大型透平盘液压自动让刀拉削系统结构的研究分析

彭会文 王 梅 赵西松

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110034）

1 引言

透平盘的榫槽为棕树型，一般都采用拉削的方法加工，普通发动机的透平盘所用的设备由侧卧拉、立拉和普通卧拉。侧卧拉、立拉是可以自动拉削的，设备一般都是进口，价格昂贵。普通卧拉设备简单，可用国产设备，费用低。对于大型透平盘的加工，采用侧卧拉、立拉加工，进口设备及其昂贵。采用普通卧拉的方法加工存在以下的问题：（1）由于盘的尺寸大，槽口尺寸也大，需要拉刀的长度长，数量多。人工上刀和抬刀的工作量大，工人的劳动强度大，加工效率低。（2）由于盘的尺寸大，重量重，定位和锁紧的力比较大，人工锁紧不仅费力，可靠性也不好，一旦工件错位，整个盘就要报废，损失是巨大的。为了保证采用普通卧拉的方法加工大型透平盘，必须有一套液压控制可自动让刀、分度、锁紧的夹具系统。下面就对某大型燃机的透平盘的拉削夹具的设计研究的过程进行一下介绍。

2 工件简介与工艺分析

2.1 零件特点分析

大型透平盘是燃机动力涡轮的主要零件，它工作在高温环境下，材料是耐高温的，比较难加工。以重燃三级透平盘为例，它加工的切削力大，对设备和工装的强度要求都很高，加工难度很大。采用普通卧拉的方法加工，经过计算和分析，共需要46把拉刀，也就是每个槽都需要46把刀才能加工完成，共有74个槽，拉削完一个盘需要3404次拉削。

2.2 加工方案的选择

根据目前设备情况，零件榫槽的加工可以有两种方法。第一种方法是采用数控铣加工，但加工费用高，加工效率低，而且榫槽加工的精度比较低，一致性不好。第二种方法是采用拉削加工，加工的特点是加工精度好，加工效率高，第一次投入工装后，再加工时不用重新投入工装，对两件以上的生产量，加工费用较低。缺点是工装结构大而复杂，制造周期长。拉具费用与数控铣加工一个盘的费用差不多，根据生产需求选择拉削加工。为保证加工质量，提高加工效率，减轻工人工作强度，拉削工装系统要求液压控制，可自动让刀、分度、锁紧和消除间隙的机构。

3 拉削工装系统方案的确定

3.1 工装结构方案的确定

拉具是由两部分组成，一部分是拉具座，另一部分是拉具。拉具座是拉具与设备连接的转接体，由于要实现侧移让刀，拉具座由定板和滑板组成，定板通过中心环和定位销定位，用螺钉固定到拉床工作台上，滑板由主拖动油缸拖动，连同拉具实现侧移，拉具座还有拉刀的导向功能，保证拉刀的拉削方向，拉具座有一定的通用性。拉具安装在拉具座的滑板上，具有保证零件正确定位、可靠装夹的功能，零件装夹在拉具上。

图1

图2

3.2 工装的结构设计

3.2.1 拉具座的结构设计

拉具座的结构见图一，№1定板与设备工作台安装，是整个系统的基座。№2滑板通过主油缸驱动滑板的侧移，带动拉具和零件侧移让刀，使拉刀推回，滑板回位。№3滑板锁紧机构，保证在拉削时零件不移动和不振动。№4拉刀导向机构。

系统的侧移让刀是减轻工人操作的工作强度，提高工作效率的关键，主要通过拉具座上的滑板由油缸推动来完成，根据盘的大小和拉槽尺寸可计算出最小侧移量，但侧移距离太大，不但拖动油缸行程大，而且系统重心偏移大稳定性受影响，因此要有一个合适的侧移量，计算方法如下：

盘的直径为1930MM，所拉榫槽宽为68MM，榫槽深65MM，拉具测移量应大于槽型移出盘径以外，盘的结构示意图（见图二）。

根据图示可得圆盘最小侧移量：

考虑到侧移量大于X值就可以满足让刀要求，在设计时考虑到拉具座的通用范围，我们把侧移量给定为430MM。油缸的行程选为450MM。

3.2.2 拉具的结构设计

拉具的作用是保证零件处于正确的加工位置，并保证这一位置在加工中不变。三级透平盘的拉具结构见图3，拉具通过定位销和螺钉安装在拉具座上，零件装夹在拉具上。拉具的设计要点有三点：

图3

第一点是准确的定位，包括拉具的安装定位和零件的定位。拉具的安装定位是保证拉具的正确安装，由于零件有一个进气角，零件要与拉床工作台有一定的角度，拉具是斜的，要保证零件拉槽中心与拉刀中心一致，拉刀槽面与拉具中心位置也要保证。在设计时，拉具的两个定位衬套设计成内圆外方结构，当需要调整拉具的安装定位时，调整定位套与方孔的配合面就可完成。零件在拉具上的定位是端面和止口，同时考虑到零件重量大，装夹困难，采用中心孔进行初定位，由于零件与拉具定位止口存在一定的定位间隙，零件装夹找正圆跳动后，用顶紧机构消除定位间隙，保证零件在拉削过程中定位可靠。

第二点是可靠的分度。零件需要拉削74个等分槽，拉具要有74等分度的分度机构，分度机构采用油缸推动滑块，带动拨爪推分度盘侧面齿，使分度盘转动一定的角度，实现机构的分度。分度定位机构的插销油缸将定位插销插入分度孔中，保证分度的可靠性。分度间隙消除机构的油缸推动顶块顶在分度盘侧面齿槽中，顶紧方向与为分度方向相反，使分度盘定位衬套与分度定位插销之间保证同面接触，保证分度的精度，同时保证拉削过程中保持不变。

第三点是分度盘的轴向拉紧，由于分度盘转动时不可能与躯座拉紧，在拉削时要拉紧分度盘，确保拉削过程中不产生振动，影响加工质量。轴向拉紧机构的轴向拉紧是由一对相互啮合的凸齿盘进行轴向拉紧的，由拉紧油缸推动凸齿盘的动盘转动一定的角度，与固定在躯座上的凸齿盘定盘相互偏转，推动芯轴拉紧分度盘。

拉具的工作原理，拉具的工作状态首先是主拖动油缸将滑板及拉具推到工作位置，滑板锁紧机构在锁紧油缸的控制下锁紧滑板，分度油缸推动分度机构把分度盘转到分度位置，分度定位机构油缸将插销推入分度衬套中，分度间隙消除机构的油缸推动顶块消除分度间隙，轴向拉紧机构油缸推动凸齿盘将分度盘拉紧，上拉刀进行拉削，拉刀拉过之后，滑板锁紧机构松开，主拖动油缸将滑板及拉具拉出一定侧移量，分度间隙消除机构的油缸拉回顶块，分度定位机构油缸将插销拉出，同时拉刀由设备推出，完成一次拉削，循环以上动作完成零件的拉削加工。该机构的特点是：

（1）分度可靠，分度精度高。

（2）消除了分度的定位间隙，定位的重复性好。

（3）该机构是液压机构，光电自动控制油缸动作顺序，操作简单便捷，安全可靠。

结论

该夹具的设计结构合理，满足了生产的要求，达到了预期的技术、经济、质量指标，液压让刀机构实现了拉具的侧移和可靠的复位压紧，保证了夹具定位的稳定，由于采用了自动让刀机构，把工人的装卸拉刀的工作量减少了74倍。同时采用液压自动分度、锁紧和消除间隙等机构，提高了加工的精度，大大减轻了工人的工作强度，提高了加工效率。结构的设计比较先进，对类似件的加工有一定的借鉴作用，有一定的推广价值。

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