核電主管道圓弧內(nèi)孔加工裝置的研究

李富強

摘要：核電主管道圓弧內(nèi)孔加工裝置是一臺用來加工核電主管道圓弧內(nèi)孔的設(shè)備，核電主管道是連接反應(yīng)堆壓力容器、主泵和蒸汽發(fā)生器的大型厚壁承壓管，被稱為核電站“主動脈”，所以主管道的質(zhì)量尤為重要，工件不僅加工上難度很大，在對工件的裝夾上也存在很大的困難。由于主管道為鍛造件，其強度高，管長孔深，彎曲的角度的大，彎曲段弧面長，彎曲的內(nèi)孔形狀尺寸、形位精度要求高，在加工時對工件裝卡也有很高的要求，為了能夠鏜削加工出符合要求的主管道，通過對主管道材料性能的分析，研發(fā)出本裝置，其主要結(jié)構(gòu)包括鏜刀機構(gòu)，移動支撐機構(gòu)，固定支撐機構(gòu)，導(dǎo)軌，基座，工件托架，工件托架上固定有工件，其中導(dǎo)軌的構(gòu)型與工件形狀一致，導(dǎo)軌的一端安裝在基座上，另一端設(shè)置有固定支撐機構(gòu)，鏜刀機構(gòu)和移動支撐機構(gòu)可在導(dǎo)軌上滑移，采用上述方案后，可實現(xiàn)工件一次裝卡，就能夠完成對管道內(nèi)壁的精加工，提高加工精度的同時大大提高加工效率，整體技術(shù)水平達到當代國內(nèi)先進水平。

關(guān)鍵詞：圓弧內(nèi)孔;鏜刀機構(gòu);移動支撐;固定支撐;基座;導(dǎo)軌

論文內(nèi)容：

1.技術(shù)背景

核電主管道的整體成形制造，到目前為止，國外也沒有現(xiàn)成的制造技術(shù)，與我國處于同期研制階段，美國公司對主管道研制的情況對外進行封鎖。國內(nèi)生產(chǎn)加工主管道的公司所采取的工藝路線細節(jié)雖不同，但總體的工藝路線大致相同，加工方法多以傳統(tǒng)加工方法為主，需要多臺機床組合進行鏜削和拋磨加工，該方法最大問題是設(shè)計基準與工藝基準不重合，道具軌跡與設(shè)計軌跡不一致，靠模擬與接近的方式來降低標準，最后靠人工打磨來修正誤差，成本高、耗時長，而且加工出來的成品精度也不高，工件不僅加工上難度很大，在對工件的裝夾上也存在很大的困難，為了能夠鏜削加工出符合要求的主管道，研發(fā)出本裝置。

2、技術(shù)實施方案

2.1主結(jié)構(gòu)

主結(jié)構(gòu)包括鏜刀機構(gòu)1，移動支撐機構(gòu)2，固定支撐機構(gòu)3，導(dǎo)軌6，基座7，工件托架8;工件托架8上固定有工件，所述導(dǎo)軌6的構(gòu)型與工件內(nèi)孔形狀一致，導(dǎo)軌6的一端安裝在基座7上，另一端安裝在固定支撐機構(gòu)3，鏜刀機構(gòu)1和移動支撐機構(gòu)2通過驅(qū)動機構(gòu)可在導(dǎo)軌6上移動。

2.2鏜刀機構(gòu)

鏜刀機構(gòu)1包括外刀座11，內(nèi)刀座12，緊固裝置4，滾輪裝置A121，齒輪A122。外刀座11為環(huán)形結(jié)構(gòu)，套設(shè)在內(nèi)刀座12外，外刀座11上設(shè)置有兩個伺服電機，外刀座11與伺服電機之間通過內(nèi)齒輪和外齒輪聯(lián)動連接，內(nèi)齒輪固定在外刀座11內(nèi)側(cè)，外齒輪設(shè)置在伺服電機的輸出軸上，當伺服電機運作時，能夠帶動外刀座11內(nèi)刀座12轉(zhuǎn)動，外刀座11和內(nèi)刀座12之間還設(shè)有軸承13，當外刀座11轉(zhuǎn)動時，不會影響內(nèi)刀座12。

外刀座11外側(cè)開設(shè)有若干柱孔，柱孔中安裝有緊固裝置4，所述緊固裝置4包括一個錐形塊，一個錐形座，錐形塊的頂端小于其底端，兩個錐形塊以頂端為中心通過螺栓對稱連接所述錐形座位中心向兩端傾斜結(jié)構(gòu)，錐形座的中心凸起與連接后的兩個錐形塊形成凹陷相匹配。

當鏜刀14放入柱孔后，擰緊螺栓，通過將兩個錐形塊相向靠攏，壓迫錐形座橫向運動，擠壓鏜刀14，從而將鏜刀固定在柱孔中，此種結(jié)構(gòu)可以單獨更換各個鏜刀，且簡單方便，更可精確調(diào)整鏜刀的切削速度。

滾輪裝置A121和齒輪A122設(shè)置在內(nèi)刀座12中，內(nèi)刀座12中心可開設(shè)有可容導(dǎo)軌6穿過的矩形通道，齒輪A122設(shè)置在矩形通道上，與導(dǎo)軌6一側(cè)的齒條嚙合，齒輪A122通過蝸輪蝸桿與伺服電機聯(lián)動連接，當伺服電機轉(zhuǎn)動時，帶動齒輪A122在導(dǎo)軌6上行進。

所述滾輪裝置A121在對應(yīng)齒輪A122的另一側(cè)的矩形通道上，滾輪裝置A121上還置有蝶形彈簧5，蝶形彈簧5能將滾輪裝置A121壓在導(dǎo)軌6上，當齒輪A122由伺服電機驅(qū)動沿著導(dǎo)軌6運動時，滾輪裝置A121作為從動輪一起轉(zhuǎn)動。

2.3移動支撐機構(gòu)

移動支撐機構(gòu)包2括支撐架A21，支撐塊A22，油腔室23，滾輪裝置B25，齒輪B26，支撐架A21為Y型結(jié)構(gòu)，所述支撐塊A22設(shè)置在支撐架A21的三個端部，與工件內(nèi)壁接觸。

支撐塊A22下為油腔室23，油腔室23與液壓油缸連通，油腔室23作用等同于活塞桿，可隨著液壓油的進入向外推進。

油腔室23外還設(shè)置有復(fù)位彈簧24，當油腔室23無油時，復(fù)位彈簧24回復(fù)變形，通過對油腔室23施力從而使得固定在油腔室23上的支撐塊松動。

支撐架A21中心開設(shè)有可容導(dǎo)軌6穿過的矩形通道，設(shè)置在矩形通道上的齒輪B26與導(dǎo)軌6一側(cè)上的齒輪嚙合，齒輪B26通過蝸輪蝸桿與伺服電機聯(lián)動連接，當伺服電機轉(zhuǎn)動時，帶動齒輪在導(dǎo)軌6上行進，滾輪裝置B25設(shè)置在導(dǎo)軌6對應(yīng)齒輪B26的另一側(cè)的矩形通道上，滾輪裝置B25上還設(shè)置有蝶形彈簧5，用于將滾輪裝置B25壓緊在導(dǎo)軌6上。

工作時，通過伺服電機驅(qū)動齒輪B25在導(dǎo)軌6齒條上運動，配合滾輪裝置B25，移動支撐機構(gòu)2可根據(jù)鏜刀機構(gòu)1在導(dǎo)軌6上的滑動距離進行跟進，通過液壓油腔將支撐塊A22緊固在工件管道內(nèi)壁上，從而對導(dǎo)軌6起到支撐作用。

2.4固定支撐機構(gòu)

固定支撐機構(gòu)3包括支撐架B31，支撐架B31呈十字型結(jié)構(gòu)，十字型的端部設(shè)置有支撐塊B32，支撐塊B32下皆設(shè)置有緊固裝置4，支撐架B31的中心設(shè)有可容導(dǎo)軌6穿過的矩形通道，矩形通道的四壁上也設(shè)置有緊固裝置4，緊固裝置4的結(jié)構(gòu)與前述緊固裝置4的結(jié)構(gòu)一致，通過擰緊螺栓或?qū)⒅螇KB32抵住工件內(nèi)壁，或使得支撐架B31夾緊導(dǎo)軌6，其中支撐架B31下還設(shè)置有一對滾輪44，滾輪44可沿管道內(nèi)壁滾動。

固定支撐機構(gòu)3上還設(shè)置有行程開關(guān)33，當移動支撐機構(gòu)2運行過來時，觸碰到行程開關(guān)即會出發(fā)行程開關(guān)33，防止鏜刀機構(gòu)1運行過量。

將鏜刀機構(gòu)1、移動支撐機構(gòu)2、固定支撐機構(gòu)3設(shè)置在導(dǎo)軌6上后，通過工件托架8將工件旋轉(zhuǎn)托至導(dǎo)軌6處，由于固定支撐機構(gòu)3設(shè)置在導(dǎo)軌6的端部，在工件的端口可通過手動調(diào)節(jié)的方式擰緊緊固裝置4，將固定支撐機構(gòu)3固定在工件內(nèi)。

2.5系統(tǒng)配置

整套系統(tǒng)配置西門子802DSL數(shù)控系統(tǒng)，通過編程實現(xiàn)對各坐標軸的控制，一次加工循環(huán)可通過編程自動完成，主要用于對核電主管道圓弧彎曲內(nèi)孔的精加工。

3、結(jié)構(gòu)特點

上述結(jié)構(gòu)移動方式采用滾滑復(fù)合形式，其中導(dǎo)軌上下采用滑動方式，以提高鏜削的穩(wěn)定性，兩側(cè)采用滾輪形式，可同時滿足鏜刀機構(gòu)和移動機構(gòu)在直線及圓弧導(dǎo)軌上的移動，通過蝶形彈簧預(yù)緊裝置對滾輪裝置施加一定的預(yù)緊力，因此顯著提高滾輪裝置與導(dǎo)軌接觸剛度，蝶形彈簧具有緩沖及吸震作用，進一步提高了整套系統(tǒng)加工的平穩(wěn)性，移動支撐機構(gòu)和固定支撐機構(gòu)可防止由于導(dǎo)軌自身重量而引起變形，進一步提高整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]盧興華 額AP1000核電主管道國產(chǎn)化研制進展[J] 上海金屬，2010.7.29

[2]張翔，劉仲禮，AP1000核電技術(shù)一回路主管道彎管內(nèi)孔精加工設(shè)備;中國，10210449.2[P]，2009.11.03

[3]王續(xù)越，孫建立，高航，一種彎管內(nèi)表面的銑削交給你個裝置及方法：中國，10153760.2[P]2011.06.09

（齊重數(shù)控裝備股份有限公司工藝部）