汽輪機轉子末葉片銷孔加工裝置的設計與研究(上）
2017-7-4 來源：遼寧工業大學 作者：張晚青
摘要：位於汽輪機轉子各級葉輪（lún）的末葉片采用錐（zhuī）型銷孔鎖緊結構.由於每（měi）兩級葉（yè）輪間的距離最小可達到 75mm，普通（tōng）鑽床很難達到鑽孔要求。為了提高加工效率，針對目前某公司的加工現狀，設計（jì）了一種新型（xíng）的（de）鑽孔裝（zhuāng）置。新型的鑽孔裝置主要由定位與夾緊裝置、進給裝置、傳動裝置、平衡裝置等四部分組成。該裝（zhuāng）置在定位與夾緊部（bù）分的巧妙設計使其在短時間內快速（sù）安裝完畢。通過人工手柄控製，實現工作台在 X、Y、Z 方向的移位。平（píng）衡裝置能夠最大限度（dù）減少工（gōng）人的勞動強度，提高工作效（xiào）率。 該鑽孔裝置利用“螞蟻啃骨頭（tóu）”的（de）加工方式將本身固定在汽輪機轉子上，並對末葉片銷孔（kǒng）進行鑽（zuàn）孔加（jiā）工。定位機構采（cǎi）用“一（yī）麵兩銷”的定位方式，即平麵與一個圓形銷（xiāo）和（hé）一個削邊銷配合用以限製裝置相對轉子的位置；夾緊機構利用快速卡鉗（qián）和連接卡（kǎ）鉗與 Z向進給框架的連（lián）接架對裝置進行夾緊；進給裝（zhuāng）置的作（zuò）用是通過對 X、Y、Z 方向手（shǒu）柄的轉動來實現鑽孔裝（zhuāng）置在這三個方向的調（diào）位與進給；傳動裝置（zhì）是采用帶傳動（dòng）的傳動方（fāng）式以3：1 的（de）傳動（dòng）比進行（háng）動力傳（chuán）動，以實現鑽頭的主軸轉動；平衡裝置的作（zuò）用是使鑽孔裝置近似處於無重力狀態，以確保鑽孔過程能夠平穩的進行。 運用（yòng）有限元（yuán）法對鑽孔裝置的部分（fèn）機構進行了分析，其中包括進給裝置的 Y 向連接架、Z 向（xiàng）進給裝置中連接錐齒輪的軸和梯形絲杠、以及夾（jiá）緊（jǐn）機構中的連接架等，並（bìng）實施了優化設計。
關鍵詞：汽輪機；鑽孔裝置；快速（sù）夾緊；螺旋傳動；平衡（héng）裝置；有（yǒu）限（xiàn）元分析法
1.緒論
1.1 研究背景和研究意義
1.1.1 汽（qì）輪機的分類及工作原理
汽輪機是能將蒸汽熱能轉化為機械（xiè）功（gōng）的（de）外燃回轉（zhuǎn）式（shì）原動機，是火電和核電的（de）主要設備之一，用於拖動發電機發電來自鍋爐的蒸汽進入汽輪機後，依次經過一係列環形配置的噴嘴和動葉，將蒸汽的（de）熱能轉化（huà）為汽輪機轉子旋轉的機械能。它主要用作發電（diàn）用的原動機，也可直（zhí）接驅動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等[1]。還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽滿足生產和（hé）生活上的供熱需要。變速汽輪機還用（yòng）於拖動風機，壓氣機，泵及艦船的螺旋槳等。在大型火電機組中還用於（yú）拖動鍋爐給水泵。就凝汽式汽輪機而言，從（cóng）鍋爐產生的新蒸汽經由主閥門（mén）進入高壓缸，再進入中壓缸，再進入低壓缸，最終進入凝汽器。蒸汽的熱能在汽輪機內消（xiāo）耗，變為蒸（zhēng）汽的動能，然後推動裝有葉片的汽輪機轉子，最終轉化為機械能。除了凝汽式汽輪機，還有背壓式汽輪機和抽汽式汽輪機，背壓式（shì）汽（qì）輪機可以理解為沒有低壓缸和凝汽器的（de）凝汽式汽輪機，它的出口壓力較大，可以提供給供熱係統或其它熱交換（huàn）係統。抽汽式汽輪機則是指在蒸汽流通過程（chéng）中抽取一部分用於（yú）供熱和再熱的汽（qì）輪機[2]。
圖 1.1 汽輪機（jī）
汽（qì）輪（lún）機的轉子在汽輪機工作中承（chéng）載著重要的作用（yòng），轉子通常用合（hé）金鋼整鍛，並加工（gōng）成（chéng）型。高壓轉子的（de）一端的軸上安裝（zhuāng）超速跳閘機構，並安裝上主油泵。在此（cǐ）端還配有調速器，其連接方式是將剛性聯軸器和長軸對接（jiē）在一起。轉子的尺寸均遵循加工圖紙的精度，精加工後的轉子需（xū）配置上其相應的葉片。為確保轉子的安全運行，帶著葉片的轉子需要做精確的動平衡試驗和全速的轉動試驗。在（zài）轉子工作時，轉子上的工作葉片受到（dào）蒸（zhēng）汽對其的推動力，在推動力的（de）作用下（xià）使其做回轉運動（dòng），作（zuò）回轉運動的部件還包（bāo）括主油泵，調速（sù）器和發電機。在（zài）工作時，葉片在高速氣流的推動下（xià），將氣流的動（dòng）能轉化為葉片的機（jī）械能，進而推動葉片所在轉鼓和（hé）葉輪的高速旋轉。一般情況下，葉片的組成包括葉根，葉頂和葉型。葉根在葉片轉動時起到及其重要（yào）的作用，葉片通（tōng）過葉根連接在（zài）轉鼓和葉輪上（shàng），蒸汽的強大推力將葉片推動進行高速旋轉。因此，葉根與葉（yè）輪的連（lián）接牢固程度（dù）是決定（dìng）轉子安全運轉的必（bì）要前提，當然裝（zhuāng）配方便和加工簡（jiǎn）單可以（yǐ）減小工作強（qiáng）度和生產效率[3]。
圖 1.2 汽輪機轉子（zǐ）三維圖（tú）
葉片（piàn）的表（biǎo）麵設計為（wéi）複雜的曲麵，由於汽輪機的工作原理是完全（quán）通過葉片在（zài）高速氣（qì）流的驅動下工作，從而推動轉子的高速轉（zhuǎn）動。在這（zhè）種高溫高壓的工作環境下，葉片的工作（zuò）狀態起到了極其重要的作用。這種惡（è）劣的工作環境（jìng）對葉片提出了更高的要求，它（tā）不僅僅要求高強度（dù），還要求高抗腐蝕性，高抗疲勞性和（hé）較高的抗衝擊能力。汽輪機的葉片由於長期處於在高溫高壓的環境下，所以對其材料的耐高溫性能的要求顯得更加重要。由於葉片的 T 型葉根是順著轉子的主軸上麵的末（mò）葉窗口滑動到轉子的輪槽中，因此（cǐ），當汽輪機的轉子高速（sù）旋轉時，會產生（shēng）強大的離（lí）心力，而這些離心力（lì）主要作用在葉片（piàn）的 T 型根處，而且，每一級的葉輪上的末葉片都處在末葉的窗（chuāng）口的位置。所以（yǐ），對末葉片的葉根鎖緊的牢固與否對轉子的正常工作起到（dào）了（le）決定性的作用。要是不采用（yòng）合理的鎖緊方（fāng）式，在高（gāo）速旋轉中產生的離心力（lì）會造成葉片脫離轉子，可能會（huì）產生重（chóng）大的事故，一方麵機器會遭受損壞，最主要的是可能會致使工作人員的傷亡。目（mù）前在汽輪機轉子末（mò）葉片上應用最廣泛的鎖緊方式是錐型銷孔鎖緊方式。這種鎖（suǒ）緊方式的設（shè）計不僅使鎖緊牢固的程度加強，同樣可以（yǐ）使其拆卸方便。這樣不僅保（bǎo）障了汽輪機轉子的正常工作，同時，保證在葉片受損的情況下，方便拆（chāi）換（huàn）。然而在加工過程中發（fā）現錐形銷孔加工難度很大，在（zài）這種情（qíng）況下，研（yán）製（zhì）能夠加工汽輪機轉子末葉片錐（zhuī）形銷孔的鑽孔裝置（zhì），具有重大意義[4-6]。
圖 1.3 汽輪機轉子末葉片及銷孔位置三維圖
1.1.2 課題（tí）來源及其研究意義
本課題來（lái）源自錦州汽輪機有限公司（sī）汽輪機轉子末葉片錐形銷孔鑽床的改進項目。汽輪機轉子葉片錐形銷孔的加工具有（yǒu）其特殊性，由於葉輪和主軸整鍛為一體，葉輪之間的距離大小不同，最小的距離（lí）僅為（wéi） 75 毫米，因此，這對鑽孔裝置的要（yào）求很高，銷孔加工起來也比較困（kùn）難，一般（bān）的鑽床無法達到要求，這（zhè）就要（yào）求研製（zhì）一種特殊（shū）的鑽（zuàn）孔裝置（zhì）對（duì）汽（qì）輪（lún）機轉子的末葉（yè）片銷孔進行加工。
原有的鑽孔裝置裝於（yú）普通的車床上，利用車床的溜板箱實現進給的換向和 X 向與 Z向進給，因此，鑽削（xuē）末葉（yè）片（piàn）銷孔這道工序的一半以上時間用於鑽孔裝置的定（dìng）位，包（bāo）括（kuò）對水（shuǐ）平度的定（dìng）位和垂直度的定位，且加工精度低。新型（xíng）末葉片錐形銷孔的鑽孔裝置是將其固（gù）定在轉子上進（jìn）行鑽孔，節省用於定位（wèi）所需要的大量時間，解決精度不高帶來的弊端（duān）。這台鑽孔裝置的研製不僅降低勞動成本，減輕了工人的（de）勞動強度，同時，也（yě）可縮短整（zhěng）個加工周期，提（tí）高生產效率。
圖 1.4 改進前（qián）的鑽（zuàn）孔裝置（zhì）
1.2 汽輪機末葉片鑽孔裝置的相關發展
範萬生[7]將（jiāng）鑽孔工裝首先裝於 DAK65 臥式車床的小刀架上適當壓緊。在裝鑽頭的空心軸內裝上檢驗棒用以找正，在 80mm 長（zhǎng）度上（shàng）,千分（fèn）表跳（tiào）動小於 0.03mm，即可壓緊工（gōng）裝。工裝的基（jī）木結構（gòu）和傳動（dòng）是（shì）:由（yóu）功率為 0.55kw 的電（diàn）動機帶動皮帶輪，通過一對皮帶輪減速傳動至軸上（shàng），再經過三級齒輪減速和傳遞運動到鑽（zuàn）頭上，轉速由（yóu）電動機的 1400r/min減為 60r/min。四個（gè）齒輪的模數為（wéi） 1.5mm。軸（zhóu）兩端采用銅襯套作軸承，支承軸的旋轉運動。用擋圈（quān）作止推，齒輪齧合（hé）部位和軸（zhóu）承套的潤滑采用滴油潤滑。
張文華，張文慶[8]在（zài）研製汽輪機轉子末葉片銷孔的加工裝置中，使用折向鑽對轉子末葉片錐型銷（xiāo）孔進行鑽削。他們把折向鑽固定在 C630 車床上，利用車床的手（shǒu）柄來實現折向鑽在 Z 向和 X 向的進給（gěi）。在進行 X 向進給時，同樣向左或向（xiàng）右（yòu）旋動 X 向的手柄，以使折向（xiàng）鑽位於 X 向目標位置。在進（jìn）行 Z 向進給時，此時，實現的是折向鑽的鑽孔過程，向左或向右根據相應的（de）進給（gěi）速度（dù）旋動 Z 向的手柄，直至最後完成（chéng）整個鑽孔（kǒng）過（guò）程。
目前，大多數的汽輪機廠基（jī）本都在（zài）采用類似上述的鑽孔裝置，將鑽（zuàn）孔工裝安裝的車床上，以用來對汽輪機轉子末葉片的銷孔進行加工。
1.3課題的主（zhǔ）要研究內容
（1）針對課題，初步確定各個機構實（shí）現其相應功能的方案。主要包括（kuò）鑽孔機構需要通過“螞蟻啃骨頭”的方式將裝置固定在轉子上，簡（jiǎn）化（huà）了加工工藝，節（jiē）省了用於定位所需要的大量時間，可以有效提高（gāo）加（jiā）工效率；由於不同轉子以及同一（yī）轉子各級葉輪的錐型銷孔的位置不同，故采（cǎi）用手輪搖動實現 X、Y、Z 三個方向（xiàng）的進給；通過平衡裝置來抵消由於自身質量產（chǎn）生的（de）力和減小力（lì）矩等。
（2）鑽孔裝置總體（tǐ）方案的製定。鑽孔機構由四部分組成，定（dìng）位與夾緊裝置，進給裝置，傳動裝（zhuāng）置（zhì）和平衡（héng）裝置。構成鑽孔機構的各個部分的有機配合可以使機構更好的實現其鑽孔功能。
（3）鑽孔（kǒng）機構各個組成部分詳細方案的擬定，包括鑽孔機構與預加工零（líng）件的（de）連接方式以及夾緊方式的設計與相關（guān）零件（jiàn）的選型（xíng），進給裝置中傳動方式的選取與（yǔ）相關零部件的選型（xíng），鑽孔工裝與電機連接的傳動方式的選擇與電機（jī）的選型，平衡裝置的選擇及其與鑽孔機構的連接方式等。
（4）繪（huì）製設計裝置（zhì）工程（chéng）圖與工作原理圖。繪製零件圖和 Solid Works 三維圖並（bìng）對鑽孔裝置進行仿真。
（5）利用 ANSYS Workbench 有限（xiàn）元分析軟件對鑽孔機構的部分機構進行強度和剛度分析與校核。通過（guò）分析，能對鑽孔機構的結構設計和優化提供依據（jù），以（yǐ）便（biàn）更好的檢驗（yàn）設計的（de）合理性。
2 .汽輪機轉子（zǐ）末葉（yè）片銷孔新型加工裝置的總體方（fāng）案設計
2.1係統技（jì）術需求分析
本次設計研究的課（kè）題是針對汽輪機（jī）的高中壓整體轉子的末葉片銷孔（kǒng）的加工裝置，利（lì）用（yòng）五個平衡孔將加工裝置（zhì）安裝在體積和質（zhì）量都巨大的轉子上進行加（jiā）工。這台汽輪機轉子末葉片（piàn）錐型（xíng）銷孔加工具體的技術（shù）方案和進行結構設計之前，首先（xiān）對其技術需求進行分析：
（1）可以較大地降低勞動強度
汽輪機（jī）轉子末葉片錐型銷孔（kǒng）的原有加工裝置在工作過（guò）程中將一（yī）半以（yǐ）上的時間與工（gōng）人的勞動強度用於對加工裝置的定位，在新的加工裝置（zhì）的設計上應采用合理的（de）定位方式來（lái）提高勞動效率，縮短勞動時間（jiān），簡化工作流程。
（2）可以降低裝置的製造成本（běn）
采用傳（chuán）統的機（jī）械傳動方式，合理的連接方式，以及盡量多的使（shǐ）用標準件，以降（jiàng）低整個的加工裝置的製造成本，使其具有良好的實（shí）用性和推廣性。
（3）采用較合理的鑽孔工裝的結構（gòu）設計
汽輪機轉子末（mò）葉片（piàn）錐型銷孔（kǒng）的所需要設計的加工裝置存在其特殊性，在轉子上分布（bù）著不同級別的葉輪，每兩級葉輪間的距離不完全相等，而葉輪（lún）之間的（de）距離最（zuì）小可達到（dào）75mm，一（yī）般的鑽孔工裝無法對其進行加（jiā）工，故設計合理的鑽孔工裝結構對整個裝置的（de）設計顯（xiǎn）得尤為重要。
（4）合理性與可行（háng）性分（fèn）析
利用（yòng）分析軟件對加工裝置的關鍵部（bù）件進行合（hé）理性與可行性分析，以確保所設計的加（jiā）工裝置具有更好的適用性。
2.2 汽輪機轉子末葉片銷孔的加工現狀（zhuàng）
本課題選自某公司，該某公司目前加（jiā）工汽輪機轉子末（mò）葉片錐形銷孔采用經改造的普通車床。將一套鑽具置於 CA6140 車（chē）床溜板箱上。其目的是（shì）利用溜板箱把光杠和絲杠傳遞過來（lái）的螺旋傳動轉化為溜板箱的直線進給。通過溜板箱的直線（xiàn）進給（gěi）使鑽具做同（tóng）樣的進給運動。簡而言（yán）之，車（chē）床在（zài）加工過程中是鑽具的承載者，帶著鑽具進行各方向的移動，以完成鑽具在鑽孔過程所需要完成的功能。
溜板箱通常設有以下幾種機構：接（jiē）通絲杠傳動的開合螺母（mǔ）機構。將光杠的運動傳至縱（zòng）向齒輪齒條和橫向進給絲杠的傳（chuán）動機構，接通、斷開和轉換縱橫進給的轉換機構，保證機床（chuáng）工作安全的過載保險裝置（zhì），絲杠、光杠（gàng）互鎖機以及控製刀架縱、橫向機動（dòng）進給的操縱機構。溜扳箱上有一（yī）個小齒輪。而小齒輪又與床身前下麵的齒條相齧合，可（kě）用手轉動溜扳箱手輪，可使（shǐ）床鞍縱向移動。
圖 2.1 車（chē）床及溜板箱
2.2.1 汽輪機（jī）末葉（yè）片銷孔加（jiā）工裝置的加工流（liú）程
（1）定（dìng）位鑽孔裝置
將精加工後的轉子固定在兩個三角架上，三角架座（zuò）於水平度較好的地麵。將（jiāng）鑽孔裝置用吊車將其置於轉子附（fù）近。
圖 2.2 精加工後的轉子固定（dìng）在兩個三角架上
（2）確（què）定水平度與垂直度
將鑽孔裝置進行微調，使鑽頭與鑽孔位置重合。首先，調整（zhěng）鑽頭與預加工平麵的垂直度。調節垂直度是通過移動整個鑽（zuàn）孔裝置來（lái）實現的。將百分表（biǎo）固定在鑽孔裝置上進行測量（liàng），當測量結果不符合要求時（shí），用撬杠撬動鑽孔裝置（zhì）進行微調，直到達到（dào）要求為止，一般控製誤（wù）差在 0.05mm 以內。而後，調整鑽頭與鑽孔（kǒng）位置的水平度。水平度的調節是通（tōng）過千斤頂（dǐng）調節轉（zhuǎn）子來實現的。將鐵（tiě）棒穿在兩相鄰葉輪的平衡孔（kǒng）上，用千斤頂支撐鐵棒來進（jìn）行調節。
圖 2.3 千斤頂調節轉子水平（píng）度
圖 2.4 用百分表（biǎo）測轉子垂直度
圖 2.5 工人用撬杠撬動鑽孔裝置進行微調
（3）鑽孔
在完成校準鑽頭與鑽（zuàn）孔位置後，連接電源進（jìn）行鑽孔程序。由電動機帶動皮帶輪，通過 3：1 的一對（duì）皮帶輪減（jiǎn）速傳（chuán）到（dào）鑽頭上，來進行（háng）鑽孔。
圖 2.6 工（gōng）人用鑽孔裝置進行鑽孔
由於兩葉輪（lún）之（zhī）間的距離小，而葉輪的厚度（dù）大，鑽孔的過程（chéng）無法一次性順利完成，故在鑽頭加工到它所（suǒ）能加工的（de）最大深度後，將在鑽孔框（kuàng）架後麵的（de）用來夾緊鑽頭的圓形螺母旋鬆，而後用卡鉗將鑽頭拉長至能鑽透葉（yè）輪長度，再旋緊圓形螺母，接通電機的電源線，旋動手柄實現進給，進行第二次鑽（zuàn）削。
在鑽直徑在 9mm 以上的孔時，先用（yòng）直徑 6mm 的鑽頭鑽孔，而後用（yòng）要求大（dà）小的鑽頭鑽削，由於圖紙要（yào）求是錐形孔，用來插入錐形銷，故最後還有鉸孔（kǒng）的一道（dào）程序。而這每一步的實現都（dōu）不是一（yī）次性完成，都需要進行（háng）第二次鑽削。
由（yóu）於轉子的長度至少是一個半車床長度，定位（wèi）一次鑽孔裝置無法滿足（zú）鑽孔要求，因此還要重複以上步驟。
圖 2.7 轉子的長度約是 2 個車床長度
2.2.2 存在問題
目前（qián）各汽輪機（jī）廠所（suǒ）使用的用於加工轉子末葉片錐形銷（xiāo）孔的鑽孔裝置普遍采用齒輪傳動和將鑽孔工裝置（zhì）於車床上，利用車床的工作台實現四個方（fāng）向的進給，采用這種加工方式存在如下問題：
（1）將鑽孔工裝安裝在普通的車床上，通過移動車床來調節鑽孔（kǒng）裝置（zhì）相對於（yú）轉子的垂直度和水平度，這種（zhǒng）加工方式（shì）增加了工人的勞（láo）動時間（jiān）和勞動量；
（2）在調（diào）節垂直度和水平的過程中（zhōng），無法保證其加工精度；
（3）鑽孔裝置無法一次順利完成整個鑽孔過程，需要將螺栓擰鬆後用卡鉗將（jiāng）鑽頭拉長到能夠將葉輪鑽透長度（dù），進行第二次鑽（zuàn）孔（kǒng）加工。
2.3 汽輪機轉子末葉片錐（zhuī）型銷孔新型（xíng）加工裝（zhuāng）置（zhì）的總體結（jié）構設計
在實（shí）際工作（zuò）中，通常對汽輪機轉子（zǐ）末葉片銷孔的配鑽精度要求（qiú）較高，原因是葉片長（zhǎng）期處於一種高（gāo）溫高壓且具（jù）有較強的腐蝕性的工作環境中。汽輪機轉子葉片錐形銷孔的加工具有其特殊（shū）性（xìng），由於葉輪（lún）和主軸整（zhěng）鍛為一體，每兩級葉輪之間的距離大小（xiǎo）不同，最小的（de）距離僅為 75mm，因此，這對鑽孔裝置的要求很高，銷孔加工起來也比較困難（nán），一般的鑽床無（wú）法達（dá）到要求。
某（mǒu）公司（sī）原有的鑽孔裝置（zhì）裝於普通車床上（shàng），利用車床的 X、Y、Z 軸充當進給裝置，在車床定位時，用吊車進行（háng）移位，用撬杠等（děng）簡單工具進行（háng）微調（diào），因（yīn）此，鑽削末葉（yè）片銷孔這道工（gōng）序的一半以上的時（shí）間用於鑽床的定位，且精度低。新型鑽孔裝置的研製目的是對原鑽孔裝置進行（háng）優化設（shè）計，改進後的鑽孔（kǒng）裝置可以較大地提高生產效率。
改進後末葉片（piàn）錐形銷孔的鑽孔裝（zhuāng）置采用“螞蟻啃（kěn）骨頭（tóu）”的加工方式將其（qí）固定在轉子上進行鑽孔（kǒng），節省了（le）用於定位所（suǒ）需要的大量時間，解（jiě）決了精（jīng）度不（bú）高帶來的弊端。這台新型鑽孔裝置的設計（jì），可以減少（shǎo）勞動（dòng）成本，縮短整個加工周期，同時可以提高生產效率。
2.3.1 總體結構設計與工作流程
1-轉子 2-定位與夾緊裝置 3-進給裝置（zhì） 4-傳動裝置 5-平衡裝置
圖 2.8 鑽孔裝置和轉子裝配總圖
該鑽孔裝置主要包括定位與夾（jiá）緊裝置，進給裝置，傳動裝置和（hé）平衡裝置（如圖 2.8所示）。工作流程如下（xià）：
平衡裝置吊起鑽孔裝置，以減少工作人員的工作強度，使鑽頭調節到鑽孔位置高度，並通過轉子上的平衡孔（如圖 2.9 所示）將裝置的定位在轉子上，用快速（sù）卡鉗將鑽孔裝置與轉子夾緊。調整 Z 向手柄，使鑽頭在 Z 向調節到與劃線位置的水平位（wèi）置附近，再（zài）調節 X 向手柄，使鑽頭在 X 向調（diào）節到劃線位置附近，而（ér）後依次調節 Z 向與 X 向，直到鑽頭隊準劃線位置，再用鎖緊機構將 Z 向和 X 向分別進行鎖緊（如圖 2.11 和圖 2.12），以確保鑽孔過程的順利進行，至此鑽孔的前期（qī）工作（zuò）已經完成。接下來的程序就是鑽孔（kǒng）（如圖 2.13 所示）。鑒於存在（zài）兩葉輪（lún）之間距離小的情況（如（rú）圖 2.14 所示），鑽孔裝置（zhì）無法一（yī）次順利完成整個鑽削（xuē）過程，將固定鑽頭的螺栓旋鬆後用卡鉗將鑽頭伸長到能夠將葉輪（lún）鑽透長度（dù），進行（háng）第（dì）二次鑽孔，直到完成通（tōng）孔鑽削為止。而後逐（zhú）個孔進（jìn）行鑽削。轉子中的每一級葉輪與末葉片的葉根所需（xū）配（pèi）鑽的數目不一定相同，這需要按照圖紙的（de）要求進行劃（huá）線後配（pèi）鑽，一般一個末葉片配鑽 1 個、2 個或 4 個銷孔，那麽一個葉輪需配鑽 2 個，4個或 8 個銷孔[9-12]。
1-轉子上的平衡孔（kǒng） 2-用於固定鑽孔裝置的平衡孔
圖（tú） 2.9 轉子上的平衡孔位置
圖 2.10 鑽孔裝置機構總圖
圖 2.11 Z 向梯形絲杠鎖緊裝置
圖 2.12 X 向滾珠絲杠鎖緊裝置
圖 2.13 傳動裝置調節到鑽孔位置
每兩級葉（yè）輪之間的距離不完全相同，某些葉輪之間的距離較小，這樣，鑽孔（kǒng）裝置無法一次性完成鑽（zuàn）削（xuē），如圖 2.14 所示，用卡鉗將鑽頭拉長到已鑽削的長度後，再次鑽削，而後再觀察能否完成葉輪的通孔鑽削，以此（cǐ）類推，直至完成通孔鑽削。
圖 2.14 某些（xiē）葉輪之間的距離較小（xiǎo）
工作流程（chéng）圖如（rú）圖 2.15 所示。
圖 2.15 新型鑽孔裝置（zhì）的工作流程圖（tú）
2.3.2 鑽孔（kǒng）裝置的機構設計（jì）
由於（yú）被加（jiā）工件的質量和體積的巨大，用更大的機（jī）床加工程序繁瑣（suǒ），且消耗大量不必要的生產資源，故新型鑽孔裝（zhuāng）置（zhì）采用“螞蟻啃骨頭（tóu）”的加工（gōng）方式（即（jí）將鑽孔裝（zhuāng）置固定在工件上進行加工），采（cǎi）用這（zhè）種加工方式節省了用於定位所需要（yào）的大量時間，解決了精度不高帶來的弊端。新（xīn）型鑽孔裝置所采（cǎi）用定位和夾緊機構的巧妙設計，極大的提高了生產效率與加工精度[13,14]。
（1）定位與夾緊機構的設計
定位與夾緊機構的設計包括定位機構設計和夾緊機構的設計。定（dìng）位機構的設計是基於汽輪機轉子平衡孔的均勻分布進行設（shè）計的。汽輪機的轉子一般分布 5 或 7 個（gè）平衡孔，利用相鄰的兩個平衡孔將鑽孔裝置固定在轉子上。將銷子（zǐ）分別（bié）穿過鑽孔裝置與平衡孔，在設計中，為了避免兩個圓銷（xiāo）孔（kǒng）過定位，通常利用“一麵兩銷”的定位方式，即設計定位元件一個為圓柱銷，一個為削邊銷。
圖 2.16 快速卡鉗和連接架
圖 2.17 快速卡鉗打開位（wèi）置
夾緊機（jī）構是將定位好（hǎo）的鑽（zuàn）孔裝置完全（quán）固定到轉子上，它的主要組成部件是快速卡鉗和連接架,如圖 2.16 所示，圖 2.16 中（zhōng）的快速卡鉗為鎖死位置。快速卡鉗是利用機械（xiè）連（lián）杆機構中的死點原理，對預夾緊工件進行的一種快速夾（jiá）持與打開的一種機構。快速卡鉗具有（yǒu）定位準確，裝卸（xiè）快速，自鎖（suǒ）夾緊的功能。圖 2.17 所示快速卡鉗為打開位置。
（2）進給裝置的設計
新型鑽孔裝置的進給裝置可以實現 X、Y、Z 方向進給，主要包（bāo）括（kuò）螺旋傳動副，導軌和連接板等組成。Z 向進給裝（zhuāng）置的設（shè）計是在考慮其自身（shēn）重力的基礎上進行設計的。雖然（rán）平衡機構能夠使鑽孔裝置處於無重狀態，但為避免操作不當或操作失誤所引起的危害，將螺旋傳動副設計為帶自鎖功能的梯形絲杠副。
1-傘形錐齒輪 2-帶座軸承 KFL002 3-梯形絲杠螺母及（jí）連接（jiē）螺母 4-梯形絲杠 5-Z 向（xiàng）進給框架 6-工作台連接板 7-X 向連接板8-導軌9-滑塊10-Y 向連接板11-鎖緊機構（gòu）
圖 2.18 進給裝置結構圖
（3）傳動機構的設（shè）計
根據某公司原有的（de）鑽孔設備，該鑽孔裝置的傳動機構同樣采（cǎi）用皮（pí）帶傳動（dòng）的（de）方式，以3：1 的傳動（dòng）比進行傳動（dòng）。由電機帶動主動輪進行轉動，主動輪（lún）通過帶與帶輪（lún）間的摩（mó）擦力將動力（lì）傳動到從動輪，而後在從動輪（lún）上安裝（zhuāng）鑽頭對汽輪機轉（zhuǎn）子末葉片（piàn）的銷孔進行配鑽。在現實生活中，皮帶輪憑（píng）借著簡便，高效並（bìng）且可以緩（huǎn）衝，吸振，傳動起來（lái）平穩無噪音等優點，得到了更加廣泛的使用。因此（cǐ），本（běn）次設計沿用了原鑽孔裝置的帶傳動（dòng）機構（gòu），如圖2.17 所示。
1-鑽頭套 2-軸（zhóu）套 3-外軸套 4-連接框架 5-從動輪 6-傳動皮帶 7-主動輪 8-電機（jī） 9-電機（jī）安裝架
圖（tú） 2.19 傳動裝置（zhì）結構圖
（4）平（píng）衡裝置的設計
鑽孔裝置（平衡裝置除外）的（de）自身重量在 50Kg 左（zuǒ）右，為保（bǎo）證鑽削過程更加平穩精準，設計一款平衡裝置，使加工（gōng）過程在無（wú）重的狀態下進（jìn）行。平衡裝置包括小型移動起重（chóng）機和彈簧平衡器兩部分。小型移動起重（chóng）機由橫梁，立柱，車輪和配重片等組成。為防止小型起重機發生側翻，加（jiā）配重片以使裝置達到受（shòu）力平（píng）衡。
1-彈簧平衡器 2-橫梁 3-立柱4-配重片 5-手柄 6-刹車後輪 7-小車前輪
圖 2.20 平衡裝置結構圖
2.4本章小結（jié）
本（běn）章節通過分析汽輪機轉子末葉片銷孔加工（gōng）裝置（zhì）的技術需求以及對現有鑽孔裝置加工流程及存在問題的分析，對汽輪機轉子末葉片銷孔加工裝置（zhì）進行了（le）總體結構設計，將設備劃分為定位與夾緊裝（zhuāng）置、進給裝置，傳動裝（zhuāng）置和平衡（héng）裝（zhuāng）置 4 個功能子部分，闡述和分析（xī）了各個功能子部分（fèn）的工作內容。
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