试论超临界汽轮机轴承箱球面瓦座数控加工

吉昌健

试论超临界汽轮机轴承箱球面瓦座数控加工

吉昌健

（东方电气集团东方汽轮机有限公司，四川 德阳 618000）

在超临界汽轮机机械构件加工过程中，应将加工重点放在球面瓦座加工上，确保整个系统结构稳定性，得到运行性能较好的汽轮机设备。主要针对超临界汽轮机轴承箱球面瓦座数控加工方法进行研究，从轴承座加工精度分析、球面零件误差及分析、加工方法及改进策略等方面入手，具体分析球面轴承座数控加工工艺，以便提高加工效率及质量，为机械生产提供有效工具。

超临界汽轮机；轴承箱；数控加工；球面瓦座

随着机械零件加工技术的发展，大量先进技术被运用到超临界汽轮机球面轴承面加工中，一定程度提高了汽轮机运行性能，为电力生产作业高效开展提供了设备保障。尤其在人们对电力需求越来越多的背景下，进行汽轮机的开发已经受到社会广泛关注，大功率汽轮机已成为主要机型，超临界汽轮机在市场上占有重要比例。

1 球面轴承座加工精度分析

随着科技的发展，社会中对电力的需求也相继扩大，进而加快了大功率汽轮机的研究步伐，而大功率汽轮机也已经成为当下发展过程中的主要机型。而超出600 MW的超临界汽轮机组在整个市场中所占的份额也相继增加，当下全世界范围内超出600 MW以上的轴承座都是一种球面的轴承结构，此结构能够提升轴承之间的配合度，减轻机组操作中所出现的振动问题[1]。下面以超临界汽轮600 MW的设备轴承箱为例，其轴承箱座是一种球面结构，球面轴承座的主要优势是能够促进轴承体球面对中心位置进行自动调节，保证其中各轴瓦之间能够实现均匀受力，还可以进一步简化轴承体和轴承座之间的刮研工作，确保接触面的面积不低于70%。

2 数控车床加工球面零件的误差及分析

实际上，不存在绝对刀尖Q，为了进一步提升刀具的抗磨性，数控机床中大量使用的硬质合金刀片都经过了处理，并形成标准圆弧过渡刀刃。在刀偏量设置中，Q固定切削点实际上并不存在，其位于刀具圆弧过渡刀刃方向和方向两个切线交点，属于一种假象刀刃。真正实施切削活动的是圆弧过渡刀刃。而在球面加工中，因为刀尖中的两个圆弧公切线在不同位置上，其方向会产生一定变化，刀具切削实际位置也在圆弧中不断改变，切削工作实际上是各点单独完成的。这种情况下，工件表面发生线也不再是Q刀尖的运行轨迹，而是刀尖圆弧刀刃运动中所产生的包络线，从而导致编程过程中，实际发生线和目标发生线之间产生差异，出现加工误差。

开环或半闭环系统内数控机床缺少补偿功能，因此在球面加工中容易出现误差。比如在圆柱体中，把圆柱实体放大，并对垂直于、的一面和圆柱左侧进行观察，其中还包括两种偏心圆弧，具体如图1所示。由于机床系统参数内，在方向中的间隙值是空白的，并没有填写，或填写上去的间隙补偿值实际上远远小于反向间隙现实操作数值，圆柱长度和间隙补偿量所缺少的数值以及加工球面直径之间呈现出一种正比形式。其之间的联系是，左半球的偏心量和间隙补偿量少填写的部分相同。针对这种问题，对方向中的间隙补偿值进行重新填写，确定方向间隙值主要包括以下两种方法：①通过千分表对方向中的反向间隙数值进行重新测量；②结合试加工中零件圆柱体的实际长度数值，对间隙补偿值中所缺少的内容进行准确计算。实际操作过程中，通常采用两种方法组合方式，促进两种方法之间进行互相补充，尤其是在一些直径较大的圆球加工作业中，需要进一步加强注意。

图1 球Z向中心左侧中的圆柱体

3 加工方法

在超临界汽轮机加工球面轴承面加工方法选择上，根据轴承瓦座结构尺寸参数特点，选择适当的加工技术。因此，在实际数控加工中，应首先改进球面瓦座加工手段，得到性能优良的汽轮机设备。通常来讲，用于球面轴承面数控加工的轴承座宽度约为230 mm，球面瓦座直径为∮665 mm，在固定好待加工零件后可进行镗削加工。在普通镗床加工上，要利用成型刀具，进行轴承表面加工。但是由于球面表面积较大，进行切削加工时会使刀刃接触面积大，由此造成较大切削力，这是影响加工精度的主要因素[2]。

随着球面轴承面加工技术的发展，逐渐产生数控机床加工工艺，能满足球面瓦座加工要求，降低了加工难度，并且极大程度提高了加工精度，是数控加工应用优势的体现。加工操作中，要遵循以下加工流程：加工球腔—拆去上半—加工空刀。只有保证加工工艺合理选择的条件下，才能保证加工效果。实践表明，数控机床加工技术在解决球面轴承面加工难题上有着较好应用性，可减少手工切削中引起的误差。今后数控加工技术发展应主要针对提高加工精度，利用数字信息控制刀具和零件等位移，提高加工操作的规范化，有效解决零件形状复杂、精度高、批量小等问题，提高球面轴承面加工精度自动化和高效性，确保球面瓦座在超临界汽轮机结构中有效应用。

数控加工主要是在制定好加工程序后，自动进行切削加工，得到需要的零部件。在超临界汽轮机球面轴承面加工中，在编制加工程序时，要重点解决空刀槽和球面轴承孔的加工难题。针对这一问题，在数控加工镗床上采用平旋盘加工工艺，通过固定的数控加工程序完成轴承孔加工，确保加工精度。具体来说，球面瓦座加工效果好坏是决定超临界汽轮机运行效益的主要因素，本文主要探讨了大直径球面瓦座数控加工方法，还要不断进行加工工艺的创新和优化，为类似零件加工提供有效的加工方法，提高生产加工的经济效益和社会效益。

4 加工方法的改进

4.1 常见的球面瓦座加工方法

在球面瓦座零件加工中，通常采用切削的方式，下面将具体阐述几种典型的加工方法：①双手控制法。在进行单件球面瓦座零件加工时，可选择双手控制的加工方法，通过操控中、小拖板的运动过程，切削出需要的球面结构。这一方法操作简单，但只适用于小尺寸球面加工中。②成形车刀法，指利用成型车刀切削外球面，采取切入方式进行零件加工，确保加工精度和效率。实际加工时，要保证刀刃口和被加工球面表面母线一致。加工过程中，要保证加工工具表面精度较高，准备专用的切削刀具可保证加工精度[3]。③运用数控机床加工方式。采用这种加工方式，满足加工高精度的要求，能达到设计尺寸要求，但加工成本较高。上述加工技术的运用，满足不同类型的球面轴承面加工需求，尤其在信息化技术不断发展的情况下，数控加工手段在球面轴承面零件加工方面取得了广泛应用，机械加工领域加大了对数控加工技术改进方法的研究，旨在提高加工效率及质量。

4.2 改进后的超临界汽轮机球面轴承面加工技术

球面轴承面零件尺寸较大，并且加工设备条件有限，为这类零件加工带来较大不便。为了提高加工效益，要在原有加工技术基础上不断改进。以铣削法为例，在利用这一加工技术进行零件加工时，能保证球面加工质量较好，可将粗糙度控制在1.6～6.4 μm范围内，符合图纸设计要求。并且铣削法加工设备简单，相对于镗模切削加工技术来讲，切削效率明显增加。另外，铣削加工工艺系统结构相对简单，实际加工中应用的工装夹具有所减少，由此减少了加工中的累计误差，可提高加工精度。从加工装置装夹找正过程看，操作与加工较为方便，可采用试切法找准两条转轴线，使其相交后确定固定位置，从而提高了零件表面加工精度，误差范围较小。

实际操作中，应注意以下问题：①刀具上刀杆长度不宜过长，防止出现振刀现象，提高刀具加工时的稳定性；②两把刀具刀头尺寸和形状要尽可能保持一致，确保刀盘受力均衡；③进行工作台上的装夹操作时，将加工零件尽可能靠近侧铣头。随着球面瓦座加工经验的不断积累，球面轴承面加工技术持续改进，利用铣削法加工原理，进行超临界汽轮机轴承面球面瓦座加工设备的设计和研发，能为各类球面瓦座加工提供设备支持，确保加工效益。从工程实践可看出，借助铣削法进行球面加工，能明显体现出加工优势，应加大对这类加工手段的推广，将其应用在数控加工中，进而提高零件生产加工质量。

5 结论

综上所述，在电力生产领域不断发展的背景下，超临界汽轮机在生产实践中取得较好运用，这类汽轮机主要运用球面轴承构件，主要起到减轻结构振动和提高轴承作业精度的作用，能实现预期设备运行效果。因此，有必要加大对超临界汽轮机球面轴承面数控加工技术的研究，改进加工工艺，确保最终的运行效果，为各项生产作业提供需要的机械设备，并在实践中实现球面轴承面加工技术的改进和推广。

［1］郑国，郑华秀.汽轮机轴承座洼窝现场机加工车削工艺实践［J］.设备管理与维修，2017（12）：139-141.

［2］吴业斌.汽轮机轴承箱机械加工工艺［J］.科技与企业，2016（6）：210.

［3］王琦.超临界汽轮机轴承箱球面瓦座数控加工［J］.装备制造技术，2010（2）：165，176.

TG659

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.054

2095－6835（2019）14－0120－02

〔编辑：严丽琴〕