水轮机顶盖底环在铣床上的镗孔加工

胡群娇

（南宁发电设备总厂，广西 南宁 530031）

水轮发电机组的顶盖、底环是水轮机导水机构中的重要零件，根据水头高低、机组大小不同，顶盖、底环上都会分布有12～24组导叶孔，而且有严格的同轴度加工要求。一般情况下，导叶孔是在镗床上利用同镗工具，通过同镗加工来保证同轴度要求的。而顶盖、底环属于大而扁的零件，其外型尺寸一般都比较大，因此，小型的镗床设备是无法完成的，需要使用比较大的镗床设备并配套同镗加工装置才能完成，设备投资大，加工的成本比较高。

我们通过对现有的德产FSS400-Y立式铣床进行适当改造，并改变传统的同镗工艺，大胆采用新的镗孔方法，就可以实现在铣床上进行顶盖、底环的镗孔加工，减少了对委外加工的依赖。更重要的是，其他类似产品的镗孔，也可以在铣床上完成了，操作简单，经济实用。

以下是铣床改造及镗孔加工方法介绍。

1 现有铣床设备的现状及改造方法

FSS400-Y德产铣床各种参数，跟国产X53T铣床差不多，其主轴端面至工作台距离为60～550 mm，工作台尺寸为1800 mm×425 mm，工作台最大负载为8000N，铣床动力充足，精度良好，主轴的轴向进给是通过手轮人工进刀，无自动走刀装置，主轴端面可安装铣刀盘，且机床上原配置有一台可利用的变频器。为此，我们对设备进行如下改造：

1.1 设计安装主轴自动进给装置

水轮机顶盖、底环的材质，一般采用Q235-A组焊或铸钢整体铸造，对高水头或多泥沙电站，过流面一般要求镶嵌10～16 mm的不锈钢面板，根据零件材质及导叶孔加工的精度要求，要在铣床上完成镗孔加工，首先必须对铣床主轴的轴向进给机构进行改造。

图1 顶盖底环同轴定位

为此，我们设计制造了一套外置的主轴自动进给装置，即选用一台NMRV-063铝壳箱型蜗轮减速箱，速比i=50，用一台YS7124-4-370 W电机作动力源，且电机与机床上原配置的变频器组合起来，从而实现轴向自动进给速度的调节。减速机输出端，用一副i=100、模数为1.5的齿轮副作为二级减速。拆下机床上原主轴轴向进给手轮，改挂齿轮副的从动齿轮，蜗轮减速箱与电机直联后固定于铣床动力头的右侧，接上电源，就可以实现镗孔的轴向自动进给了（如图2）。

图2 底环镗孔

1.2 设计镗刀杆

根据镗孔尺寸，我们设计制造了一套差动镗刀杆，镗杆上端做成燕尾滑块形式，这样，镗杆的可加工孔径范围就比较宽，镗刀的横向进给采用螺旋进给，并辅以刻度盘，这样，进刀就比较方便准确，减少加工时的辅助时间，燕尾滑块上端加工有一个定位止口及键槽，保证了镗杆与主轴的准确定位，整个镗杆用螺栓及平键与铣床主轴端连接。

1.3 设计工件辅助平台

顶盖的总质量为2800 kg，外径为Φ 2240 mm，而铣床工作台的最大负载才是8000 N，工作台尺寸也仅为1800 mm×400 mm，因此无法把工件直接装夹在工作台上。为了解决这个问题，同时也为了镗孔方便找正，我们在机床前方安装两个辅助支承平台，要求支承平台能承受工件的大部份重力，每个支承平台有一套调节机构，由T型螺杆、T型螺母、锁紧螺母、钢球和顶紧螺母等组成，用于调节工件与铣床工作台等高（如图2）。

这样，工件重力就由铣床工作台及两个T型螺杆共3个支撑点来共同完成，并且两个辅助平台承受大部份的工件重力，当调整工件高度或少量的左右移位时，可以利用钢球的滚动来完成，比较方便省力，调整完成后，顶紧螺母上旋，顶紧工件，工件重力由球面支撑转为平面支撑，同时夹紧，就可以开始镗孔。当镗完一个孔转一定角度镗下一个孔时，找正第二孔就可以落下顶紧螺母，用两个钢球的滚动来左右微调工件找正。

2 采用新工艺保证同轴度加工要求

传统的顶盖、底环加工，为了保证导叶孔的同轴度，采用的加工工艺是顶盖、底环分别划线，然后上镗床，按线均布镗出顶盖全部导叶孔，底环则按线镗出对称的两个导叶孔供定位用（这两个孔划线、镗孔要求准确），加工两条芯棒，在划线平台上把合顶盖、底环，用两条芯棒定位，同时打表检查顶盖、底环的内孔同轴度，最后螺栓收紧顶盖、底环，整体吊上镗床，装夹好，就可以以已镗好的顶盖孔为基准，镗底环孔，从而保证两者的同轴度。

利用上述改造的铣床来镗孔，只要整体把合后的顶盖、底环总高度在铣床的轴向行程内，是可以采用的。但如果总高度超过了铣床的轴向进给范围，这种镗孔工艺将无法实施。对于超过轴向进给行程的顶盖、底环，我们采取如下加工工艺：

顶盖、底环分别划线，镗出顶盖的全部导叶孔合尺寸，底环的孔粗镗（留5 mm余量供精镗），另外对称精镗出2个孔供定位，顶盖上除了2个供定位用的孔外，其余孔各加工一个10 mm定位圆板（要求与孔过渡配合），每个圆板套打入顶盖导叶孔，顶盖、底环用两条芯棒定位，用与上述相同的方法把合找正顶盖、底环，然后每个定位圆板用螺杆穿过底环导叶底孔对称均匀收紧（如图1），用表复查顶盖、底环内孔同轴度，最后吊开顶盖，底环吊上铣床工作台，以紧固在底环上定位圆板作为镗孔基准，用百分表找正，然后夹紧工件，拆下定位圆板，就可以开始底环镗孔。每镗完一个孔，旋转工件到下一个孔，用同样的方法找正定位圆板，再镗第二个孔，如此类推。

利用这个方法，可以不必把顶盖、底环整体把合同镗，就可以保证顶盖、底环的同轴度加工要求，避免了对大型镗床设备的依赖，是一种比较简单、灵活且实用的镗孔加工方法。

3 结束语

利用这台改造过的铣床，采用这种镗孔工艺，我们先后完成了云南南汀河、落水洞等电站的顶盖、底环的镗孔加工，最后都能达到图纸要求。同时，经过改造后的铣床，同时具备了镗铣的功能，特别对较大尺寸的宽扁类零件的镗孔，都可以完成了，解决了小企业对委外镗孔加工的依赖。同时，通过对设备进行局部改造，能有效地提高设备的综合利用率，从而提高企业的经济效益。

[1]刘大恺.水轮机[M].北京：中国水利水电出版社，1997.

[2]吴圣庄.金属切削机床概论[M].北京：机械工业出版社，1984.