀杆22内设有刀片转轴24，刀片转轴24前端与刀片21连接， 刀杆22前端设有凹槽供置纳刀片21，刀片21的打开和关闭由刀片转轴24转动实现， 刀座23上设有扭矩驱动器25和扭力杆26，扭力杆26与刀片转轴24连接，刀杆22 内位于刀片转轴24后端设有安全销27，刀座23可连接于机床，刀杆22由机床主轴 驱动。

(2)加工步骤：

(a)通过立式车床粗车加工出转子的如图1所示一端端面的外圆台阶11a，凹槽 凸台面12a和中心孔台阶13a，再粗加工出中心孔及外圆周面；然后粗车加工出转子 如图2所示另一端端面的外圆台阶11b，中间台阶面12b和密封槽面13b；粗车加工 完成后零件自然时效放置不小于72小时，时效完成后进行精车加工，精车加工顺序 与粗车加工顺序相同；其中精车加工中心圆环的密封槽面13b时采用如图7所示的精 磨瓷圆角刀片，刀片圆角R＝0.18～0.22mm，控制进给量F＝0.038～0.42mm/r、切削深 度Z＝0.068～0.072mm、转速S＝7.5～8.5r/min；

(b)通过镗床粗铣、精铣转子两端面的凹槽以及槽面螺孔，钻加工中心圆环和 外圆周面的螺孔，外圆周面的螺孔直径加工为14mm；其中镗床加工全程使用切削液；

(c)使用自动背刮刀加工外圆周面的螺孔里端的背刮孔。自动背刮刀加工参数为：转速800r/min，进给量30mm/min。

镗床加工结束后钳工对螺孔进行攻丝处理，打磨去除全部毛刺锐边。部分机床无法加工到的螺孔根据设计的钻模板进行加工。

对比例1

相比于实施例1，不同在于步骤a中精加工密封槽面13b时使用未圆角处理的普 通刀片。

其余同实施例1

对比例2

相比于对比例1，对比例2的不同在于使用普通圆角R0.4mm刀片精加工密封槽 面13b后对加工面进行滚压处理，以降低密封槽面的粗糙度。

对上述实施例1、对比例1和对比例2的加工结果进行比较，表1所示为实施例 1和对比例1、2中转子两端面经立车切削得到的转子密封槽粗糙度。

表1实施例1和对比例1和2加工转子两端面密封槽粗糙度

由表1可知，对比例1使用普通刀片切削后，密封槽面的粗糙度达不到要求，需 要进一步的磨石加工步骤才能达到要求。对比例2为降低密封槽面的粗糙度而增加滚 压处理工序，虽然表面粗糙度可以达到Ra0.8-1.6，但是RPc值却降低很多，只有2 0-30cm^-1，在获得理想的表面粗糙度的同时失去了表面RPc值。而本发明方法精加工 风电转子两端面时，使用圆角R＝0.2的精磨瓷刀片进行切削，同时严格控制切削参数， 一步即可实现粗糙度的要求，可省去使用磨石加工的步骤，缩短了整个加工周期，大 大提高加工效率，有效降低加工成本。

对比例3

相比于实施例1，不同在于步骤c中，背刮使用的刀具是美国帕莱克公司的普通 背刮刀，型号AF-102089，背刮孔的加工与传统加工方法相比要明显高效高质量。

本发明实施例1和对比例3的具体加工对比时间见表2。

表2背刮加工时间对比表

本发明步骤c使用自动背刮刀加工背刮孔，关键之处在于：①、刀片打开和关闭 都是数控程序控制，控制稳定，加工效率高。②、反刮刀的刀杆尺寸是专门定制的。 零件加工孔尺寸反刮刀杆尺寸是加工过程中刀杆在所加工的孔里面有 一定支撑作用，保证背刮面加工的质量。③、刀具内部有保护装置，万一刀头部分出 现加工故障(铁屑卡住没有收拢)，内部保护销会受力断开，保证不拉伤所加工了零 件。④、刀具自带内冷，冷却液的使用保证加工孔的尺寸不变形。如表2所示，本发 明相比于使用普通背刮刀加工背刮孔时，加工效率大大提高。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创新的前提下还可作出种种的等同的变型 或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种特大风电转子的加工方法，其特征在于，其包括步骤：

a、通过立式车床粗车加工出转子的外圆环、中间连接环和中心圆环的一端端面，以及中心孔及外圆周面；然后粗车加工出转子的外圆环、中间连接环和中心圆环的另一端端面；粗车加工完成后零件自然时效放置不小于72小时，时效完成后进行精车加工，精车加工顺序与粗车加工顺序相同；其中精车加工中心圆环的密封槽面时采用精磨瓷刀片，刀片圆角R＝0.18～0.22mm，控制进给量F＝0.038～0.42mm/r、切削深度Z＝0.068～0.072mm、转速S＝7.5～8.5r/min；

b、通过镗床粗铣、精铣转子两端面的凹槽以及槽面螺孔，钻加工中心圆环和外圆周面的螺孔；其中镗床加工全程使用切削液；

c、使用自动背刮刀加工外圆周面的螺孔里端的背刮孔；所述自动背刮刀为数控式自动背刮刀，包括刀片、刀杆和刀座；所述刀杆直径比转子外圆周面的螺孔直径小0.08～0.15mm；所述刀座中设有轴承，所述刀杆后段转动安装在所述轴承中，所述刀杆内设有刀片转轴，所述刀片转轴前端与所述刀片连接，所述刀杆前端设有凹槽供置纳所述刀片，所述刀片的打开和关闭由所述刀片转轴转动实现，所述刀座上设有扭矩驱动器和扭力杆，所述扭力杆与所述刀片转轴连接，所述刀杆内位于所述刀片转轴后端设有安全销，所述刀座连接于机床，所述刀杆由机床主轴驱动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中，粗车加工时圆周半径方向留3mm加工余量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述自动背刮刀加工参数为：转速750～900r/min，进给量28～32mm/min。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述自动背刮刀设有内冷装置，所述自动背刮刀装到机床上后所述内冷装置与机床内冷系统相连。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述自动背刮刀的所述刀杆直径比转子外圆周面的螺孔直径小0.13cm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述自动背刮刀加工参数为：转速800r/min，进给量30mm/min。