可倾轴瓦块的加工和测量技术研究＊

程 萍 张远海

(①绍兴职业技术学院，浙江 绍兴312000;②申科滑动轴承股份有限公司，浙江 诸暨311800)

可倾瓦轴承具有抗振动能力强、承载能力高、功率损失小等优点，尤其它的高速稳定性非常好，不易发生油膜振荡，因此在离心式压缩机中普遍应用。从结构上看，它主要由轴承壳体、定位销和瓦块构成。本次生产的可倾瓦轴承内含5 片瓦块，沿轴颈的周围均匀分布，如图1 所示。瓦块与轴颈有正常的轴承间隙量，每块瓦的外径都小于轴承壳体的内径，瓦背圆弧与轴承壳体内孔是线接触，它相当于一个支点，当机组转速、负荷等运行条件变化时，瓦块能在轴承体的支撑面上自由地摆动，自动调节瓦块位置，形成最佳润滑油楔［1-2］。下面从可倾瓦轴承的结构出发，重点介绍瓦块的加工与测量技术。

1 瓦块加工难点分析

图2 为瓦块的零件图，在分析图纸及前期的加工、测量和装配过程后，发现有以下几个难点需要解决:

(1)瓦块的内径、外径圆弧不同心，内表面为主要加工面，尺寸为R17.5+0.155+0.130mm，如何来保证这个尺寸精度及如何测量。

(2)内表面粗糙度0.4 μm 如何保证。

(3)两个不同心的圆弧表面的中间厚度为8-0.055-0.075mm，如何来保证这个尺寸精度及如何测量。

(4)在对轴承进行装配时发现，必须要保证瓦块的上下等厚度在0 ～0.015 mm 范围内，否则就会安装不起来，应选择何种加工方法来保证它。

2 瓦块加工工艺

在机械加工工艺过程中，针对工件的结构特点和技术要求，要采用不同的加工方法和装备，按照一定的顺序依次进行加工才能完成由毛坯到零件的过程。工件的机械加工有许多方法，加工的目的是要使工件获得一定的加工精度和表面质量，工件加工精度包括尺寸精度、形状精度和表面相互位置精度。对于本次加工的瓦块工件来讲，主要保证的加工精度包括R17.5 mm圆弧面和厚度8 mm 的尺寸精度及内外圆弧面的圆柱度等;而表面质量主要是指瓦块内圆弧面的粗糙度等［3］。在拟定瓦块的加工工艺路线时应考虑以下几点［4］:

(1)先粗后精。在安排加工顺序时应将各表面的粗加工集中在一起首先进行，主要目的是切除各表面上的大部分余量，及时发现毛坯缺陷，提高生产效率;然后再依次集中进行各表面的半精加工和精加工，保证各主要表面达到图样要求。

(2)先主后次。工件的加工应先安排加工主要表面，后加工次要表面，因为主要表面往往要求精度较高，加工面积较大，容易出废品，应放在前阶段进行加工，以减少工时浪费，次要表面精度要求较低，又与主要表面有位置要求，应在主要表面加工后进行加工。

(3)减少工件装夹次数，保证工件表面间的位置精度。

针对以上几点，结合瓦块的特点，充分考虑了加工成本等因素，我们初步有两种加工方案:

方案一:选用Φ50 mm 的棒料，先在数控车床上加工外轮廓至尺寸，然后在数控铣床或加工中心上加工出内轮廓，接着再利用线切割割成5 块瓦，接着再次回到数控铣床或加工中心上加工瓦块的另一端，并钻孔，具体步骤如图3 所示。

此方法虽然减少了材料浪费，并且一次能加工出5 个瓦块，可以用于同组使用，但是在加工至第二步，即用铣刀加工内表面时，由于内孔较小，冷却液无法完全进入，导致了工件内表面烧伤，无法达到图样要求的表面精度;另外，此方法要用到的机床种类较多，装夹次数也多，因此并不适合于该工件。

方案二:选用方料，在数控铣床或加工中心上加工。

该方法只需要一种机床三次装夹就能加工完成，不仅加工方便，而且精度上完全能满足要求。具体操作如下:

材料:由于本次加工的瓦块尺寸较小，这里选用的毛坯是尺寸为36 mm×25 mm×15 mm 的45#立方体。

第一步:用平口钳夹住3 ～4 mm 的毛坯，留出的高度为32 mm;然后进行对刀，工件坐标原点与程序的坐标原点一致。如图4 所示。

第二步:对好刀后，首先沿着最大的轮廓进行粗加工，即图4 中的外轮廓，因为毛坯只在下端夹住3 mm左右，所以背吃刀量要小一些，这里选用的是Φ16 mm的铣刀，转速为600 r/min，下刀量为3.5 mm，进给量为200 mm/min，加工余量为0. 2 mm，加工至深度32.2 mm为止，加工的时间为7 ～8 min 左右。加工完外轮廓之后，再加工凸起的R21.5 mm 与R22 mm 轮廓，也是用Φ16 mm 的铣刀，加工深度为2.5 mm，加工的时间在40 s 左右。完成粗加工后，再换一把精加工的Φ16 mm 铣刀进行精加工，转速为3 000 r/min，进给量为500 mm/min，控制尺寸到位，所加工的时间在5 min 左右。到此，上表面的R21.5 mm 与R22 mm 的圆弧面及四周轮廓面加工完成，即除下端的凸台及工件总长度34 mm 外，其余部分已加工完成。

第三步:掉头加工另一端的凸台，并保证图2 左视图中的尺寸34 mm。这里需要一个辅助夹具，然后用Φ16 mm 的铣刀加工凸起的轮廓，同样采用先粗后精的加工顺序。如图5 所示。

第四步:最后用钻头加工中间Φ5 mm 的孔，孔深3.5 mm，至此，工件加工完成。

3 工件关键尺寸的测量

工件加工完成后，需要检查工件加工精度，大部分尺寸的测量一般可以依靠常用测量工具来直接完成，如千分尺等，而有些尺寸却不能直接测量出来，如上述讲到的

4 实验分析

按照上述工艺方案及测量方法，这里分2 组对该工件进行了试加工，每组做了5 件，加工编程借助了CAXA 软件，由于除一端的凸台和Φ5 mm 孔(次要加工面)外，其余部分都是在一次装夹下完成的，所以10个工件尺寸全部都符合要求;另外，在上述合理的切削用量下加工出来的工件，内表面的粗糙度也符合要求。实际上，按照这种加工方法加工出来的工件，其误差大小主要取决于机床误差和刀具磨损引起的加工误差，因此大大降低了废品率。

另外，前面提到工件上下有等厚度要求，如果安装及加工方法不正确的话，就可能出现工件尺寸虽然符合要求但却达不到等厚度要求的现象，如同一工件的上端厚度为(8-0.057)mm，下端厚度为(8-0.075)mm，虽然都在公差范围内，但是等到轴承装配时就会出现困难，即使装上轴承的使用寿命也会降低，因此大部分会做废品处理。这里我们对该尺寸测得的数据进行了统计，如表1 所示。

从表中的数据可知，零件的等厚度满足0 ～0.015 mm的要求，因此这种加工方法无论从成本上还是生产效率上都是最优的。

表1 2 组数据的比较 mm

［1］龚学清. 可倾瓦轴承制造工艺研究［J］. 东方汽轮机，2000(3):25 -31.

［2］王永亮，刘占生，钱大帅.可倾瓦轴承瓦块摆动特性［J］.哈尔滨大学学报，2011，43(9):62 -66.

［3］刘守勇.机械制造工艺与机床夹具［M］. 北京:机械工业出版社，2007:1 -26.

［4］华茂发. 数控机床加工工艺［M］. 北京:机械工业出版社，2011:62 -64.