百万伏断路器支架国产化制造工艺

鞠建伟

一、前言

我国“十二五”规划的重点，就是大力发展电力事业。自2004年以来，我国就开始规划建设1100kV的输电工程，特高压输电能够提高输送容量，增加经济输电距离，在减少输电损耗、节约线路走廊占地、节省工程投资等方面也具有明显优势。

其中最为核心的部分为双断口ZF6-1100断路器，由于此断路器的结构复杂，技术含量高，大部分的断路器机器关键件仍为整体进口。 为了降低成本、提升国内电气化制造水平、弥补国内空白，全厂上下共同投入到该项目的国产化研发过程中，其中断路器中最为核心的支座被列为该项目主要加工工艺攻关的对象。

二、工艺难点阐述

此工件支座应用在ZF6-1100断路器的变直机构中，承载在分合闸运动的支撑作用，为灭弧室内关键部件，在实际加工中存在以下几点问题：

1.该件图纸极为复杂，读懂图纸难度极大，很难找到准确的加工位置及尺寸。

2.该件为焊件，加工工艺性极差，形位公差及光洁度难以保证。

3.形状复杂，卡压困难。

三、具体的加工工艺过程

1.利用三维软件辅助理解图样

利用UG，SolidWorks等三维软件，将其12种单件绘制成立体图形，然后模拟总装，方便工人对图纸的理解。使工人很直观的对单件关键尺寸，焊接过程之单件与分装、总装的焊接工艺过程控制起到了良好的检查校对作用，有效的避免焊接铆装出现错误；通过运用三维软件对焊后机械加工的模拟装夹，避免了因对工件采用不正确的夹压方式，造成的刀具、夹具干涉问题的发生，对数控机床编程起到了正确的指导性帮助。

2.根据工件的结构特点确定装夹方式

此支座是由12种单件焊接而成，这种对称箱体式结构，整体成镂空状态，刚性较差，减少装夹次数，可有效的控制加工误差，经过其结构研究分析和加工尺寸的分布情况，若完成所有加工最少需要两次装夹。

（1）一次装夹方案的确定。一次装夹由于没有定位基准，只有通过划线来辅助工件在机床上的找正，利用可调V铁工装进行装夹，由于可调V铁工装的中心高度是通过中间的左右旋丝杠进行调节的，这种方式使得左右其支撑块同步运动，便捷的调整出中心高度一致，保证了工件中心与工作台面平行定位，通过机床的工作台B轴旋转和端面加工线，完成工件与工作台垂直方向的定位。

（2）二次装夹方案的确定。二次装夹主要解决卡压空间的问题，只有靠设计、制造专用夹具来保证。夹具设计的原则为：①要有足够的刚性，因为工件重量较沉，要避免变形；②要能够与机床工作台无缝对接，保证与工作台为一体结构；③要保证工件在夹具上能够准确定位，设计出定位基准；④要考虑支撑、压紧装置的合理布局，保证工件在加工过程中不易产生振动。经过技术人员与技师们多次论证，设计出如下夹具，具体的夹具结构见图1。

3.夹具的设计及分析：

（1）夹具的材质选用的是45#调质料，底板尺寸为1167*540*50t，外形大小与工件大小一致。采用50t的45#调质料是为了增强夹具的刚性和强度，有效的避免在夹压工件时夹具变形。

（2）该夹具采用一面两销的定位原理，利用一次加工图1中序号7基准X平面、φ4300.20止口、φ25H8孔定位，夹具的底面用数控龙门镗铣床加工，加工后其平面度在0.03以内，确保夹具与机床之间定位精度。图中的定位装置是设计出φ4300.10*5的定位基准，与图纸中φ4300.20的止口配合，保证工件中心与工作台中心一致，在焊到底板上之后，在数控龙门镗铣床上加工的止口及平面，平面度要求在0.01以内，以确保加工工件两端对基准面的0.05垂直度要求。

（3）提高工件的整体的刚性，避免加工时产生的震动，夹压的变形，从实物效果图中可以看到，在每个加紧装置上都有一个M16的圆头螺栓作为可调支撑，因为工件为焊件，φ710外圆存在焊接后误差，如果用V铁直接定位，该夹具的定位装置及轴销，将失去其定位的作用，工件两侧的法兰端面与底面的垂直度难以保证。

4.机械加工工序编制及特殊刀具选配

（1）定位基准的加工。第一次加工在数控镗床完成，因为数控镗床工作台较大，方便卡压，利用可调V铁工装进行装夹。然后加工出基准X平面、φ4300.20止口，9-φ24孔、φ25H8孔（二次加工定位用）。但是由于数控镗床的主轴转数最高仅为1500r/min，在正常切削时为了避免机床负载过大，实际上给出1000r/min，这样使其加工效率很低，但鉴于本次加工的面及孔较少、方便加压、夹压的稳定高，综合考虑本工序仍数控镗床完成。

（2）使用自制专用夹具及特殊刀具保证关键尺寸。根据前述初步分析，第二次加工要在卧式加工中心完成，用已加工好的φ4300.20止口与自制夹具上的φ4300.10止口定位，用φ25H8孔控制方向，用夹紧装置上的圆头螺栓顶住工件，用胎具上已加工好的螺纹孔拧上双头螺栓，对工件做好支撑和夹压，保证工件在压紧状态下不变形（工件在胎具上自由状态时打表确定数据，在夹压完成后，表针需要回到同样位置）。

加工滑道是采用ZCC.CT PM-4EX-D20-G四刃直柄特长平头立铣刀，该种规格为整体硬质合金刀具最大直径，刀具的特点是适合加工碳素钢、合金钢，最高进给速度可达510mm/min、最高转速可达1750r/min、侧刃最大切深ae=0.02D，侧面加工一定要采用顺铣，保证的60+0.2+0.1，260， ， ；

孔的位置靠近工件中心，普通刀具加工不到，即使自制加长刀杆，光洁度、公差都难以保证，也很难对穿。经研究，选用SANDVIK的防震刀杆，该种防震刀杆目前世界上只有SANDVIK的技术能够真正达到防震目的，内部结构采用特殊的介质，在刀具高速转动时达到动平衡，刀具与刀柄采用Capto5接口连接，以提高刀具的刚性。加工时要求从一侧完成两个孔的加工，以保证对穿。

四、结语

此攻关的成功完成，为该件日后的批量生产提供了宝贵经验。在完善工艺方案同时，将进一步研制组合夹具工装以提高铆装效率和适应产品批量生产的需要。

参考文献：

[1]高德元.机械制造工艺学[M].福州：福建科学技术出版社，1996，34-40.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.