Ｌ。岍Ｉ工艺
汽轮机高压内、外缸斜孔加工与测量
中国长江动力集团有限公司
（湖北武汉４３００７４）
朱卫峰赵伟陈卫华余林
高压内、外缸（双层缸）是我公司新研发的背
７００
ｍｍ，重量１４ｔ，若使用普通设备无法达到斜孔加
压式汽轮机中的重要部件，它将汽轮机的内部与大
气隔开，形成封闭的汽室，控制蒸汽流动方向和速度，推动转子旋转最终转换为电能。为保证汽轮机正常运行，必须通过测温孔、测压孔准确测量汽缸内部实时工作压力和温度，并反馈到汽轮机控制系
工要求，若使用我公司数控龙门铣（ＸＫ２１３６）加
工，成本太高。
统，有效控制汽轮机正常运行状态。其测压孔、测温孑Ｌ的加工质量直接影响汽轮机运行状态的好坏。
而高压内、外缸上的测温、测压孔必须在水压试验
（组装）前加工完成。若将高压内缸与外缸组合加工
此孔，需在总装后加工，不符合工艺要求。因此只
图２高压内缸测压孔
能分开各自加工。为了保证高压内、外缸测温测压孔的形位精度和尺寸精度要求，制定了一套斜孑Ｌ加
工方法，有效保证了孔的加工质量。
若使用带数控回转工作台的数控落地镗床加工，
加工精度得到保证，加工成本适中。
（３）孔中心线是通过汽缸内圆４５。辐线偏移所确定，由于孔中心线和汽缸内圆４５０辐线均为虚拟线，
１．汽缸和孔结构特点
图ｌ所示为高压内缸与外缸组合后简图，图２所
因此孔中心位置确定困难。
（４）若从汽缸内部向汽缸外部凸台方向加工，
加工难度大，加工质量难以保证。若从汽缸外部凸台向汽缸内部方向加工，而汽缸外部均是毛坯面，
示为高压内缸下半及其测压孑Ｌ简图（因测温孔与测
压孔类似，下文均以测压孔为例）。
在外部加工测压孔及平面，没有基准可测量、对刀。
图３所示为高压外缸下半部及其测压孔简图。
测压孔剖视图
ｓ。一ｓ？
Ｉ！！兰竺：３Ｑ！
。．
目
ｌ
习．涎
该零件加工特点如下：
（１）孔的位置度必须与高压外缸一致，因此加工的形位精度和尺寸精度要求高。加工工艺基准选
择必须便于测量和对刀加工。
（２）工件外形尺寸２
０５０
ｍｍ
ｘ
１５００ｍｍ×
图３高压外缸测压孔
参露声工。冷加工…
万方数据
—ＷＷ掮『糟聊Ｈ口彻删Ｚ，％ａ咖；访函ｉ；谳ｉ誊籀荔黧．｝３７
Ｔ劬啦。。Ｉ工艺
２．工艺方案
（１）高压内缸质量、外形尺寸相对较小、轴线
竖立（中分面与工作台垂直）装夹，工件重心低，
工艺刚度可以保证，适合在我公司数控落地铣镗床（ＦＢ２６０）加工。如图４（俯视图）、图５（主视图）所示将工件装夹定位在数控回转工作台上，旋转
１３５。，即测压孔中心线与主轴（Ｚ轴轴心线）平行。然后定义并铣削工艺基准面，对工艺基准面与设计基准的相对尺寸进行测量与计算，最后以工艺基准
对刀加工测压孔。
冈４
轴ｆ
法兰面
图５
（２）高压外缸质量、外形尺寸相对较大，轴线
横卧（中分面工作台平行）装夹重心低，工艺刚度可以保证。适合在我公司数控龙门镗铣床
（ＸＫ２１３６）加工。如图６（俯视图）、图７（主视图）所示将工件装夹定位在工作台上，装上万能角铣头，
铣头旋转４５。，即测压孔中心线与万能铣头主轴（ｚ轴轴心线）平行。与此同时通过坐标系偏置参数设定，将坐标系旋转４５。，与旋转后的万能角铣头加工平面一致。然后在机床加工平面旋转４５。的状态下，定义并铣削工艺基准面，对工艺基准面与设计基准
３８｜戮磊熬‰蛐黼……一参露加工。冷加工
万方数据
的相对尺寸进行测量与计算，最后以工艺基准对刀
加工测压孔。
台
ｒ轴ｆ，，７端面
Ｈ
６
图７
３．数控落地铣镗床（带数控回转工作台）加工高压内缸的测压孔
（１）将工件竖立放置（中分面与工作台垂直），中分面和法兰面找正，压紧。保证中分面与ＸＹ平面平行，法兰面与ＸＺ平面平行，平行度０．０５ｍｍ
以内。
（２）利用机床测量Ｈ端面到ｄ圆弧最远点Ｍ的
距离，记作ＭＨ；Ａ点为孑Ｌ犯３６
ｍｍ轴心如图５所
示，须通过测量孔．ｑｂ２３６ｍｍ实际直径，记作ｄ，通过
计算Ａ日＝ＭＨ—ｄ／２（测量时，需开动Ｚ、Ｘ轴，不影响测量值）；用内径千分尺测量Ｈ点内圆直径，记
作Ｄ。
（３）数控回转工作台旋转１３５。，即测压孔轴线与机床主轴（ｚ轴）平行如图４所示。
（４）装上立铣刀，以最少的吃刀深度带白测压孔搭子平面，记作“ｚ平面”，此工艺基准面与机床
ＸＹ平面平行。以最少的吃刀宽度带白搭子外圆右侧
面记作“Ｘ平面”，此工艺基准面与机床泫平面平
Ｔ劬一工艺
行。以最少的吃刀宽度带白搭子外圆上端侧面记作“ｙ平面”，此工艺基准面与机床ＸＺ平面平行。如图４、图５所示。
（５）装上百分表，利用机床主轴（Ｚ轴）测量Ｚ平面到内圆Ｄ处最近点距离，记作止，如图４所示（测量时，需开动ｘ、ｙ轴，不影响测量值）。利用机床ｘ轴测量Ｘ平面（丁艺基准面）到内圆Ｄ处最远点距离，记作厶，如图４所示（测量时，需开动Ｚ、ｙ轴，不影响测量值）。利用机床ｙ轴测量ｙ平面（Ｔ艺基准面）到Ｈ端面（法兰面）最近点距离，记作以，如图５所示（测量时，需开动Ｚ、Ｘ轴，不影响测量值）。
（６）计算ｚ平面（１二艺基准面）到高压缸内圆轴心线距离ＯＢ＝＆＋Ｄ／２（如图４所示）．Ｄ为内径千分尺测量得出，止为机床测量得出。
（７）计算Ｘ平面（工艺基准面）到测压孔的距离ＣＫ＝Ｄ／２一Ｌｘ＋ＢＣ（如图４所示）。计算ｙ平面
机组装配完后，检查高压内、外缸上的测温孑Ｌ、测压孔的同轴度和位置度均达到了图样设计要求。上述加工方法关键在于测量。若使用三坐标测量仪、激光干涉仪等高端量具测量大型零部件尺寸精度和形位精度，周期长、调整复杂、受诸多因素干扰测量数据将准确性下降，甚至有的测量要素不能测量，存在局限性。而利用数控机床测量大型零部件尺寸精度和形位精度，测量和加工可在同一工位进行，缩短了零件生产周期，省去了测量成本，其测量精
通过旋转坐标系后，万能角铣头主轴轴线方向即是Ｚ轴坐标方向，如图７所示。在旋转坐标系的状态下按上述高压内缸的测量和加工方法，即可计算出测压孔在工件坐标系内的坐标。按孔加工正常工序加工即可达到加工精度要求。
角铣头主轴轴线平行。此时并将坐标系旋转４５。（与万能角铣头一致）西门子数控系统程序指令为：
Ｇ５４Ｇ１７ＲＯＴＸ＝４５
５．结语
（工艺基准面）到测压孔的距离ＯＣ＝ＡＨ一毋一伽
（如图５所示），ＡＨ、助为测量尺寸，ＯＡ为图样设计尺寸。
（８）对刀。Ｚ平面、Ｘ平面、ｙ平面至孔中心距离，通过上述计算即可得出孔的坐标。利用机床零点偏置功能，确定孔加工Ｔ件零点。按孔加工正常丁序加工即可达到加工精度要求。
度可靠（数控机床定位精度达到０．００１ｍｍ、几何精
度０．０２ｍｍ／ｍ）。因此，类似斜孔的加工均可采用此
方法。ＭＷ
●
●＿；●
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（收稿日期：２０１３１２３０）
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●●●●－、●●●●●；●一
４．数控龙门镗铣床加工高压外缸测温孔
如图６所示为高压外缸定位于数控龙门镗铣床Ｔ作台，装上万能附件（万能角铣头）加工示意图。
（１）将工件横卧放置，中分面朝上。中分面与
２０１４年１—２月各国汽车
市场销量情况
２０１４年１月，中国汽车销量达２１５．６４万辆，同比增长６．０％，比历史最高纪录的２０１３年１２月高出２．２２万辆；欧洲市场方面，在２０１４年也取得良好开局，几大主要国家都获得销量增长；而在美洲，美国１月销量下降３．１％，这是自２０１３年９月美国车市滑坡４％之后首次下跌，也是２００９年以来第一个销量下行的１
月份。
机床ＸＹ平面平行和法兰面与机床ＸＺ平面平行，找
正压紧。
（２）利用机床测量Ⅳ端面到ｄ圆弧最远点Ｍ’的距离，记作Ｍ７Ｈ’；Ａ’点为孑Ｌ
ｑ忆３６
ｍｍ轴心如图６所
示，须通过测量孑Ｌ担３６ｍｍ实际直径，记作ｄ，通过
计算Ａ７Ｈ’＝Ｍ’Ｈ’一ｄ／２（测量时，需开动Ｚ、Ｘ轴，不影响测量值）；用内径千分尺测量Ｈ点内圆直径，记作Ｄ。
（３）将工件横卧放置，中分面朝下。中分面与机床ＸＹ平面平行、法兰面与机床ＸＺ平面平行中分面和法兰面，找正０．０５ｍｍ内，压紧。
（４）万能角铣头旋转４５。，即测压孔轴线与万能
２０１４年２月，中国汽车产销较上月有所下降，同比呈较快增长；ｌ一２月，汽车产销保持１０％以上增长，增幅略低干上年同期。欧洲方面，则整体摆脱了下滑趋势，重新走上正轨，其中德国已经连续保持３个月的增长。而美国车市由于天气等方面原因，出现了低
于预期的情况。
参磊卢工。冷加工
万方数据
３９：”嘲…ｗｗｗ．ｍｅ把ｌ。ｗ触ｏｒｌ里ｄｎ耋ｇｌ谶。ｏ魈ｍ
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汽轮机高压内、外缸斜孔加工与测量
中国长江动力集团有限公司
（湖北武汉４３００７４）
朱卫峰赵伟陈卫华余林
高压内、外缸（双层缸）是我公司新研发的背
７００
ｍｍ，重量１４ｔ，若使用普通设备无法达到斜孔加
压式汽轮机中的重要部件，它将汽轮机的内部与大
气隔开，形成封闭的汽室，控制蒸汽流动方向和速度，推动转子旋转最终转换为电能。为保证汽轮机正常运行，必须通过测温孔、测压孔准确测量汽缸内部实时工作压力和温度，并反馈到汽轮机控制系
工要求，若使用我公司数控龙门铣（ＸＫ２１３６）加
工，成本太高。
统，有效控制汽轮机正常运行状态。其测压孔、测温孑Ｌ的加工质量直接影响汽轮机运行状态的好坏。
而高压内、外缸上的测温、测压孔必须在水压试验
（组装）前加工完成。若将高压内缸与外缸组合加工
此孔，需在总装后加工，不符合工艺要求。因此只
图２高压内缸测压孔
能分开各自加工。为了保证高压内、外缸测温测压孔的形位精度和尺寸精度要求，制定了一套斜孑Ｌ加
工方法，有效保证了孔的加工质量。
若使用带数控回转工作台的数控落地镗床加工，
加工精度得到保证，加工成本适中。
（３）孔中心线是通过汽缸内圆４５。辐线偏移所确定，由于孔中心线和汽缸内圆４５０辐线均为虚拟线，
１．汽缸和孔结构特点
图ｌ所示为高压内缸与外缸组合后简图，图２所
因此孔中心位置确定困难。
（４）若从汽缸内部向汽缸外部凸台方向加工，
加工难度大，加工质量难以保证。若从汽缸外部凸台向汽缸内部方向加工，而汽缸外部均是毛坯面，
示为高压内缸下半及其测压孑Ｌ简图（因测温孔与测
压孔类似，下文均以测压孔为例）。
在外部加工测压孔及平面，没有基准可测量、对刀。
图３所示为高压外缸下半部及其测压孔简图。
测压孔剖视图
ｓ。一ｓ？
Ｉ！！兰竺：３Ｑ！
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目
ｌ
习．涎
该零件加工特点如下：
（１）孔的位置度必须与高压外缸一致，因此加工的形位精度和尺寸精度要求高。加工工艺基准选
择必须便于测量和对刀加工。
（２）工件外形尺寸２
０５０
ｍｍ
ｘ
１５００ｍｍ×
图３高压外缸测压孔
参露声工。冷加工…
万方数据
—ＷＷ掮『糟聊Ｈ口彻删Ｚ，％ａ咖；访函ｉ；谳ｉ誊籀荔黧．｝３７
Ｔ劬啦。。Ｉ工艺
２．工艺方案
（１）高压内缸质量、外形尺寸相对较小、轴线
竖立（中分面与工作台垂直）装夹，工件重心低，
工艺刚度可以保证，适合在我公司数控落地铣镗床（ＦＢ２６０）加工。如图４（俯视图）、图５（主视图）所示将工件装夹定位在数控回转工作台上，旋转
１３５。，即测压孔中心线与主轴（Ｚ轴轴心线）平行。然后定义并铣削工艺基准面，对工艺基准面与设计基准的相对尺寸进行测量与计算，最后以工艺基准
对刀加工测压孔。
冈４
轴ｆ
法兰面
图５
（２）高压外缸质量、外形尺寸相对较大，轴线
横卧（中分面工作台平行）装夹重心低，工艺刚度可以保证。适合在我公司数控龙门镗铣床
（ＸＫ２１３６）加工。如图６（俯视图）、图７（主视图）所示将工件装夹定位在工作台上，装上万能角铣头，
铣头旋转４５。，即测压孔中心线与万能铣头主轴（ｚ轴轴心线）平行。与此同时通过坐标系偏置参数设定，将坐标系旋转４５。，与旋转后的万能角铣头加工平面一致。然后在机床加工平面旋转４５。的状态下，定义并铣削工艺基准面，对工艺基准面与设计基准
３８｜戮磊熬‰蛐黼……一参露加工。冷加工
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的相对尺寸进行测量与计算，最后以工艺基准对刀
加工测压孔。
台
ｒ轴ｆ，，７端面
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６
图７
３．数控落地铣镗床（带数控回转工作台）加工高压内缸的测压孔
（１）将工件竖立放置（中分面与工作台垂直），中分面和法兰面找正，压紧。保证中分面与ＸＹ平面平行，法兰面与ＸＺ平面平行，平行度０．０５ｍｍ
以内。
（２）利用机床测量Ｈ端面到ｄ圆弧最远点Ｍ的
距离，记作ＭＨ；Ａ点为孑Ｌ犯３６
ｍｍ轴心如图５所
示，须通过测量孔．ｑｂ２３６ｍｍ实际直径，记作ｄ，通过
计算Ａ日＝ＭＨ—ｄ／２（测量时，需开动Ｚ、Ｘ轴，不影响测量值）；用内径千分尺测量Ｈ点内圆直径，记
作Ｄ。
（３）数控回转工作台旋转１３５。，即测压孔轴线与机床主轴（ｚ轴）平行如图４所示。
（４）装上立铣刀，以最少的吃刀深度带白测压孔搭子平面，记作“ｚ平面”，此工艺基准面与机床
ＸＹ平面平行。以最少的吃刀宽度带白搭子外圆右侧
面记作“Ｘ平面”，此工艺基准面与机床泫平面平
Ｔ劬一工艺
行。以最少的吃刀宽度带白搭子外圆上端侧面记作“ｙ平面”，此工艺基准面与机床ＸＺ平面平行。如图４、图５所示。
（５）装上百分表，利用机床主轴（Ｚ轴）测量Ｚ平面到内圆Ｄ处最近点距离，记作止，如图４所示（测量时，需开动ｘ、ｙ轴，不影响测量值）。利用机床ｘ轴测量Ｘ平面（丁艺基准面）到内圆Ｄ处最远点距离，记作厶，如图４所示（测量时，需开动Ｚ、ｙ轴，不影响测量值）。利用机床ｙ轴测量ｙ平面（Ｔ艺基准面）到Ｈ端面（法兰面）最近点距离，记作以，如图５所示（测量时，需开动Ｚ、Ｘ轴，不影响测量值）。
（６）计算ｚ平面（１二艺基准面）到高压缸内圆轴心线距离ＯＢ＝＆＋Ｄ／２（如图４所示）．Ｄ为内径千分尺测量得出，止为机床测量得出。
（７）计算Ｘ平面（工艺基准面）到测压孔的距离ＣＫ＝Ｄ／２一Ｌｘ＋ＢＣ（如图４所示）。计算ｙ平面
机组装配完后，检查高压内、外缸上的测温孑Ｌ、测压孔的同轴度和位置度均达到了图样设计要求。上述加工方法关键在于测量。若使用三坐标测量仪、激光干涉仪等高端量具测量大型零部件尺寸精度和形位精度，周期长、调整复杂、受诸多因素干扰测量数据将准确性下降，甚至有的测量要素不能测量，存在局限性。而利用数控机床测量大型零部件尺寸精度和形位精度，测量和加工可在同一工位进行，缩短了零件生产周期，省去了测量成本，其测量精
通过旋转坐标系后，万能角铣头主轴轴线方向即是Ｚ轴坐标方向，如图７所示。在旋转坐标系的状态下按上述高压内缸的测量和加工方法，即可计算出测压孔在工件坐标系内的坐标。按孔加工正常工序加工即可达到加工精度要求。
角铣头主轴轴线平行。此时并将坐标系旋转４５。（与万能角铣头一致）西门子数控系统程序指令为：
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５．结语
（工艺基准面）到测压孔的距离ＯＣ＝ＡＨ一毋一伽
（如图５所示），ＡＨ、助为测量尺寸，ＯＡ为图样设计尺寸。
（８）对刀。Ｚ平面、Ｘ平面、ｙ平面至孔中心距离，通过上述计算即可得出孔的坐标。利用机床零点偏置功能，确定孔加工Ｔ件零点。按孔加工正常丁序加工即可达到加工精度要求。
度可靠（数控机床定位精度达到０．００１ｍｍ、几何精
度０．０２ｍｍ／ｍ）。因此，类似斜孔的加工均可采用此
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４．数控龙门镗铣床加工高压外缸测温孔
如图６所示为高压外缸定位于数控龙门镗铣床Ｔ作台，装上万能附件（万能角铣头）加工示意图。
（１）将工件横卧放置，中分面朝上。中分面与
２０１４年１—２月各国汽车
市场销量情况
２０１４年１月，中国汽车销量达２１５．６４万辆，同比增长６．０％，比历史最高纪录的２０１３年１２月高出２．２２万辆；欧洲市场方面，在２０１４年也取得良好开局，几大主要国家都获得销量增长；而在美洲，美国１月销量下降３．１％，这是自２０１３年９月美国车市滑坡４％之后首次下跌，也是２００９年以来第一个销量下行的１
月份。
机床ＸＹ平面平行和法兰面与机床ＸＺ平面平行，找
正压紧。
（２）利用机床测量Ⅳ端面到ｄ圆弧最远点Ｍ’的距离，记作Ｍ７Ｈ’；Ａ’点为孑Ｌ
ｑ忆３６
ｍｍ轴心如图６所
示，须通过测量孑Ｌ担３６ｍｍ实际直径，记作ｄ，通过
计算Ａ７Ｈ’＝Ｍ’Ｈ’一ｄ／２（测量时，需开动Ｚ、Ｘ轴，不影响测量值）；用内径千分尺测量Ｈ点内圆直径，记作Ｄ。
（３）将工件横卧放置，中分面朝下。中分面与机床ＸＹ平面平行、法兰面与机床ＸＺ平面平行中分面和法兰面，找正０．０５ｍｍ内，压紧。
（４）万能角铣头旋转４５。，即测压孔轴线与万能
２０１４年２月，中国汽车产销较上月有所下降，同比呈较快增长；ｌ一２月，汽车产销保持１０％以上增长，增幅略低干上年同期。欧洲方面，则整体摆脱了下滑趋势，重新走上正轨，其中德国已经连续保持３个月的增长。而美国车市由于天气等方面原因，出现了低
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