水轮机内外配水环导叶轴孔加工方法及其加工装置

摘要

一种水轮机内外配水环导叶轴孔加工方法及其加工装置，包括以下步骤：A.划线；B.校准；C.粗镗外配水环导叶轴孔；D.粗镗内配水环导叶轴孔；E.精镗；F.后处理。本发明具有产品质量稳定、精度高、效率高、工艺简单等特点，其镗铣床性能优良，工艺范围广泛，精度及生产效率高，它具有立柱横向进给、主轴箱垂直进给、方滑枕轴向进给等多个方向进给的能力，镗铣床配合回转台，定位准确，加工件在回转台上能回转360°，能够加工任何角度的孔和平面，保证加工孔、加工面与工件轴线偏离固定角度。对水轮机内外配水环导叶轴孔加工时，保证了导叶轴孔的同轴度和高精度，简化加工工序，提高了产品质量和加工效率，具有良好的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水轮机内外配水环，尤其是涉及一种水轮机内外配水环导叶轴孔加工方法及其加工装置。 

背景技术

水轮机是世界上广泛使用的一种水力发电设备，最高效率能达到90%以上。作为水轮机的重要组成部分，其引水部件包括蜗壳、座环、配水环等。蜗壳位于最外层，从四周包围着座环。座环放置在下环法兰上，座环上、下环之间分布着固定导叶，配水环放置在座环上。座环、配水环尺寸很大，安装过程中受焊接等因素影响，会产生形变，影响装配。而导水机构的连接需要很高的精度要求，传统的现场焊接已逐渐被标准连接所代替，即在工厂内进行精加工和试装配。配水环一般设有16个导叶轴孔，导叶轴孔将内配水环和外配水环贯通，且该导叶轴孔与水平面呈一定角度。现有加工工艺一般是对内外配水环分别进行定位加工，存在着定位不准确、内外配水环导叶轴孔同轴度达不到要求、加工效率不高等缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种水轮机内外配水环导叶轴孔加工方法及其加工装置，改善现有配水环导叶轴孔加工工艺中存在的定位不准确、内外环孔同轴度达不到要求、加工效率低等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水轮机内外配水环导叶轴孔加工方法，包括以下步骤：

A.划线：以外配水环加工面为基准，画出需要镗孔的外导叶轴孔校正线；以内配水环加工面为基准，画出需要镗孔的内导叶轴孔校正线；将座环底部外圆16等分并刻度；将内、外配水环与座环组装固定；

B.校准：将回转台的工装面板设置成倾斜25°，将镗铣床主轴轴心线与回转台中心线校正至同一垂直面位置，确定镗铣床主轴距床身的水平高度，以镗铣床主轴及双头镗刀杆为基准，校正镗杆导座，使之出于良好的滑动配合状态，将镗杆导座固定在支架座上；将回转台上的辊轴支架、座环垫板校正并固定在回转台上；

C.粗镗外配水环导叶轴孔：提高回转台的支持辊轮高度，将座环及内外配水环置于回转台的支持辊轮上，由侧部定位轮驱动旋转外配水环，使座环上第一刻度线与回转台上的0°角度线吻合，降低辊轮高度后，让座环垫板至荷载状态，锁紧压板，固定座环，记录镗铣床主轴及立柱所处坐标位置，粗镗外配水环预留孔，再换端面铣刀，粗铣外配水环预留孔外侧端面；然后松开压板，提高辊轮高度，使座环底面由支持辊轮支撑，旋转侧部定位轮，让座环在回转台上旋转22.5°后降低辊轮高度，让座环垫板至荷载状态，压紧固定座环，依次加工其余预留孔；

D.粗镗内配水环导叶轴孔：提高回转台上支持辊轮高度，由侧部定位轮驱动旋转座环，重新让座环旋转至其第一刻度线与回转台上的0°角度线完全吻合，降低辊轮高度后，让座环垫板至荷载状态，锁紧压板，固定座环，记录镗铣床主轴及立柱所处坐标位置，更换双头镗刀杆，悬出一端由镗杆导座支撑，粗镗内配水环预留孔，刮预留孔孔内侧及外侧端面；然后松开压板，提高辊轮高度，使座环底面由支持辊轮支撑，旋转侧部定位轮，让座环在回转台上旋转22.5°后降低辊轮高度，让座环垫板至荷载状态，压紧固定座环，依次加工其余预留孔；

E.精镗：检查粗镗后各孔的形位尺寸公差，提高回转台上支持辊轮高度，由侧部定位轮驱动旋转座环，重新让座环上第一刻度线与回转台上的0°角度线完全吻合，降低辊轮高度后，将座环垫板13调整至荷载状态，锁紧压板，固定座环，记录镗铣床主轴及立柱所处坐标位置，精镗内外配水环预留孔；

F.后处理：将内外配水环从座环卸下，清除内外配水环毛刺、油污。

一种加工上述水轮机内外配水环导叶轴孔的加工装置，包括回转台，所述回转台包括底座，底座上方设置有工装面板；回转台右侧设置设置有床身，床身上设置有立柱，立柱上设置有升降架，升降架上设置有主轴箱，主轴箱上设置有方滑枕，方滑枕与方滑枕伺服电机和丝杠连接，方滑枕靠近回转台一端设置有主轴，主轴与变速器和主轴伺服电机连接，主轴上设置有双头镗刀杆。

作为优选，所述回转台工装面与底座呈倾角设置，工装面板一端与底座一端铰接，底座另一端设有螺母套，螺母套螺合有丝杆，该丝杆顶端顶住工装面板另一端，所述螺母套上套有齿轮圈，齿轮圈与主动齿轮接触，主动齿轮通过减速器与调整电机连接；工装面板中央设置有垂直于工装面板的支架座，工装面板的周边处设置有多个辊轴支架，辊轴支架上设置有偏心辊轴，偏心辊轴上套设有工件支持辊轮；工件支持辊轮外围设置有侧部定位轮，辊轴支架附近设置有固定螺栓和座环垫板，固定螺栓上设置有压板，支架座顶部设置有镗杆导座，镗杆导座上设置有镗杆支撑孔。

作为优选，所述双头镗刀杆包括刀柄、延长杆，所述刀柄斜面上设置有传动槽，刀柄工作面上设置有延长杆安装孔，刀柄圆柱面上设置有延长杆固定螺丝孔；延长杆上设置有两个刀柄安装孔，延长杆侧面设置有刀柄固定螺丝孔。

本发明具有产品质量稳定、精度高、效率高、工艺简单等特点，其镗铣床性能优良，工艺范围广泛，精度及生产效率高，它具有立柱横向进给、主轴箱垂直进给、方滑枕轴向进给等多个方向进给的能力，镗铣床配合回转台，定位准确，加工件在回转台上能回转360°，能够加工任何角度的孔和平面，保证加工孔、加工面与工件轴线偏离固定角度。对水轮机内外配水环导叶轴孔加工时，可以使用双头镗刀杆同时对配水环内环孔和外环孔进行加工，保证了导叶轴孔的同轴度和高精度，简化加工工序，提高了产品质量和加工效率，具有良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是回转台A向示意图；

图3是图1所示B部分的示意图；

图4是双头镗刀杆的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

图1是本发明的结构示意图，图2是回转台A向示意图，图3是图1所示B部分的示意图，图4是双头镗刀杆的示意图。水轮机内外配水环导叶轴孔加工方法的加工步骤是：A. 划线：以外配水环加工面381为基准，划出外配水环导叶轴孔16-Ф224、25°角度校正线、底面垂直校正线；以内配水环加工面382为基准，划出内配水环导叶轴孔16-Ф140、底面垂直校正线；将座环39底部外圆16等分并刻度，座环39上部端面划垂直校正线。将内、外配水环按图纸要求，找正垂直校正线，与座环39组装固定。

B.校准：将回转台的工装面板2设置成倾斜25°，将回转台1上的辊轴支架4、座环垫板13校正并固定在工装面板2上；将回转台1与内外配水环导叶轴孔与加工镗铣床的主轴27对称校正后固定在底座101上，让镗铣床主轴27轴心线与回转台1中心线校正至同一垂直中心位置，确定镗铣床主轴27距床身17的水平高度，以镗铣床主轴27及双头镗刀杆30为基准，校正镗杆导座15，使之出于良好的滑动配合状态，将镗杆导座15固定在支架座3上。

C.粗镗外配水环导叶轴孔：座环39底面由偏心辊轴5上的工件支撑辊轮8支撑，由伺服电机7驱动偏心辊轴5旋转至高位，以此提高回转台上支持辊轮8高度，由伺服电机11驱动侧部定位轮9来对座环39进行旋转校正，让座环39上第一刻度线与回转台上的0°角度线完全吻合，然后由伺服电机7带动偏心辊轴5旋转至低位，使工件支撑辊轮8与座环39底面分离，让座环垫板13成为荷载状态，锁紧压板14，固定座环39，记录镗铣床主轴27及立柱18所处坐标位置，粗镗外配水环预留孔Ф224、Ф160孔留余量2，主轴转速300r/min，进给量0.2mm/r；换端面铣刀，粗铣外配水环预留孔Ф224外侧端面，尺寸200余量2，主轴转速主轴转速300r/min，进给量0.2mm/r；然后松开压板14，后降低支持辊轮8高度，让座环垫板13至荷载状态，压紧固定座环39，旋转侧部定位轮9，让座环39在回转台1上旋转22.5°后压紧，依次加工其余预留孔。

D.粗镗内配水环导叶轴孔：参照C步骤所述调整方法，重新让座环39旋转至其第一刻度线与回转台上的0°角度线完全吻合，将座环39上刻度线在回转台1上留下精细标记，降低辊轮8高度后，将座环垫板13调整至荷载状态，锁紧压板14，固定座环39，记录镗铣床主轴27及立柱18所处坐标位置，更换双头镗刀杆30，悬出一端由镗杆导座15支撑，粗镗内配水环预留孔Ф140留余量2（选择合适的刀头，也可同时再镗刮外配水环预留孔）；再刮预留孔内侧端面，尺寸765.17留余量1，刮预留孔外侧端面，尺寸100留余量1，主轴转速300r/min，进给量0.2mm/r；松开压板，调低座环垫板，使座环底面由支持辊轮支撑，旋转侧部定位轮，让座环在回转台上旋转22.5°后压紧，依次加工其余预留孔。

E.精镗：检查粗镗后各孔的形位尺寸公差，提高回转台上支持辊轮8高度，由侧部定位轮9驱动旋转座环39，重新让座环39上第一刻度线与回转台上的0°角度线完全吻合，降低辊轮8高度后，将座环垫板13调整至荷载状态，锁紧压板14，固定座环39，记录镗铣床主轴27及立柱18所处坐标位置，精镗外配水环孔Ф224+0.15 0，深1800 -0.15，倒角5.75×45°,Ф160+0.046 +0.021，端面占攻8-M20底孔倒角3×45°；然后松开压板14，后降低支持辊轮8高度，让座环垫板13至荷载状态，压紧固定座环39，旋转侧部定位轮9，让座环39在回转台1上旋转22.5°后压紧，依次加工其余预留孔；

重新让座环39上第一刻度线与回转台上的0°角度线完全吻合，将座环39上刻度线在回转台1上留下精细标记，降低辊轮8高度后，将座环垫板13调整至荷载状态，锁紧压板14，固定座环39，记录镗铣床主轴27及立柱18所处坐标位置，精镗内配水环孔Ф140+0.063 0；刮孔内侧端面，尺寸765.17，刮孔外侧端面，尺寸1000 -0.05，内侧孔沿倒角8.1×45°，外侧孔沿2×45°，主轴转速400r/min,进给量0.15mm/r,占孔用丝锥为M20-H2,占孔用麻花钻为Ф17.5。

F.后处理：将内外配水环从座环卸下，清除内外配水环导叶轴孔毛刺、油污。

参看图1、图2、图3、图4，水轮机内外配水环加工中使用的加工装置，包括回转台1，所述回转台1包括底座101，底座101上方设置有工装面板2，工装面板2与底座101呈倾角设置，工装面板2一端与底座101一端铰接，底座101另一端设有螺母套102，螺母套102螺合有丝杆103，该丝杆103顶端顶住工装面板2另一端，所述螺母套102上套有齿轮圈104，齿轮圈104与主动齿轮105接触，主动齿轮105设置在减速器106输出轴上，减速器106输入轴与调整电机107连接。工装面板2中央设置有垂直于工装面板2的支架座3，工装面板2的周边处设置有多个辊轴支架4，辊轴支架4上设置有偏心辊轴5，偏心辊轴5与减速器6的输出轴连接，减速器6的输入轴与伺服电机7连接；偏心辊轴5上套设有工件支持辊轮8；工件支持辊轮8外围设置有侧部定位轮9，侧部定位轮9的轮轴与减速器10的输出轴连接，减速器10的输入轴与伺服电机11连接；辊轴支架4附近设置有固定螺栓12和座环垫板13，固定螺栓12上设置有压板14，支架座3顶部设置有镗杆导座15，镗杆导座15上设置有镗杆支撑孔16，镗杆支撑孔16平行于底座101。

回转台1右侧设置设置有床身17，床身17上设置有立柱18，床身17底部设置有静压导轨19。立柱18上设置有升降架20，升降架20的传动装置包括丝杠21、升降架驱动电机22，升降架驱动电机22设置在立柱18顶部，丝杠21固定在立柱18上。升降架20上设置有主轴箱23，主轴箱23上设置有方滑枕24，方滑枕24与方滑枕伺服电机25和丝杠26连接，方滑枕24靠近回转台1一端设置有主轴27，主轴27与变速器28和主轴伺服电机29连接。

主轴27上设置有双头镗刀杆30，所述双头镗刀杆包括刀柄31、延长杆32，所述刀柄31斜面上设置有传动槽33，刀柄31工作面上设置有延长杆安装孔34，刀柄圆柱面上设置有延长杆固定螺丝孔35；所述延长杆32轴向为阶梯形结构，延长杆32上设置有两个刀柄安装孔36，可安装两把不同的镗刀，延长杆32侧面设置有刀柄固定螺丝孔37，刀柄固定螺栓孔37垂直于刀柄安装孔36。

双头镗刀杆30使用方法：在主轴27上安装双头镗刀杆30，将刀柄31斜面的传动槽33对准主轴27，锁紧刀柄31。将延长杆32插入延长杆安装孔34中，延长杆32另一端插入工作台的镗杆支撑孔16中，在延长杆固定螺丝孔35中安装固定螺丝，锁紧延长杆32，随后将镗刀安装在延长杆32上，在延长杆侧面刀柄固定螺丝孔37中安装固定螺丝，锁紧镗刀，按划线位置对配水环导叶轴孔进行加工。