转子的机械加工工艺过程

5.3　转子的机械加工工艺过程

5.3.1　高中压转子加工工艺流程、主要加工难点及其解决方案

1．转子加工工艺流程

毛坯来料→复验→粗车→精车（CK2200D）→磁粉探伤→画线→中压平衡孔加工（平衡孔钻床）→枞树型轮槽加工及各级锁口槽加工→精车（CK2200D）→法兰连接孔加工→高压平衡孔加工。

2．主要加工难点

（1）菌型轮槽加工

由于轮槽结构小，退刀空间小，菌型齿节距精度高，表面粗糙度要求高，给菌型轮槽加工的刀具配置及数控程序编制带来很大的难度，这是600MW汽轮机高中压转子加工难点之一。

（2）轴向轮槽铣削加工

① 600MW高中压转子的纵向铣削在东方汽轮机厂自行改造的转子轮槽铣床（CX050）上加工，支撑方式为两端采用支撑轴瓦，中间用滚轮辅助支撑。在轴瓦支撑部位容易拉毛，转子高压端支撑部位为轴颈，如何保证转子轴颈的精度不受影响，是600MW汽轮机高中压转子加工难点之二。

② 轴向轮槽的周向节距要求为±0.025，这就要求转子在加工的过程中有极高的分度精度。如何保证转子铣削时的分度精度是600MW汽轮机高中压转子加工难点之三。

③ 枞树型轮槽的结构复杂，轮槽锥角大，型线精度要求高，对刀具的设计是一个严峻的考验。正确地确定加工方案与刀具设计是600MW汽轮机高中压转子加工难点之四。

④ 枞树型轮槽的结构复杂，型线精度要求高。如何对轮槽进行检测成为600MW汽轮机高中压转子加工难点之五。

⑤ 由于轮槽的锥角大，轮槽上下的宽度差很大，刀具上下端切削速度之差也很大。如何合理地选择与确定刀具的切削参数是600MW汽轮机高中压转子加工难点之六。

⑥ 为保证轴向轮槽通过转子的轴心，必须确定转子中心相对于机床坐标的高度。由于转子上机床后将产生一定的挠度，在这种情况下，如何准确地测量出各级叶轮中心相对机床坐标的高度是600MW汽轮机高中压转子加工难点之七。

⑦ 在首台600MW汽轮机高中压转子试制时，由于没有调刀仪，如何对刀具高度进行准确测量，确定数控加工时刀具的补偿值，是600MW汽轮机高中压转子加工难点之八。

⑧ 600MW汽轮机高中压转子高压端平衡孔在普通钻床与镗床上均不能加工。如何加工高压端平衡孔是600MW汽轮机高中压转子加工难点之九。

⑨ 法兰连接孔的精度要求很高，如何正确地选择与确定转子法兰连接孔加工刀具是600MW汽轮机高中压转子加工难点之十。

3．解决方案

（1）菌型轮槽加工

采用数控型线车刀直接进行粗、细、精加工：粗加工后单边留0.5mm细车余量，细加工后单边留0.1～0.15mm精车余量。在型线部位精车时中途不换刀，齿距精度依靠数控机床自身定位精度来保证。在外包小脚处对轮廓进行分段，采用不同的刀具加工不同的分段。完工后，采用插销式综合量规和节距公差为±0.001的半型线样板进行最终检验。

在正式加工前采用Pro/E对菌型叶轮槽进行模拟加工（如图5.14所示），以确保数控程序的正确性。在加工的过程中，将刀具补偿从理论值补偿精确到实际值补偿，消除用块规对刀的误差，提高菌型轮槽的加工精度。整个加工先在试验转子上进行试加工，经检测准确无误后再进行正式产品加工。

图5.14　用Pro/E对菌型轮槽进行模拟加工

（2）轴向轮槽加工

① 转子装夹方式

转子装夹方式如图5.15所示，在转子的两端采用支撑轴承支撑，中间用中间支架辅助支撑。为了防止转子轴颈拉毛，在转子支撑部位单边留有0.5mm余量。在轴向轮槽加工完后再上车床进行精加工。

转子在高压端与分度头采用十字滑块联轴器连接，由于十字滑块联轴器有自动调节功能，因此在加工中可以保证转子轴心与机床始终保持水平状态，分度齿盘安装在转子中压端法兰端面，在机床尾部安置基准平台与基准板用于转子分度时找正。

② 分度齿盘的装配

为保证轮槽周向节距精度，分度齿盘的精度是关键，除分度齿盘本身的精度外，分度齿盘的装配精度也十分重要，必须保证分度齿盘与转子体同心。因此，将分度齿盘装入后，上车床进行校正分度齿盘与转子体的同轴度，允差为0.01mm，配钻、铰分度齿盘与转子法兰端面的定位销孔。用同样的方法配钻、铰所有的分度齿盘与转子法兰端面的定位销孔。在加工不同齿数时，装上相应的分度齿盘，打入定位销，便可很好地保证分度齿盘与转子体的同轴度。

图5.15　转子装夹安装示意图

③ 转子加工时挠度与轴向窜动监测

由于转子在加工的过程中存在挠度与轴向窜动，为保证转子的加工精度，需要对转子的挠度与轴向窜动进行实时监测，以便即时进行校正。如图5.16所示，在转子不同的部位架设百分表，监测转子在加工时的窜动与不同部位的变形情况。

图5.16　百分表监测图

④ 转子中心高的确定

转子中心高是指转子轴心与机床原点的相对高度。只有确定了转子中心高才能保证在铣削加工时，转子的轴向轮槽通过转子的轴心。因此在整个转子轴向轮槽的加工过程中，测定转子的中心高至关重要。

由于机床的原点未知，采用常用字规的方法测定转子中心高十分困难。经过分析、计算与多次的试验，制定了一套合理的测量方案，如图5.17所示。在X、Z轴数值相同的情况下，用重复定位精度极高的三维光电寻边仪测量出转子外圆上关于轴心对称的两点a₁与a₂在机床上的坐标Y₁、Y₂，转子中心高Y= (Y₁+Y₂)/2。

由于转子挠度的存在，不同齿数的叶轮中心高不相同，因此，在加工不同齿数叶轮的轮槽时，都要重新测定转子的中心高，以确保转子轮槽的加工精度。

图5.17　转子中心高的测定

⑤ 分度

分度精度直接影响转子轴向轮槽的周向节距精度，为保证分度精度，在加工前专门搭建一个基准平台，如图5.18所示。平台表面经过磨削，表面粗糙度为Ra0.8，用水平仪找平，横向与纵向允差为0.01～200mm，同时，用百分表将分齿盘齿面找平，测量分齿盘齿面到基准平台的距离，配磨等高块，保证等高块与转子中心等高。

图5.18　分度齿盘找正示意图

在分度的时候，用杠杆百分表找正，杠杆百分表滑座紧贴侧面的两只定位销轻轻滑动，当滑座与前面的定位销贴合时，如果百分表的测量值与百分表在等高块上的测量值一致时，即认为转子分度好。由于在滑座前面有定位销定位，杠杆百分表在分度齿盘每个齿面上的测量点均在同一节圆上，用这种方法可消除齿面不通过分齿盘中心的误差，转子的分度精度与分齿盘上各齿的节距精度一致。

⑥ 对刀

转子铣削前的对刀对枞树型轮槽的深度控制十分重要，考虑到刀具的制造误差，采用精刀对刀，测量粗加工与半精加工刀具与精铣刀的实际高度差，根据实际高度差与理论留量的

差值确定加工时的刀具补偿值，如图5.19所示。

图5.19　简易对刀仪示意图

⑦ 枞树型轮槽加工

由于枞树型轮槽结构复杂，不能够一次性成型，经过反复的切削试验，采用以下的加工方案，如图5.20所示。其铣削流程：V型槽铣削→底部直槽铣削→槽底型线铣削→半精铣→精铣。

图5.20　枞树型轮槽铣削流程图

由于V型槽的切削余量大，铣削力很大，为了减小机床的负荷，采用多次走刀成型。成型铣刀在切削的时候，刀具的切削面积很大，机床震动严重。在刀具的设计时，为减小刀具切削时的机床震动，型线铣刀设计为四刃。在切削过程中，刀具始终为对称受力，以减小刀具的震动。

为了减小刀具的切削力，将粗加工刀具设计成波纹齿结构，实现断屑，分散切削力，如图5.21所示。经试验证明，使用波纹齿结构的刀具比不带波纹齿的刀具切削力要小得多，生产效率至少可以提高2～3倍，同时减小了机床的震动，提高了工件的表面质量，同时降低了生产成本。

图5.21　带波纹齿的粗加工刀具

由于刀具直径上下相差很大，同一刀具不同部位的切削速度相差很大，最大差值达到4倍之多，刀具的切削状态很差。经过反复计算与铣削试验，对切削参数进行调整，最后总结出一套最佳的切削参数，使铣削加工质量得到提高，同时提高了生产效率。

⑧ 枞树轮槽的检验

由于枞树型轮槽结构复杂，给产品的检验带来了很大的困难。因此采用了型线量块与测量棒配合检测的手段。按照产品型线图设计制造枞树型轮槽全型线量块，量块检验轮槽的型线，用测量棒测量轮槽的节距偏差，采用齿厚卡尺测量叶轮槽的周向节距。

⑨ 调节侧装T型轮槽的加工

侧装T型轮槽加工工艺流程如图5.22所示，粗开V型槽→粗铣T型槽→精铣T型槽→铣半圆销孔→精铣V型槽。

图5.22　侧装T型轮槽加工工艺流程图

侧装T型轮槽是由多把型线刀具加工完成。在刀具进行设计制造时，严格控制各型线刀具的尺寸，加工时精确地控制各刀具的相对位置关系，以确保型线的加工精度。由于调节级的叶片为双叶根，因此，叶轮槽的周向节距精度要求极高。在分度的时候，严格按照零对零的要求找正分齿盘的齿面与等高块的高度，以确保叶轮槽的周向节距精度。

⑩ 侧装T型轮槽的检验

侧装T型轮槽采用全型线卡板进行型线检验，用节距卡板检验轮槽节距。

调节级半圆键槽加工

半圆键槽是侧装T型轮槽端面的一个半圆型槽，如图5.4所示，半径为R6.6，径向深度为4.3mm，轴向深度为27.2mm。由于结构的原因，刀具设计为细长型，刀具的长径比大，同时刀具的退刀空间小。因此，调节级半圆键槽加工是调节级叶轮槽加工的最大难点，由于半圆键槽与叶片的叶根有装配要求，因此，半圆键槽的深度有极其严格的要求。

其加工方案如图5.23所示。先用立铣刀进行径向靠铣，单边留加工余量为1mm，再进行轴向插铣，加工准半圆槽。用R铣刀加工半圆槽端面R。

图5.23　半圆键槽加工示意图

轴向轮槽倒角与抛光

由于600MW汽轮机高中压转子轴向轮槽结构复杂，对轮槽的倒角与抛光十分困难，采用普通的工具难以实现，因此，采用了专用的风动倒角与抛光工具（如图5.24所示）。

图5.24　使用新工具进行倒角与抛光

平衡孔加工

由于高压端平衡孔的直径小，叶轮间间距小，不能采用三孔钻与镗床进行加工。在加工时，采用自行设计的折向钻对高压端φ18平衡孔加工。

法兰连接孔加工

600MW汽轮机高中压转子法兰连接孔的精度要求很高，采用普通的钻扩铰方案已经不能满足产品设计要求。由于镗削方式加工的主要特点是孔的直线度好，孔表面质量高，能够对偏孔进行借正，生产效率高。因此对于法兰连接孔的加工采用了镗削加工方案。深孔的加工也由传统的反刮改为反镗。

法兰连接孔的加工工艺流程：预钻孔→镗通孔→反镗沉孔→倒角。

先预钻法兰连接孔，然后在数控镗床上安装镗模，找正转子主轴与镗床主轴的同轴度，按照镗模上的孔找正数控镗床与转子法兰连接孔的同轴度，采用ABS镗刀进行镗孔加工。

在精镗时采用专用对刀环控制镗刀直径，保证法兰连接孔的尺寸精度。图5.25和图5.26分别示出了数控加工时的模块式数控镗刀头和反镗刀具系统。

图5.25　模块式数控镗刀头

图5.26　反镗刀具系统

控制法兰连接孔各孔径的一致性，孔径偏差均在0.01mm以内，各孔椭圆度均不大于0.005mm，直线度偏差小于0.01mm，表面粗糙度为Ra3.2～Ra1.6。

5.3.2　高中压转子的装配

1．高中压转子结构分析

图5.27是600MW汽轮机高中压转子装配部件图，高中压转子的高压第1级为侧装T型叶片；高压第2、3级为菌型叶片；高压第4～9级，中压1～5级为枞树型叶片。其中，高压为第1～8级，中压第1～4级为平围带。叶片装入后，围带装入前，需要进行叶顶车削加工。由于围带外圆表面粗糙度要求很高，围带装入后还需进行围带外圆磨削加工。所有不同齿数叶片的围带装配后，铆钉头均需热铆。

图5.27　600MW汽轮机高中压转子

2．转子装配工艺流程及主要技术难点

（1）转子装配工艺流程

装配前准备工作→配装叶片→叶顶车削加工（高压1～8级，中压1～4级）→配装调节级轴封塞块→配装围带→围带外圆及汽封齿加工→安装危急遮断器→着色检查→高速动平衡。

（2）主要技术难点

① 由于调节级叶片结构的原因，每支叶片相互影响，不能单只装入，装配必须整圈同时装入。如何将整圈叶片同时装入是600MW汽轮机高中压转子装配的主要技术难点之一。

② 调节级叶片叶根销孔直径只有φ4mm，深度达到134.2mm，长径比达到33.5倍，属于典型的深孔加工，对于扩孔、铰孔刀具的设计与制造都是严峻的考验。由于叶轮间间距的影响，不可能采用钻床进行扩、铰孔。如何扩铰调节级叶根销孔是600MW汽轮机高中压转子装配的主要技术难点之二。

③ 所有围带的装配均需热铆接，铆接温度在产品设计图纸上均有严格的要求。如何控制围带的铆接温度是600MW汽轮机高中压转子装配的主要技术难点之三。

④ 枞树型叶根的装配间隙较大，叶片在轮槽中是松动的，在进行叶顶车削加工时，叶片会产生很大的震动。如何进行叶顶车削加工是600MW汽轮机高中压转子装配的主要技术难点之四。

⑤ 围带外圆表面粗糙度要求为Ra1.6，如此高的表面粗糙度要求显然很难通过车削加工得到。东方汽轮机厂目前没有围带外圆磨削的专用设备，如何加工围带外圆，使其表面粗糙度能满足产品设计要求为600MW汽轮机高中压转子装配的主要技术难点之五。

3．解决方案

（1）调节级叶片装配

① 叶片装入

设计制造专用U型销，利用叶根销孔将叶片挂在叶轮进汽侧，整圈推入叶轮槽，让叶根轴向键的端面与叶轮槽轴向键槽端面紧密贴合，装入圆锥销（如图5.28所示），调整相邻叶片间隙，使其满足产品设计要求。

图5.28　调节级叶片的装配

② 叶片的固定

为防止在扩铰叶根销孔与围带铆接时叶片发生轴向位移，必须将叶片紧固在叶轮槽内，由于结构的原因，很难设计出专用的固定工装则可采用标准螺钉拉紧。因此，设计了专用的片型螺钉，在宽10mm，厚2mm，长170mm的钢片两端加工出螺纹，利用叶片与叶轮外圆间的间隙将叶片固定在叶轮槽内，如图5.29所示。

图5.29　调节级叶片的固定

③ 扩铰叶根销孔

由于叶根销孔直径小，孔深度很大，采用常规的扩铰方式不能满足加工要求。为此，东方汽轮机厂制定了新的加工方案。首先，设计专用的铰刀，如图5.30所示。利用原来的叶根销孔导向，进行高速铰削。其次，在铰孔的设备上不再采用钻床，而是选用了进口的风动工具，采用手工操作的方式进行，如图5.31所示。

图5.30　调节级特殊铰刀

④ 围带装配

根据调节级叶片叶顶铆钉头加工形位精度很好，叶片装入后铆钉头节距精度很高的特点，采用了数控加工围带型孔的工艺方案。采用数控机床按照铆钉头的标准节距，将围带型孔与围带长度加工准确。

围带型孔加工完成后，采用专用的滚弯装置按叶顶的弧度对围带进行滚弯。

由于调节级叶片的铆钉头较高，铆钉头顶部的节距比铆钉头根部节距要大，在叶片固定后围带难以装入。因此在配装围带的时候，先将叶根销钉拆下，让叶根落入轮槽底部，将围带套在叶片的铆钉头上，再将叶根销装入。

图5.31　采用风动工具扩铰调节级叶根销孔

⑤ 围带铆接

调节级围带的铆接采用热铆，热铆的温度要求进行严格的控制。为此，按照产品图纸要求的温度范围配置测温色笔，在加热的过程中不断测量铆钉头温度，当温度达到了产品图纸要求的范围再开始铆接。

为防止围带在加热的过程中局部过热，产生热应力，设计了专用的铆钉头加热装置，同时对铆钉头的加热部位与加热方式都进行了严格的控制，如图5.32所示。在A处将被铆接叶片铆钉头加热至300°C～350°C（以此为上限），为防止加热过程中火焰烤在围带表面，影响围带外观质量，加热前用石棉纸板按围带型孔剪出型孔，套在铆钉头上保护围带表面。在铆接的过程中，用火焰加热B、C处，防止温度下降。在铆接的过程中，铆钉头温度不得降至300°C以下。

由于调节级叶片铆钉头结构比较大，在铆接的时候容易引起应力集中，为保证铆钉头的铆接质量，对铆钉头的铆接顺序都进行了严格的规定。如图5.33所示，先在①处铆接40％，在②、③处铆接60％，检查围带环和整体围带的紧密接触程度。满足要求后，再按①、②、③的顺序进行最终铆接。

（2）枞树型叶片的装配

叶片装配前，先将叶轮槽清洗干净，对叶片进行接触性检查。在叶轮槽工作面涂上红丹粉，装入叶片，叶片与叶轮槽工作面接触面积不小于90％。每个轮槽工作面接触检查至少确认3只叶片以上，其中一只为末叶片。

图5.32　铆钉头加热示意图

图5.33　铆钉头铆接顺序图

由于叶片叶根与叶轮槽的装配间隙较大，为保证围带的装配、铆钉头的铆接与叶顶车削加工时叶片不晃动，需要将叶片叶根工作面与叶轮槽工作面紧密贴合。采用的措施为：将φ3mm的铜丝头部砸扁，从叶片根部与叶轮槽底部的间隙楔入、打紧，如图5.34所示。

图5.34　枞树型叶根叶片装配图

枞树型叶片铆钉头所有的铆接仍然采用热铆，其铆接方法与铆接温度控制与调节级叶片铆钉头的铆接相同。

（3）围带外圆磨削加工

转子围带外圆车削完成后，需要对围带外圆进行磨削加工，如图5.35所示。

图5.35　围带外圆磨削

5.3.3　低压转子加工工艺流程及主要加工难点

1．低压转子加工工艺流程

毛坯来料→复验→粗车→数控精车→磁粉探伤→画线→法兰连接孔和各级叶轮槽锁口加工→平衡孔加工→末级和次末级销钉孔加工

2．低压转子主要难点

（1）转子跳动控制

低压转子精车后轴颈的径向跳动要求为0.01mm，转子法兰及齿轮环接配后端面跳动要求为0.013 mm，而低压转子的长度达8 800mm，重量为52.2t。如何保证转子高精度跳动要求是低压转子加工的难点之一。

（2）菌型轮槽型线车削

低压转子正、反1～5级叶轮槽为3种新的菌型型线（G8.10、G8.11、G8.14），其菌型齿节距要求为±0.0025mm，如图5.36所示。因此，如何保证菌型轮槽高精度节距要求，并提供有效的检验手段是低压转子加工的难点之二。

图5.36　菌型轮槽节距精度要求

（3）叉型轮槽型线车削

正、反6～7级叶轮槽为两种新的等强度叉型轮槽型线（G7.12、G7.13），由于设计图为封闭尺寸链，按常规工艺方法需进行工艺尺寸链的设计转化，将使尺寸公差带缩小1/3左右；而叉型轮槽结构工艺性较差，其中G7.13上部槽宽为27.23mm，底部槽宽为8.27mm，槽深最大为176.18mm，如图5.37和图5.38所示，切削条件极其恶劣。因此，加工时如何控制轮槽的变形，保证型线精度要求是转子加工的难点之三。

图5.37　叉型轮轮槽型线（G7.13）

图5.38　叉型轮槽精加工

（4）法兰连接孔加工

由于600MW转子法兰连接孔要求在厂内直接加工完成，转子到电厂后不再铰孔，直接接配，做到可互换性连接要求，如图5.39所示。因此，如何保证法兰连接孔孔径的一致性、位置度要求以及表面粗糙度是转子加工的难点之四。

3．解决方案

（1）转子跳动的控制加工方法

图5.39　低压转子法兰连接孔加工示意图

转子的定位、装夹方式

采用一夹一托方式：机床通过花盘卡爪直接与转子进行刚性连接，机床主轴的跳动对转子加工的径向和轴向跳动会有较大影响。数控车床主轴精度为：轴向窜动为0.003，径向跳动为0.006。因此，从理论上能够满足600MW转子精加工的跳动要求。该方法的优点是：装夹、找正较为方便，加工效率高。

（2）转子车削的余量分配

以前通常以为整根转子精车留量基本一致，然而试验证明，不恰当的加工余量将引起工艺系统的受力变形，使转子产生轻微震动，不仅加剧刀具磨损，而且导致跳动很差。

国外转子毛坯一般加工余量为5mm，在数控机床上分粗、细、精车三个加工阶段完成转子加工。通过对精车留量问题和切削参数进行更深入、细致的研究，在600MW低压转子的精车余量和切削参数进行工艺试验的基础上，认真分析总结后得出了600MW低压转子精加工的切削参数，如表5.4所示。

表5.4　600MW低压转子精加工的切削参数

（3）转子数控车削的工艺流程

转子上车找正→轮廓粗车→基准加工→转子调头找正→基准设置→余量检查→轮廓细车→轮槽型线粗车→基准加工→调头找正→轮廓精车→轮槽型线精车→转子调头找正→剩余部分加工→轴颈加工。

（4）转子数控加工程序设计

① 坚持数控加工程序的实质是“数字化”工艺的原则，突出数控程序高精度、高效率、简捷合理的特点。

② 转子轮廓加工采取手工编程的方法，充分实现编程者的意图和融入先进的加工工艺思想，提高加工效率。

③ 叶根型线采用计算机自动编程的方法。叶根型线结构小，刀具因空间受限而不能连续加工，极易与工件发生干涉，手工编程很难实现。采用美国PTC公司的PRO/E 软件进行自动编程，通过刀具动态模拟和观察加工时工件与刀具间的干涉和过切情况，不仅解决了加工路径的确定和优化问题，而且可有效地杜绝加工事故的发生。图5.40为低压转子精加工现场。

图5.40　低压转子精加工现场

（5）转子的找正和基准加工

根据600MW低压转子设计要求：前后轴颈跳动要求为0.01mm，法兰端面跳动要求为0.013mm。由于转子在车削过程中装夹、找正、基准加工是加工控制转子跳动的关键步骤，因此，坚持转子动态状态下进行基准找正和加工的原则，关键步骤如下：

① 转子粗车后上数控车床，床头端架一百分表，指针指向床头端轴颈，监测其轴颈跳动。床尾端在中心架上吸附一块百分表，通过调整中心架左右支撑来控制轴颈水平径向位置飘移，允差0.02mm；卡盘四爪均匀夹紧；同时用另一百分表吸附在中心架上，表针垂直指向转子支撑处一侧端面，以监视转子轴向窜动，如图5.41所示。

② 开动机床，主轴低速旋转，通过中心架上百分表读数调整中心架高低，直到表针不动为止（说明转子无轴向窜动）。

图5.41　转子车削前找正示意图

③ 通过对前、后轴颈（或其他外圆）采用对刀计算方法，调整并保证工件中心与机床主轴轴向平行。

④ 转子中速旋转30min左右，消除转子挠度和精调转子后，完成粗车工步，并进行基准加工：将床头端轴颈及侧面、床尾端近中心架支撑处轴段外圆各光出一段，并抛光至表面粗糙度Ra0.8，作为转子调头后细车用支撑和找正基准。

⑤ 转子调头，细车转子要求：转子细车后，各轮槽型线均粗车完毕、转子外圆和端面各留精车余量，并按上述要求将百分表更换为千分表重作精车基准，要求转子调头找正后的跳动要求不大于0.01mm（实际可做到0.006mm）。

⑥ 由于转子的精度（包括轴径的椭圆度）是与基准加工精度、转子重心是否和机床旋转中心重合密切相关的，而且只能是逐步提高的过程。因此，转子精车前，至少需要进行上述3次基准修正，才能满足精车要求。

（6）菌型轮槽的加工

采用数控型线车刀直接进行粗、细、精加工：粗加工后单边留0.5mm细车余量，细加工后单边留0.1～0.15mm精车余量，在精车时中途不换刀，齿距精度依靠数控机床自身定位精度来保证。完工后，采用插销式综合量规和节距公差为±0.001的半型线样板进行最终检验验收（300MW菌型叶轮槽的节距公差为±0.01）。数控精车菌型叶根型线如图5.42所示。

图5.42　数控精车菌型叶根型线

将刀具补偿从理论值补偿精确到实际值补偿，消除用块规对刀的误差。图5.43是加工菌型叶根的精车刀具，其宽度设计值为L±0.025mm，R₁、R₂的公差值为L±0.025mm，以往的使用方法是直接将L、R₁、R₂的公称尺寸填入刀具库。数控系统亦按此计算。而实际上刀具的制造存在误差，该误差是导致齿形节距加工误差的原因之一。为了消除这一因素，就必须测量出L、R₁、R₂的真实值赋予数控机床。图5.44是将L、R₁、R₂的真实值赋予数控机床后，通过PRO/E进行菌型叶根模拟加工。

图5.43　菌型叶根型线精车刀具

图5.44　应用PRO/E进行菌型叶根模拟加工

（7）叉型轮槽的加工

由于正、反6～7级叉型叶轮槽为两种新的轮槽型线（G7.12、G7.13），且为封闭尺寸链。采用单刀反切加工。为满足图纸各节距公差要求，加工时采用工艺卡板（按照工艺尺寸链进行设计）进行检测和控制。根据数控机床的加工特点，在实际加工时，采用数控加工，移动节距，能够减少中间过程控制卡板的设计，大大降低了工装制造费用。同时，采用硬质合金反切刀（刀片为硬质合金涂层刀具）进行轮槽各叉的单刀粗、精加工，既充分发挥了硬质合金刀具高速切削、断屑和排屑流畅的加工特点，又使得加工效率和轮槽质量得到同步提高。叉型轮槽加工段用的可转位硬质合金反切刀如图5.45所示。

图5.45　叉型轮槽加工用可转位硬质合金反切刀

叉型轮槽切削变形控制，粗、精分开是转子车削变形控制的有效手段，对于叉型轮槽加工同样如此：在转子整根轮廓粗车过程中，即将叉型轮槽以0.5mm的外形留加工余量进行粗切，使之在转子轮廓细车和精车的过程中有充足的时间完成其应力释放，并在其精切的过程中，通过合理的切削参数（包括加工余量）和冷却控制，最终得以有效控制。

（8）叶轮销孔预钻

600MW末级叶轮的宽度比300MW大大增加（达333.6mm），销孔直径较小（φ10.8、φ15.1、φ16），长径比增大，加工难度提高。而叶轮预钻孔的精度将直接影响到叶片装配后的定位及销孔的扩、铰精度，只能采用弧段钻模进行销孔的定位和导向，用工装来弥补三孔钻和钻头刚性的不足，才能较好地保证销孔加工后的正确位置和直线度。为提高冷却效果，采用了带内冷的弧段钻模。其具体加工方法如图5.46所示。

图5.46　600MW次末级叶根销孔三轴钻臂局部结构

① 采用专用三孔钻床对三销孔进行同时预钻，使加工效率得以大幅度提高，并根据转子叶轮间距（次末级叶轮）及叶轮厚度结构尺寸的不同，在充分考虑加工刚性和操作方便的前提下，专门设计并订购了不同结构尺寸的专用钻臂，并满足互换性和通用性要求。

② 次末级叉型叶轮销孔加工用弧段钻模设计：根据转子和三孔钻床的结构特点以及钻臂结构尺寸和弧段钻模的方便装夹，而将弧段钻模设计为偏心结构以适应实际加工操作，并保证销孔一次性有效钻通。

③ 加工前，采用找正中心孔量具以钻模孔为基准进行找正，以控制钻臂主轴位置度，防止钻头和钻模错位现象发生。

④ 由于销孔直线度的要求为±0.025mm，因此，对钻头提出了更高的要求。钻头使用前应经过检测，以确保直线度；根据东汽厂现有条件，采用群钻刃磨机对钻头进行刃磨；钻头应注意摆放，以防止变形。

采用抛物线钻头进行实际加工，其钻芯厚（强度增加），螺旋角大（切削轻快、排屑好）为提高切削性能，刀具材料选用高性能高速钢M42。

（9）法兰连接孔加工

由于600MW转子法兰连接孔要求在厂内直接加工，转子在电厂接配时不再铰削。因此，如何保证连接孔的精度是加工的关键所在。尤其是低压转子电机端法兰端安装齿轮环后，加上钻模厚度使得法兰连接孔长度约为400mm，其刀杆长度达450mm左右，属于深孔加工。因此，其加工难度最大。

① 法兰连接孔的精度要求

影响法兰连接孔直接接配的因素有：

·孔径大小的一致性要求。

·各连接孔的位置度要求。

·各连接孔自身的形位精度（包括椭圆度和直线度）。

具体加工方法如下：

·由于镗削方式能够完全借正偏孔，因此，首先按画线预钻法兰连接孔。

·转子法兰连接孔预钻后，安装镗模，找正机床主轴与镗模连接孔的同轴度，采用ABS粗、精镗刀一次性进行加工，能够高效、准确地完成连接孔的加工任务，在精镗时采用专用孔径量规进行对刀，以保证对接转子各孔径大小的一致性。

② 镗模的设计思想

·由于转子的接配为止口定位方式，因此，镗模的结构设计采用了组合式双面止口定位，以保证装配基准和加工基准统一。

·镗模在设计时，镗模内孔不进行钻套设计，加工时内孔只做找正作用，不起导向作用，以避免因磨损拉毛而使镗模遭到破坏。

③ 法兰连接孔孔加工的精度

·各孔径大小一致性好，孔径偏差均在0.01mm之内。

·各孔的形位精度较好，椭圆度在0.005mm之内，直线度在0.01mm之内。

·各孔的表面精度较好，表面粗糙度在Ra3.2～Ra1.6之内。

5.3.4　低压转子的装配

1．低压转子的结构分析

图5.47是600MW汽轮机低压转子的装配部件图，其结构特点如下：

（1）正、反第1～3级为菌型叶根、沉头型孔平围带，围带装配前需车削叶顶R。

（2）正、反第4～5级为菌型叶根、锥型围带结构，围带装配前需车削叶顶R，其中，第5级钛合金锁叶铆钉头需热铆。

（3）正、反第6级为叉型松装叶根、松穿拉筋、锥型围带结构。

（4）正、反第7级为叉型松装叶根的40"叶片，其结构复杂，需进行叶根、拉筋、阻尼围带间隙的调整和修配，精度要求高，修配量大，且阻尼围带要求热铆。

（5）正、反第1～7级围带装配前均需喷丸强化处理，正反第6～7级销钉需喷丸强化，正反第7级阻尼围带热铆后要求着色检查。

图5.47　600MW汽轮机低压转子的装配部件图

2．转子装配工艺流程和主要加工难点

（1）装配工艺流程

① 叶片装配前检查、准备工作

② 预装正、反第1～5级叶片

③ 修准菌型叶根锁口槽

④ 菌型叶根外包铣削，叶根装配间隙及菌型齿工作面接触检查

⑤ 叶片称重排序（前4级叶片称重，5级叶片称力矩）

⑥ 叶根锪配

⑦ 确定周向余量

⑧ 磨削加厚片

⑨ 叶根骑缝销底孔加工

⑩ 复装正、反第1～5级菌型叶片

涨紧叶片、封上末叶片 叶根骑缝销孔精加工 配装骑缝销 车削正、反第1～4级叶顶R（进、出汽侧） 围带精加工（正、反第1～5级） 配划铆钉头节距线 围带型孔加工、倒角 围带喷丸 围带滚弯 围带修配 围带铆接（正、反第1～5级） 末叶销钉敛缝（正、反第1～5级） 次末级叉型叶片装配（正、反第6级） 叶片称重排序 叶片装配 拉筋装配 扩、铰叶根销孔 配装销钉（装前表面喷丸） 配划铆钉头节距线 围带加工（包括型孔铣削、表面喷丸） 围带铆接 40"叶片装配 叶片称重排序 全周装入叶片（包括拉筋凸台粗修配） 叉型叶根销孔精加工 配装销钉 拉筋凸台精修配 围带调整加工及装配 围带热铆及PT检查 转子围带及叶根汽封齿车削 高速动平衡 检查：转子高速动平衡后对各铆接部位进行检查 收尾转子两轴颈及推力盘表面抛光及防锈保护清除整根转子毛刺，并清洗、涂油包装、发货

（2）主要加工难点

① 围带和销钉表面喷丸：喷丸参数，如喷丸距离、钢丸材质及硬度、直径大小、压缩空气压力等均需通过试验后确定。

② 围带热铆：其铆接温度、重复铆接次数等铆接参数均需进行工艺试验后确定。

③ 菌型叶根装配：由于菌型轮槽和叶根的制造精度要求很高，因此对装配质量也提出了更高的要求。例如，在齿型工作面的接触检验、控制加厚片数量、叶根涨紧量的大小以及叶片配磨后的倒角、抛光等方面要求更严。

④ 40"叶片装配：其结构复杂，需进行叶根、拉筋、阻尼围带间隙调整、修配，装配精度要求高、修配量大，并且围带要求热铆、喷丸。

⑤ 围带车削抛磨：由于正、反1～3级为沉头平围带，车削时铁屑容易堆积在铆钉头周围孔内和相邻围带结合处，毛刺不易清除；松装叉型叶片在进行围带车削时，不仅是断续切削，而且存在非常严重的震动，使得表面粗糙度难以保证。

3．解决方案

（1）围带、销钉的喷丸强化

采用压入式干喷丸工艺对阿尔曼试片进行喷丸强化处理，通过检查其弧高值确定最佳技术参数，并对转子装配件（围带、销钉）进行喷丸试验后，编制相应操作指导书。如图5.48所示为压入式喷丸设备的原理图。

图5.48　压入式喷丸设备原理图

钢丸的硬度要求：工件的喷丸强化效果与自身材料、钢丸硬度、压缩空气压力的关系密切。其中，钢丸硬度应高于工件硬度才能起到强化效果。表5.5和表5.6分别列出了销钉喷丸和围带喷丸的工艺参数。

表5.5　销钉喷丸的工艺参数

表5.6　围带喷丸的工艺参数

（2）围带热铆

通过大量的热铆试验，掌握了各种叶片材料的热铆温度。表5.7列出了不同材料叶片的围带热铆工艺参数。

表5.7　不同材料叶片的围带热铆工艺参数

设计围带铆钉头专用加热装置，使围带铆钉头加热温度均匀，加热范围得到控制。

采用进口铆接工具AVC—26对所有围带进行机铆（即汽锤铆接），大大减轻了工人的劳动强度、提高了生产效率。

为保证机铆时压缩空气压力的稳定性和气源质量，设计增加了储气罐和气水过滤装置。

（3）菌型叶片装配

菌型叶根装配间隙控制：由于600MW叶片装配精度要求高，因此，设计编制了较为详细的《菌型叶片装配操作指导书》，对每一装配操作要求以及检验方法均作出了严格规定。

菌型叶根骑缝销孔的加工，如图5.49所示。以前的菌型叶根骑缝销孔均采用折向钻直接进行钻、扩、铰加工。由于销孔直径小、钻头刚性不足、间距尺寸小、对刀偏差等因素影响，销孔容易歪斜。因此，先采用铣削方式进行半圆底孔加工，装配后进行扩铰。这样，不仅能够很好地保证销孔加工的直线度，提高了装配质量，而且提高了装配效率。

图5.49　菌型叶根半圆骑缝销孔加工原理图

（4）叉型叶轮销孔扩、铰加工

600MW次末级叶根销孔扩铰加工，如图5.50所示。销孔扩铰加工的技术难点：叉形叶片装配后，叶片销孔和轮槽销孔之间存在错位现象，而图纸要求销孔扩铰后直线度为±0.025mm，椭圆度为0.013mm，精度要求极高。由于销孔的长径比为30倍左右，属于深孔加工，因此加工难度极大。它一直为汽轮机行业转子加工与装配的技术难题。

图5.50　600MW次末级叶根销孔扩铰加工原理图

扩孔钻的结构设计：如果采用三刃螺旋式超长扩孔钻，其主要缺点是刀具细长，走刀时的导向和稳定性较差。为此，根据销孔预钻尺寸，在刀具前端增加一导向切削刃，即阶梯扩孔钻，如图5.51所示，以保证其切削状态的稳定。

图5.51　阶梯扩孔钻

铰刀的结构设计：如果采用多刃螺旋式铰刀，其主要缺点同样为刀具细长，走刀时的导向和稳定性较差。因此，根据销孔扩孔后的尺寸，同样在刀具前端增加一把导向切削刃，即锥柄阶梯铰刀，如图5.52所示，以保证其切削状态的稳定，并增加了修光刃长度。同时，为降低制造成本和加工难度，采用直刃式铰刀结构形式。

图5.52　锥柄阶梯铰刀

叉型叶轮销孔扩、铰加工切削参数如表5.8所示。

表5.8　叉型叶轮销孔扩、铰加工切削参数

（5）40"叶片的装配

① 40"叶片装配的技术关键和技术难点

由于40"叶片的装配为叶根松装，其中，自带拉筋凸台及自调节阻尼式围带间隙的装配间隙要求极为严格。因此，制订合理的装配工艺方案是40"叶片装配的关键和难点之一。

· 叶根的松装

根据设计技术要求，叶片装配后叶根径向面间的贴合间隙为0.05～0.15mm，不允许预紧力的存在。因此，如何保证叶根径向面之间的间隙要求是40"叶片装配的关键和难点之二。

· 叶片装配

由于整圈叶片的装配形式为松装，对单只叶片来讲，其从上至下均与相邻叶片存在间隙，在阻尼围带未铆接装配前为自由叶片。因此，装配时如何正确定位是40"叶片装配的难点之三。

· 围带和拉筋凸台的修配

由于叶片较长，往往存在扭曲变形，并且每只叶片的变形程度不一致。而叶片装配后叶冠和叶身拉筋凸台与相邻叶片有多达22处的严格间隙要求。因此，如何对其准确修配，如何保证围带和拉筋凸台的间隙要求是40"叶片装配的难点之四。

· 叶片的重复安装定位

由于叶片较长，叶根位置的微量变化，将导致叶顶间隙成倍地变化。叶片间隙的修配是通过将叶片安装在叶轮的轮槽内，对拉筋间隙进行实测后，再将叶片取出，按照图纸、工艺要求进行修配。因此，如何保证叶片取出并修配后，能够复装至原始位置，叶片所有间隙都能够落在允许的公差范围内是40"叶片装配的难点之五。

② 解决方案

·叶根松装工艺分析及工艺措施

定位基准的确定

由于涉及装配件的制造精度，对于不同的装配形式（松装或紧装）的叉型叶片，叶根的主要定位基准有所不同。在叶根径向面、叶轮外包和定位销的相互作用下，一般以较为复杂的过定位形式存在。

紧装叶片

叶根径向面在叶片的加工、校形以及叶根销孔的钻、铰过程中，均作为主要定位基准。紧装叶片在装配时，叶根必须具有足够的周向过盈，才能保证叶片装配后有预紧力存在。经过调配叶根节距尺寸后，叶根销孔与叶轮销孔间可能存在较大错位，因此，假销只能起到径向收紧的作用，而装配定位基准为叶根径向面。

松装叶片

由于叶片装配后叶根径向面存在间隙或零间隙。相对紧装叶片而言，相邻叶根径向面之间不存在干涉现象（无预紧力和过盈），通过打入圆柱假销，能够使叶根和叶轮销孔对正，从而较为容易地将单只叶片装配到位，外包贴合。因此，叶根的主要装配定位基准应为叶根销孔。

松装叶根径向面的周向定位作用

理论上，松装叶片通过一面两销定位（即：叶根外包和两圆柱销）即可将叶片准确安装、定位，同时保证叶片的切向和轴向偏差。但在实际装配中，由于制造误差的存在，叶根的定位较为复杂。当叶根销孔和叶轮销孔存在对正误差时，叶根的定位基准会发生变化，叶根径向面将作为主要定位基准。这时，必须用径向样板进行切向偏差的检测，并配合叶根间隙的调整（或在叶根径向面间插入垫片），起到周向定位作用。

叶根外包的定位作用

按叶片装配技术要求，叶根外包小脚与叶轮轮槽外包紧密接触，间隙为0～0.05mm。因此，叶根外包定位的正确性是影响叶片径向和轴向偏差的关键因素之一。

在松装叉型叶片的预装过程中，假销起着至关重要的定位和紧固作用。为满足实际装配的需要，根据装配中叶根定位基准的不同，设计了两种假销：短圆柱销和锥度为1∶100的锥销。在装配时，根据基准定位情况选择使用。当销孔对正误差能够满足叶片的准确定位时，即采用圆柱假销进行定位。反之，则采用叶根径向面定位，用圆锥假销将叶片收紧。

针对叶根松装的特殊要求，为保证叶片装配的轴向偏差，叶片预装时圆柱假销应从叶根同一销孔的两侧同时打入。

·40"叶片的预装配方法

根据叶片装配顺序，按刻印标志位置将首装叶片装入转子轮槽内。

首装叶片装入的同时，从叶根进、出汽侧在叶轮外圈和内圈销孔内相互交替插入圆柱销（中间销孔不插入定位销），收紧定位叶片，防止叶片轴向偏摆，同时用径向样板进行轴向偏差检测。

首装叶片装到底后，用0.03mm塞尺检查叶根两侧外包小脚与叶轮轮缘之间的间隙。以首装叶片作为起始基准，配装其余动叶片，每装入一只叶片即用假销从叶轮两侧收紧固定，并用径向样板在叶片出汽侧校正其径向性。

测定相邻叶片叶根间径向面间隙，允许每3处径向面间隙中有一处间隙为0，但不得相邻。当不能满足产品图示松装要求时，可根据叶片装配的实际情况，调整垫片厚度或以叶根内径向面为基准修磨叶根背径向面。其中，叶根背径向面的最大修磨量为0.25mm。

每调整加工一处叶根径向面间隙，即根据实测叶根间隙值，在两相邻叶片叶根径向面间插入合适厚度的垫片，保证该只叶片与前一只叶片间的叶根间隙（与叶片拉筋凸台粗修配交叉进行）。

叶片全周装入后，按叶片装配图的技术要求，检查所有叶片的进、出汽侧外包间隙，轴向和切向偏差应符合图纸要求。

拉筋凸台间隙粗修配

在叶片预装的同时，修配拉筋凸台间隙。为防止修磨过量，以消除拉筋凸台干涉或以间隙的下偏差为目标作为修配原则。而最后的精修配必须放在叶片全周装入，叶根销孔扩铰后进行。拉筋凸台修配如图5.53所示。

图5.53　拉筋凸台修配原理图

·叶根销孔扩铰工序调整

由于拉筋凸台间隙要求极为严格，销孔在扩、铰前，假销的定位存在误差，使得叶片的修配间隙难以保证。因此，叶片拉筋凸台的间隙精修必须安排在叉型叶根销孔扩铰，插入产品销定位后进行。

40"叶片销孔的扩、铰工序安排在叶片预装后进行，还能够检查销孔加工后的直线度是否得以保证。根据叉型叶根销装配经验，由于销钉装配间隙小，若销孔直线度较差，则当销钉在装配后再取出时，销子往往要拉毛卡涩。这样就在一定程度上促使叶片销孔的扩、铰质量达到了图纸要求。

·拉筋凸台间隙精修配

叶片全周装入后，在确保拉筋凸台含有修配余量的前提下，采用塞尺在叶片进、出汽侧对拉筋凸台间隙进行测量，准确记录后，加以修配，反复进行，直至满足产品设计要求为止。

由于拉筋凸台为Z字形结构，修配时采用专用夹具和旋转工作台，并配合百分表进行修配量和平面度的检查。

·阻尼围带间隙修配

阻尼围带的装配如图5.54所示。阻尼围带间隙数量众多，要求极为严格，应根据装配过程中的实测间隙进行修配，必须保证在阻尼围带与叶冠和铆钉型孔的配合间隙后才能进行铆接。

·围带的车削和抛磨

沉头铆钉围带的车削：由于正、反第1～3级为沉头平围带结构，直接采用车削方式易产生沉头孔内毛刺堆积，各围带间毛刺不易去除。因此，应采取车刀去余量、砂带磨（或磨头）抛磨的方式进行。

图5.54　阻尼围带的装配原理图

松装叶片围带的车削：由于末级、次末级为松装叉型叶片，在进行围带车削时，不仅是断续切削，而且存在非常严重的震动，使得表面粗糙度难以保证。因此，围带车削前，在叶片间打入木楔，将叶片撑紧、固定，以防止车削叶片外圆时引起震动。