軸流泵葉片數控加工的工藝改進與工裝設計

上海東方泵業（集團）有限公司 （201906） 束湘湘 張永泉

軸流泵葉片是軸流泵的關鍵件，它決定著泵的運行狀態和性能參數，因此在軸流泵的生產中都對它特別關注，并把葉片工作面的加工列為關鍵工序。軸流泵葉片零件簡圖如圖1所示，其葉片的工作面為空間曲面。

完成加工的葉片如圖2所示。

圖1

軸流泵葉片工作面加工目前都在加工中心上進行。為了加工安裝和定位方便，在制作毛坯時，在葉片的外沿中部鑄出一工藝凸臺。一般的工藝流程是先根據葉片的毛坯外形劃線，加工出用于車削定位的兩端中心孔，再以中心孔定位，車削加工成葉片安裝端的安裝法蘭以及另一端的工藝支撐凸臺的圓柱面，然后兩端的圓柱面用V形鐵定位，根據葉片的設計數據，調整好葉片水平方向的角度，加工葉片的工作面。工藝流程為：劃線→鉆中心孔→車→銑工作面→鉆鉸孔→轉后續加工。由于葉片的剛度較差，為了防止加工中振刀，在葉片的下方安裝多個輔助支撐。葉片的工作面加工好后，再以工作面為基準，加工葉片安裝端法蘭上的定位銷孔和聯接孔。加工現場如圖3所示。

圖2 完成加工的葉片

圖3

這種加工工藝存在以下幾方面的不足：①對本來使用沒有任何作用和精度要求的部位（工藝凸臺），作為定位基準后，提出了較高的加工精度要求，因為定位基準的加工誤差直接影響到葉片加工的幾何精度，因此加大了制造難度，提高了加工成本。②以葉片工作面為基準加工葉片安裝定位孔時，由于葉片是一空間曲面，以其定位精度不高，加工出的定位孔不可避免地存在較大的幾何誤差，葉片安裝后，這個誤差直接影響葉片的工作角度，進而影響泵的性能。③由于葉片屬于薄壁零件，毛坯鑄造變形較大，為了盡量保證加工余量的均勻，在加工葉片時定位找正十分困難，并且由于粗精加工要反復定位找正幾次，造成輔助時間長，并且產生重復定位誤差，影響加工質量和加工效率。

針對以上工藝流程存在的不足，對原工藝進行了改進。將原來葉片工作面加工完成后再加工安裝端法蘭上的定位銷孔和聯接孔，改為先加工葉片安裝端法蘭上的定位銷孔和安裝孔，再以法蘭和法蘭上面的定位銷孔安裝定位夾緊，然后加工葉片工作面。由于葉片工作面的加工余量較大，所以在加工安裝法蘭上的定位銷孔時，對孔的圓周方向的定位誤差要求相對較低，只要保證葉片工作面有加工余量即可。同時放棄原來的V形鐵定位，使用新的工裝加工。改進后的工藝流程為：劃線→鉆中心孔→車→鉆鉸孔→銑工作面→轉后續加工。即將鉆鉸孔和銑葉片工作面兩道工序位置進行了顛倒。

新工裝結構如圖4所示，下述各孔位置與零件圖1A向視圖孔的位置完全相同，只是增加了一個定位孔6。

圖5

新工裝上加工出了與葉片安裝端相對應的孔系，用葉片安裝端法蘭上的定位銷孔和工裝上的定位銷孔通過銷定位，用已加工好的聯接孔通過螺栓壓緊聯接。這樣葉片在工裝上安裝后，位置固定了，不用再找正葉片工作面，可以直接編程加工。加工好一面后再加工另一面時，只要把定位銷拔出，松開壓緊螺栓，回轉180°，在另一側插上定位銷即可，不用再進行繁瑣的找正便可進行加工。（其實工裝上可以不加工6個定位銷孔，只加工3和6兩個定位銷孔即可。加工6個定位銷孔可方便選擇調整加工中的葉片的最優加工安裝位置。）

葉片在工裝上安裝加工示意圖如圖5所示。

圖4

采用這種新工藝后，在加工法蘭上孔系時，降低了其孔系與葉片工作面（還沒有加工）的相互位置精度要求，因為葉片加工面有預留加工余量，即使存在誤差，這些誤差只要能保證葉片的工作面有足夠的加工余量即可，由于葉片加工余量較大，所以允許的誤差也可以大些。這和原工藝以加工成的葉片工作面為基準再加工葉片安裝定位孔時產生的誤差影響有本質的不同，前者只影響加工余量的均勻，后者直接影響葉片的工作狀態，進而影響泵的水力性能。改進后的工藝工裝加工成的葉片形狀和角度與葉片使用安裝時的狀態是一致的，因此泵的性能得到保證。

葉面加工一般分為粗、半精和精加工，加工過程中葉片要多次倒面定位安裝，采用這種工藝和工裝后，倒面安裝簡單準確，可節省大量的安裝找正時間。安裝次數越多，越能體現出新工藝工裝的優越性。

用這種工裝夾緊定位后，為了提高加工效率，防止加工中產生振刀，還要在葉片的其他適當位置加一些輔助支撐（用V形鐵定位也要這樣，見圖3），這些輔助支撐都只是為了提高工件的剛性，防止振刀，不會對定位精度產生影響。增加的輔助支撐的數量可根據葉片的大小和剛性，通過試切決定。這些輔助支撐與使用V形鐵定位加工所使用的支撐不同，前者只是增加工件的剛性，后者還有定位功能。

輔助支撐的結構形式對加工效率和加工精度的影響也很大，支撐力過大會使葉片變形，過小起不到輔助支撐的作用，為此我們設計了一種專用輔助支撐，對葉片的高效加工發揮了很好的作用。輔助支撐的結構如圖6所示。

圖6 可調輔助支撐

可調輔助支撐由底座、彈簧、支撐體、支撐桿、鎖緊螺母等組成。輔助支撐通過固定螺栓固定在銑床工作臺上。鎖緊螺母可以預調支撐力的大小，支撐體和底座通過螺紋聯接，轉動支撐體可以改變支撐桿的高度并與葉片相接觸，從而起到支撐作用。調整支撐體和鎖緊螺母可以改變輔助支撐的支撐力大小。此種輔助支撐由于是靠彈簧力支撐，所以還有減振作用，有效地避免了加工中的振刀現象。

工藝和工裝的改進，可調輔助支撐的應用，縮短了葉片加工過程的裝夾找正時間，提高了加工效率，降低了制造成本，更為重要的是，提高了產品的制造精度，保證了泵的水力性能，提高了產品的可靠性。

[1] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2] 劉文劍，曹天河，趙維媛.夾具工程師手冊[M].黑龍江：黑龍江科學技術出版社，1987.