CN111644814B - 风电转子加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明风电转子加工方法，涉及风电类部件技术领域，尤其涉及大型薄壁风电转子的加工方法。本发明方法包括：有限元计算；变形预防；车序粗加工；震动时效；车序精加工；镗序精加工；工件检测七个步骤；本发明的技术方案解决了现有技术中的加工设备昂贵、加工周期长、加工成本高、出产率低等问题。

Description

风电转子加工方法

技术领域

本发明风电转子加工方法，涉及风电类部件技术领域，尤其涉及大型薄壁风电转子的加工方法。

背景技术

随着风电行业的发展，大兆瓦级设计成为主流，所以需要的转子类铸件也越来越多。而这类转子为球墨铸铁件，存在结构简单，壁厚较薄，易变性等的特点，所以目前主要加工方法是利用大型的高精度数控车铣中心加工。大型的数控车铣中心加工费用较高、资源稀缺，很大程度的限制的各铸件供应商成本及市场竞争力。

目前需要一种方法，来解决转子加工的限制，利用目前主流的落地镗铣床加工风电类转子部件。这样可以很好的解决风电转子类铸件的加工瓶颈。

传统工艺方法：

大型风电用转子类铸件有着轮廓大，壁厚薄，尺寸精度高等特点，传统工艺为保证质量通常采用数控车铣中心加工。包括如下工序：粗车加工(车铣机床)、自然时效、精车加工(车铣机床)、铣和钻序(车铣机床)、钳工序；其中大型的数控车铣中心费用昂贵，例如某转子铸件在机床上通常约21天左右的加工周期，从车加工到铣序及钻孔序，都需要在一台机床完成，因此传统工艺方法加工转子铸件有成本高，出产率底等缺点。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的风电转子加工方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

根据上述现有技术提出的加工设备昂贵、加工周期长、加工成本高、出产率低等技术问题，而提供一种风电转子加工方法。本发明主要利用数控立车配合落地镗铣床加工风电类铸铁转子部件的方法，从而达到解决转子类部件加工设备的限制和高成本的限制，同时增加了转子部件的产量，满足目前市场需求的目的。

本发明采用的技术手段如下：

一种风电转子加工方法包括：有限元计算、变形预防、车序粗加工、震动时效、车序精加工、镗序精加工及工件检测七个步骤；

进一步地，有限元计算为：通过有限元的方法对转子铸件在整个装夹过程中的受力情况进行了分析，预判变形趋势及大小并找出解决方案；

例如在立车加工过程中，工件装夹在立车旋转工作台上的支点数量和受力面积如何选取，通过有限元计算模拟装夹的真实情况，根据加工要求添加计算时所需要的边界条件，这样可以准确的判断出转子加工的变形情况，通过工艺中增加支撑点及优化装夹方法，达到控制薄壁件变形的目的。

进一步地，变形预防为：在转子铸件的传统工艺加工中，对比变形的控制十分单一，仅靠自然时效来释放工件中的内部残余应力，而对于加工时装夹及其他外力引起的变形影响缺没有太多的解决方案，更多的是凭借工艺员本身加工经验来控制；

而本发明根据工艺要求制定装夹方案，将所有压紧点和支撑点利用3D进行建模，再利用有限元分析将装夹进行模拟，计算出装夹变形，计算后与实际情况进行多次比对得到准确结果。

进一步地，车序粗加工为：转子装夹于立车圆形工作台上，根据工艺对装夹强度分别取4～10个支撑点均匀支撑调节；利用数控立车对所有车序涉及的加工面进行粗加工，根据工件特点做好留量规定，保证变形误差在留量范围内；

进一步地，震动时效为：利用震动对工件进行震动时效，去除内部残余应力，保证加工时不会由于内部应力导致的变形；

进一步地，车序精加工为：按照工件变形情况，制定装夹要求。将立车序所有面进行精加工，加工时注意精度较高的位置增加半精工序，随时监测加工表面粗糙度及尺寸；

进一步地，镗序精加工为：

a、按照工件特点制作工装，将工件完全托起；这样装夹放置保证转子加工过程中不变形；不建议将转子立起加工，这样装夹会使转子受力失衡，导致变形量过大，无法控制加工精度；装夹时打表检测转子外圆圆柱度，要求通过找正放置使转子中心与工作台同心；打表检测上、下两端面，保证转子平面度；

b、采用数控落地镗床自带镗杆加工外圆上螺纹孔，此位置注意编程角度问题，如果角度无法被整除，则存在累计误差，导致第一排孔与最后一排扣位置度相差较大；所以编程时用计算工时方法，如B＝360/X*N，这样可以减少累计误差影响；

传统工艺中，此类风电转子在工件内部加工内容多且精度要求高，转子竖立装夹变形很大，无法满足高精度的要求，所以这类转子部件不适用数控落地镗床加工，为保证要求只能选择昂贵的大型数控车铣来作为精加工设备；

在对转子工艺优化后，利用特制的两种铣头(加长垂直铣头，特制直角铣头)可以有效的解决数控镗床无法加工的问题，具体用法如下：

c、将加长垂直铣头装于数控落地镗床上，加工端面上螺纹孔和铣槽等图纸要求，利用垂直铣头加工时注意切削参数的配合，多次调试获得最佳切削参数配合，加工时保证高精度要求；加长垂直铣头在采用Y轴进给切削加工端面上螺纹孔及凹槽时，延伸较长，需注意切削参数的调试。

d、将特制直角铣头装于数控落地镗床上，加工转子内部普通铣头加工不到的位置；使用特制直角铣头注意定心误差，需要激光跟踪仪或其他检测工序辅助来确定误差大小，并且通过程序补偿对其进行校正；特制直角铣头用于加工内壁上或腹板侧面加工不到的位置，采用Z轴反向进给或者X轴向进给，加工一些只有车铣机床才能加工到的位置。

进一步地，工件检测为：还原加工状态，在平台上将加工时支撑位置再次进行支撑调整，检测平面度是否与加工时一致，保证检测准确性。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的风电转子加工方法，简化了风电转子部件加工工艺；

2、本发明提供的风电转子加工方法，降低了风电转子部件精加工设备要求；

3、本发明提供的风电转子加工方法，降低了加工所需的成本；

4、本发明提供的风电转子加工方法，提高了加工效率；

5、本发明提供的风电转子加工方法，解决了利用镗床加工转子部件的瓶颈以及薄壁件的变形控制，达到了数控镗床高效的做转子精加工的目的，实现了转子加工成本的缩减，提高公司市场竞争力。

综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的加工设备昂贵、加工周期长、加工成本高、出产率低等问题。

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明转子装夹支撑点结构示意图；

图2为本发明采用加长垂直铣头进行Y轴加工结构示意图；

图3为本发明采用特制直角铣头进行X轴、Z轴加工结构示意图；

图4为本发明加长垂直铣头结构示意图；

图5为本发明特制直角铣头结构示意图。

图中：1、支撑点 2、特制直角铣头 3、加长垂直铣头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种风电转子加工方法包括：有限元计算、变形预防、车序粗加工、震动时效、车序精加工、镗序精加工及工件检测七个步骤；

有限元计算为：通过有限元的方法对转子铸件在整个装夹过程中的受力情况进行了分析，预判变形趋势及大小并找出解决方案；通过有限元计算模拟装夹的真实情况，根据加工要求添加计算时所需要的边界条件，这样可以准确的判断出转子加工的变形情况，通过工艺中增加支撑点及优化装夹方法，达到控制薄壁件变形的目的；

变形预防为：根据工艺要求制定装夹方案，将所有压紧点和支撑点利用3D进行建模，再利用有限元分析将装夹进行模拟，计算出装夹变形，计算后与实际情况进行多次比对得到准确结果；

车序粗加工为：转子装夹于立车圆形工作台上，根据工艺对装夹强度分别取4～10个支撑点均匀支撑调节；利用数控立车对所有车序涉及的加工面进行粗加工，根据工件特点做好留量规定，保证变形误差在留量范围内；

震动时效为：利用震动对工件进行震动时效，去除内部残余应力，保证加工时不会由于内部应力导致的变形；

车序精加工为：按照工件变形情况，制定装夹要求。将立车序所有面进行精加工，加工时注意精度较高的位置增加半精工序，随时监测加工表面粗糙度及尺寸；

镗序精加工为：

a、按照工件特点制作工装，将工件完全托起；这样装夹放置保证转子加工过程中不变形；不建议将转子立起加工，这样装夹会使转子受力失衡，导致变形量过大，无法控制加工精度；装夹时打表检测转子外圆圆柱度，要求通过找正放置使转子中心与工作台同心；打表检测上、下两端面，保证转子平面度；

b、采用数控落地镗床自带镗杆加工外圆上螺纹孔，此位置注意编程角度问题，如果角度无法被整除，则存在累计误差，导致第一排孔与最后一排扣位置度相差较大；所以编程时用计算工时方法，如B＝360/X*N，这样可以减少累计误差影响；

c、将加长垂直铣头3装于数控落地镗床上，加工端面上螺纹孔和铣槽等图纸要求，利用垂直铣头加工时注意切削参数的配合，多次调试获得最佳切削参数配合，加工时保证高精度要求；加长垂直铣头3在采用Y轴进给切削加工端面上螺纹孔及凹槽时，延伸较长，需注意切削参数的调试。

d、采用特制直角铣头2装于数控落地镗床上，加工转子内部普通铣头加工不到的位置；使用特制直角铣头2注意定心误差，需要激光跟踪仪或其他检测工序辅助来确定误差大小，并且通过程序补偿对其进行校正；特制直角铣头2用于加工内壁上或腹板侧面加工不到的位置，采用Z轴反向进给或者X轴向进给，加工一些只有车铣机床才能加工到的位置。

工件检测为：还原加工状态，在平台上将加工时支撑位置再次进行支撑调整，检测平面度是否与加工时一致，保证检测准确性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种风电转子加工方法，其特征在于，所述的风电转子加工方法包括：有限元计算、变形预防、车序粗加工、震动时效、车序精加工、镗序精加工及工件检测七个步骤；

所述的有限元计算为：通过有限元的方法对转子铸件在整个装夹过程中的受力情况进行了分析，预判变形趋势及大小并找出解决方案；通过有限元计算模拟装夹的真实情况，根据加工要求添加计算时所需要的边界条件，这样可以准确的判断出转子加工的变形情况，通过工艺中增加支撑点(1)及优化装夹方法，达到控制薄壁件变形的目的；

所述的变形预防为：根据工艺要求制定装夹方案，将所有压紧点和支撑点(1)利用3D进行建模，再利用有限元分析将装夹进行模拟，计算出装夹变形，计算后与实际情况进行多次比对得到准确结果；

所述的车序粗加工为：转子装夹于立车圆形工作台上，根据工艺对装夹强度分别取4～10个支撑点(1)均匀支撑调节；利用数控立车对所有车序涉及的加工面进行粗加工，根据工件特点做好留量规定，保证变形误差在留量范围内；

所述的震动时效为：利用震动对工件进行震动时效，去除内部残余应力，保证加工时不会由于内部应力导致的变形；

所述的车序精加工为：按照工件变形情况，制定装夹要求；将立车序所有面进行精加工，加工时注意精度较高的位置增加半精工序，随时监测加工表面粗糙度及尺寸；

所述的镗序精加工为：

a、按照工件特点制作工装，将工件完全托起；这样装夹放置保证转子加工过程中不变形；不建议将转子立起加工，这样装夹会使转子受力失衡，导致变形量过大，无法控制加工精度；装夹时打表检测转子外圆圆柱度，要求通过找正放置使转子中心与工作台同心；打表检测上、下两端面，保证转子平面度；

b、采用数控落地镗床自带镗杆加工外圆上螺纹孔，此位置注意编程角度问题，如果角度无法被整除，则存在累计误差，导致第一排孔与最后一排扣位置度相差较大；所以编程时用计算工时方法，B＝360/X*N，这样可以减少累计误差影响；

c、将加长垂直铣头(3)装于数控落地镗床上，加工端面上螺纹孔和铣槽图纸要求，利用垂直铣头加工时注意切削参数的配合，多次调试获得最佳切削参数配合，加工时保证高精度要求；

d、采用特制直角铣头(2)装于数控落地镗床上，加工转子内部普通铣头加工不到的位置；使用特制直角铣头(2)注意定心误差，需要激光跟踪仪或其他检测工序辅助来确定误差大小，并且通过程序补偿对其进行校正；

所述的工件检测为：还原加工状态，在平台上将加工时支撑位置再次进行支撑调整，检测平面度是否与加工时一致，保证检测准确性。

2.根据权利要求1所述的风电转子加工方法，其特征在于，所述的加长垂直铣头(3)在采用Y轴进给切削加工端面上螺纹孔及凹槽时，延伸较长，需注意切削参数的调试。

3.根据权利要求1所述的风电转子加工方法，其特征在于，所述的特制直角铣头(2)用于加工内壁上或腹板侧面加工不到的位置，采用Z轴反向进给或者X轴向进给，加工一些只有车铣机床才能加工到的位置。

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