封頭接管嘴的加工工藝研究

【摘 要】本文提出了在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，基于激光跟蹤測量技術(shù)加工封頭接管嘴的裝夾找正及余量借偏方法，對封頭的批量生產(chǎn)及封頭類零件接管嘴的加工具有重要的參考價值。

【關(guān)鍵詞】壓力容器封頭；接管嘴；空間角度；激光跟蹤儀

0.前言

某壓力容器封頭具有尺寸大、重量重、制造復(fù)雜、作用重要的特點(diǎn)，幾何精度、加工精度要求都很高，大大超過常規(guī)產(chǎn)品的要求。在該零件的加工過程中，遇到最大的困難之一就是接管嘴的加工，而合理的裝夾找正方案顯得尤為重要，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高加工效率的重要前提。某壓力容器封頭兩接管嘴成對稱分布，如圖1所示，緯度方向角度均為40°，兩接管嘴軸線為空間角度，在水平面內(nèi)投影的夾角為107°±1°，且軸線向心性有一定的要求，這為加工找正帶來極大困難。無論采用何種工夾附具及檢測設(shè)備，加工找正就必須解決上述兩個角度的回轉(zhuǎn)及刀具回轉(zhuǎn)軸線同被加工接管嘴軸線的重合問題[1]，如何找正及檢測兩軸線是否重合是主要解決的難題。

圖1 封頭零件圖

1.基于激光跟蹤儀測量技術(shù)的加工

考慮到車間的現(xiàn)有加工條件及生產(chǎn)進(jìn)度的安排，課題組通過認(rèn)真研究，在無回轉(zhuǎn)工作臺的落地鏜床或可轉(zhuǎn)工作臺的尺寸、回轉(zhuǎn)精度不能滿足被加工接管嘴位置精度要求的情況下，經(jīng)與激光檢測技術(shù)人員進(jìn)行討論，可基于激光跟蹤儀測量技術(shù)，為找正裝夾提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

1.1激光跟蹤儀測量原理

第三代激光跟蹤儀T3代表了世界上最先進(jìn)的激光跟蹤技術(shù)，當(dāng)跟蹤頭發(fā)出的激光照射到反射鏡的中心時，反射鏡可使入射到反射鏡中心的光沿原路返回；未處于反射鏡中心時，跟蹤頭會自動轉(zhuǎn)動，直到激光照到反射鏡的中心為止，跟蹤頭內(nèi)部的側(cè)長系統(tǒng)和測角系統(tǒng)就會分別測出反射鏡中心到跟蹤頭的長度和跟蹤頭轉(zhuǎn)動的角度，從而測量出反射鏡中心的坐標(biāo)[2]。

1.2建立坐標(biāo)系

1.2.1測量坐標(biāo)系的建立

為了避免轉(zhuǎn)站引起的測量誤差，先將激光跟蹤儀放置于工件內(nèi)腔，在機(jī)床主軸平面內(nèi)，使主軸沿機(jī)床坐標(biāo)系的X’、Y’ 方向移動，測量不同方向上的點(diǎn)至少兩個，建立測量坐標(biāo)系的XY平面的平行平面。

通過摸點(diǎn)測量已精加工內(nèi)腔球面部分，利用SpatialAnalyzer測量軟件擬合出工件球心，并以球心為坐標(biāo)原點(diǎn)，X、Y、Z軸的方向與機(jī)床坐標(biāo)系的X’、Y’、Z’ 軸方向一致，建立測量坐標(biāo)系。

1.2.2工件坐標(biāo)系的建立

通過掛垂線的方式將封頭四個凸臺的中分線引至封頭端面上，測量每條端面引線上的點(diǎn)，通過擬合測量點(diǎn)，建立工件xy平面的平行平面。

以擬合工件的球心為原點(diǎn)，端面引線為x、y軸方向，選z軸垂直于xy平面且方向向上，建立工件坐標(biāo)系。

1.3找正方法

通過建立測量坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系，得到機(jī)床坐標(biāo)系、測量坐標(biāo)系及工件坐標(biāo)系之間的相互關(guān)系，通過激光跟蹤儀測量計(jì)算，可為找正提供精確的數(shù)據(jù)。

零件找正過程如下：

1）接管角度找正，使被加工接管嘴軸線與刀具回轉(zhuǎn)軸線相平行。工件在吊裝之前，通過激光跟蹤儀測量，在封頭外部畫出兩接管嘴所在位置的經(jīng)度線。通過調(diào)節(jié)頂在四個吊耳處的液壓千斤頂，使工件水平轉(zhuǎn)動，同時利用機(jī)床運(yùn)行程序檢查刻線，使誤差在1mm之內(nèi)。

2）工件找平，使工件xy平面與機(jī)床主軸平面垂直。取工件下端面四個支撐點(diǎn)附近的四點(diǎn)，測量出各點(diǎn)到測量坐標(biāo)系XY平面的相對高度值，并作記錄。采用壓表的方式，通過調(diào)節(jié)四個支撐處的可調(diào)墊鐵，使該處高度變化滿足測量值。

3）刀具回轉(zhuǎn)軸線定位，通過1）、2）操作，工件找正已完成，這時，需要調(diào)節(jié)萬向角銑頭角度，使其回轉(zhuǎn)軸線與被加工接管嘴軸線重合。采用壓表檢測刀桿角度的方法，定位40°緯度角，然后將靶標(biāo)固定于刀桿端面，運(yùn)行40°緯度角程序，測量出刀桿運(yùn)動軌跡角度，通過程序誤差補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)刀桿實(shí)際角度與運(yùn)動軌跡角度的統(tǒng)一。

1.4余量借偏

按上述方法找正壓緊后，運(yùn)行數(shù)控加工程序，在接管嘴端面處進(jìn)行內(nèi)外圓試切。發(fā)現(xiàn)毛坯余量不足且分布不均，故需要進(jìn)行余量借偏。

基于激光跟蹤儀測量技術(shù)，對封頭內(nèi)腔、兩接管嘴及其過度圓角進(jìn)行全面摸點(diǎn)測量，利用系統(tǒng)自帶SpatialAnalyzer測量軟件進(jìn)行球體、圓柱體及圓弧回轉(zhuǎn)體的擬合，并將基于UG NX6.0所建立的三維實(shí)體模型導(dǎo)入其中，進(jìn)行余量大小及分布情況判別，如圖2所示。通過接管嘴的余量分布圖，可以清楚的看到余量大小情況及余量不足之處所在的具體位置，這樣就可以有針對性的進(jìn)行精確調(diào)整。

根據(jù)給出的經(jīng)度、緯度兩個方向的調(diào)整數(shù)據(jù)，利用調(diào)鐵及液壓千斤頂進(jìn)行精確調(diào)整，調(diào)整方法與上述找正方法相同，先進(jìn)行經(jīng)度方向調(diào)整，再進(jìn)行緯度方向調(diào)整，最后對刀桿進(jìn)行精確調(diào)整定位。結(jié)果如滿足預(yù)期目標(biāo)，就可以運(yùn)行數(shù)控程序，進(jìn)行接管嘴的加工，如果不能滿足預(yù)期目標(biāo)，需重復(fù)上述余量借偏工作，直至滿足預(yù)期目標(biāo)。

圖2 實(shí)測數(shù)據(jù)擬合模型與封頭理論三維模型對比

2.總結(jié)

激光跟蹤儀測量技術(shù)的應(yīng)用使我們在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下可以高精度地加工各類封頭接管嘴，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。解決了檢測刀具回轉(zhuǎn)軸線與接管嘴軸線重合的難題，實(shí)現(xiàn)了因余量不足及分布不均的借偏目的。同時免去了新置設(shè)備及制造輔助工裝的時間，極大地降低了加工成本，有效地保證了產(chǎn)品的交貨期，為同類產(chǎn)品接管嘴的加工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王光明.空間角度孔的加工[J].現(xiàn)代制造工程，1986，（01）.

[2]孫大許，馬強(qiáng)，閆勇剛，劉萬里，梁智勇.激光跟蹤測量系統(tǒng)原理及在制造業(yè)中的應(yīng)用[J].機(jī)械，2005，（08）.