核島調(diào)節(jié)閥閥芯組件銷釘鉆取工裝和配鉆工裝研究

［摘 要］核電設(shè)備的閥芯在工作一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生磨損，需要更換，但閥桿一般還可以繼續(xù)使用。為提升材料利用率，節(jié)省成本，可將更換的閥芯安裝到舊閥桿上。采用銷釘固定為組件，在更換時(shí)需要鉆取銷釘并進(jìn)行配鉆作業(yè)，使開設(shè)的孔與舊閥桿的孔保證較高的同軸度。文章研究了核島調(diào)節(jié)閥閥芯組件銷釘鉆取工裝和配鉆工裝，以確保鉆取和配鉆時(shí)的準(zhǔn)確性和作業(yè)效率。

［關(guān)鍵詞］調(diào)節(jié)閥；閥芯；銷釘；鉆取

［中圖分類號(hào)］TM623 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）05–0067–03

核島調(diào)節(jié)閥閥芯通過螺紋連接在閥桿上，采用銷釘固定為組件。由于閥芯長(zhǎng)期受流體沖刷，密封面極易出現(xiàn)損傷，缺陷較大時(shí)難以通過研磨車削修復(fù)，需要更換備件。為節(jié)約成本，在舊閥桿尚可繼續(xù)使用時(shí)，可對(duì)閥芯組件取銷后使用舊閥桿旋入新閥芯重新配鉆。但銷釘與銷孔為過盈配合，銷釘端部又被鉚擊變形，使用敲擊等方式很難將銷釘取出，而新閥芯備件沒有銷孔，需要以舊閥桿銷孔為基準(zhǔn)重新配鉆，而閥桿上的銷孔處于螺紋段，旋入閥芯后銷孔不可觀察，無法作為基準(zhǔn)對(duì)鉆孔位置進(jìn)行定位找正，盲目鉆孔極易造成閥芯上的新孔不對(duì)中或閥桿上的舊孔直徑變大等缺陷。為確保對(duì)閥芯進(jìn)行正常開孔作業(yè)，需要研發(fā)新型的核電鉆取與配鉆設(shè)備，進(jìn)一步提升更換效率和準(zhǔn)確性。

1 調(diào)節(jié)閥閥芯組件銷釘鉆取工裝

部分核島調(diào)節(jié)閥的閥芯帶有波紋管，波紋管需隨閥門定期解體檢查并更換其支架墊片，但若不拆除閥芯組件，便無法將波紋管和支架墊片取出檢查。銷釘鉆取用于鉆取銷釘旋下閥瓣，工裝設(shè)計(jì)為應(yīng)對(duì)不同尺寸和類型的設(shè)備，可對(duì)長(zhǎng)度不大于80 mm、直徑為3～12 mm 的圓柱銷、錐銷、斜位銷等各式銷釘進(jìn)行鉆取，最大加工深度不大于150 mm，具備最小20 mm的水平避讓能力。

工裝包括夾持及鉆取兩個(gè)模塊，其中夾持部分具備定位、導(dǎo)向及對(duì)閥瓣進(jìn)行力矩緊固的功能，鉆取模塊配置大扭矩充電電鉆并具有導(dǎo)向功能。進(jìn)行鉆取時(shí)采用定位螺釘定位銷釘孔，定位后鎖緊夾具和螺釘，更換比銷釘孔小0.2 mm 的導(dǎo)向孔導(dǎo)向螺釘，并適配銅環(huán)。不同直徑閥瓣使用不同直徑墊環(huán)，采用與導(dǎo)向螺釘孔孔徑相同的鉆頭鉆取銷釘，配置有觀察孔，查看鉆取情況并排出銷釘碎屑。

2 調(diào)節(jié)閥閥芯組件銷釘配鉆工裝

配鉆工裝具備銷釘鉆取和盲孔配鉆的能力，可以對(duì)銷釘或銷孔快速定位，新鉆取的銷孔的尺寸精度公差為±0.05 mm，可對(duì)直徑50 mm 及長(zhǎng)度1 100 mm 以內(nèi)的普通閥桿及波紋管式閥桿進(jìn)行銷孔定位及閥桿固定。工作臺(tái)由夾持和托舉閥芯升降的部分構(gòu)成，為完成斜位銷取配鉆，要調(diào)整閥芯的旋轉(zhuǎn)角度。柱塞式調(diào)節(jié)閥閥芯配鉆前將閥桿旋入閥桿并按力矩緊固，還具備可抱緊或卡緊閥芯的能力，以按力矩緊固閥桿時(shí)閥瓣不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。而碟形調(diào)節(jié)閥閥芯結(jié)構(gòu)與柱塞式調(diào)節(jié)閥相差較大，工裝需要對(duì)口徑500 mm 以內(nèi)的蝶形調(diào)節(jié)閥的錐形銷進(jìn)行配鉆。

調(diào)節(jié)閥閥芯組件的銷釘配鉆工裝由高精度鉆床、盲孔配鉆工作臺(tái)、閥桿固定裝置、銷孔定位裝置4 個(gè)部分構(gòu)成。銷釘孔定位時(shí)調(diào)整閥桿位置，使銷釘孔定位針上下兩端分別對(duì)齊上部及下部定位針，定位后將閥桿固定，取下銷釘孔定位針，安裝閥瓣到閥桿上，換上合適鉆頭鉆孔。閥桿可在前端固定裝置中心沿x軸、y 軸及z 軸3 個(gè)方向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整到位后鎖死固定。后端固定裝置可帶動(dòng)閥桿尾部沿x 軸、y 軸方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及沿閥桿中心軸線旋轉(zhuǎn)，調(diào)整到位后鎖死固定。

3 舊閥桿與配鉆工藝設(shè)計(jì)

3.1 斜孔配鉆

斜孔配鉆流程如下：①將連接板安裝在四軸端面上，采用螺栓進(jìn)行緊固（注：四軸端面在使用前應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)清潔吹掃，防止四軸端面有異物影響加工精度）。根據(jù)舊閥桿尺寸選擇相應(yīng)孔徑的安裝座和夾緊座，并將其安裝在連接板上。②根據(jù)舊閥桿上的孔選擇相適配的測(cè)量塊，將舊閥桿穿入夾緊座，調(diào)整四軸至舊閥桿水平，旋入新閥芯（不需要擰緊），然后將移動(dòng)托盤安裝到工作臺(tái)上，調(diào)整四軸往回轉(zhuǎn)，待閥芯和移動(dòng)托盤靠近后停止四軸運(yùn)動(dòng)，確認(rèn)移動(dòng)托盤可以夾持新閥芯，取下移動(dòng)托盤。選擇好與斜孔配合的錐塞，將尾部塞入測(cè)量塊內(nèi)，最后將測(cè)量塊放入閥芯斜孔內(nèi)。③控制選擇手搖輪模式，使用手搖輪之前確認(rèn)主軸不會(huì)與工件發(fā)生碰撞，若發(fā)生碰撞，合理調(diào)整手輪模式的倍率，且軸向選鈕調(diào)整至手輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸位置在手搖輪上分別選擇x 軸和y 軸移動(dòng)工作臺(tái)，在主軸或主軸附近裝上百分表，調(diào)整百分表和測(cè)量塊接觸的同時(shí)，確認(rèn)表盤是否在可視范圍內(nèi)。在空間范圍相距非常近的情況下，手輪調(diào)整到倍率 x1，移動(dòng)工作臺(tái)讓百分表的紅測(cè)頭靠近測(cè)量塊，將百分表指針轉(zhuǎn)到量程的 2/3，打表時(shí)選擇各軸相應(yīng)移動(dòng)，測(cè)量頭不能超出被測(cè)物體的接觸面，超出后重新調(diào)整位置，不能往回移動(dòng)接觸，否則會(huì)將側(cè)頭碰斷。④移動(dòng)工作臺(tái)位置，將百分表放在測(cè)量塊左面x1 上，測(cè)量測(cè)量塊y 軸方向的平行度，將測(cè)量塊的平行度調(diào)整在 0.01 mm 內(nèi)并敲緊，重復(fù)打表確認(rèn)y 軸方向平行度在一絲（0.01 mm）內(nèi)。⑤調(diào)整工作臺(tái)位置，將百分表放在測(cè)量塊 x 軸 x1 中間位置，上下移動(dòng)z 軸，根據(jù)百分表測(cè)量數(shù)值變化旋轉(zhuǎn)舊閥桿，直至百分表的測(cè)量值小于 0.01 mm，鎖緊四軸上夾具的夾緊螺栓，重復(fù)該步驟，確認(rèn)精度小于0.01 mm 后夾緊就閥桿。⑥調(diào)整工作臺(tái)位置，將百分表放在測(cè)量塊y 軸y1 的中間位置，上下移動(dòng)z 軸，根據(jù)百分表測(cè)量數(shù)值變化調(diào)整四軸角度，直至百分表的測(cè)量值小于 0.01 mm ，取下百分表換上分中棒。⑦主軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入 MDI（手動(dòng)輸入）模式，輸入指令，分中棒的轉(zhuǎn)速不宜過高， 一般在控制500～1 000 r/min。⑧在轉(zhuǎn)數(shù)為500 r/min 左右時(shí)，讓分中棒緩慢靠近工件，使分中棒上下同心時(shí)不會(huì)甩動(dòng)，移動(dòng)工件，分中棒偏心時(shí)，碰邊找數(shù)（刀具與工件接觸的次數(shù)）成功，重復(fù)剛才的找數(shù)，增加準(zhǔn)確度。采用手輪操作工作臺(tái)將測(cè)量塊移動(dòng)到分中棒右邊，手輪切換至 z 軸，將主軸往下移動(dòng)，切換手輪至x 軸，將工作臺(tái)和分鐘棒緩慢靠近，避免碰撞，貼近時(shí)將倍率調(diào)小，分鐘棒下方尋邊器的旋轉(zhuǎn)偏心后，記下機(jī)床坐標(biāo)，再減去或加上尋邊器的半徑后值輸入機(jī)床坐標(biāo)系，同理處理各點(diǎn)對(duì)中。⑨對(duì)中完成后，將主軸上移，然后停止主軸旋轉(zhuǎn)，測(cè)量塊和分中棒取下，將新的配鉆閥芯裝入閥桿，在工作臺(tái)上安裝移動(dòng)角度托盤，調(diào)整支撐板位置和角度，使閥芯底部和支撐板貼合，鎖緊螺栓。主軸換上刀具，進(jìn)入 MDI 模式，輸入指令后啟動(dòng)運(yùn)行，使用手輪軸旋擇z 軸，搖動(dòng)手輪往下靠近閥桿閥芯，在接近或輕觸位置停止手輪動(dòng)作。對(duì)將加工的零件進(jìn)行三維建模，將文件導(dǎo)入CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）軟件中，完成切削路徑規(guī)劃、刀具選擇、加工參數(shù)設(shè)置等操作，將代碼上傳至CNC（數(shù)控機(jī)床）控制器，進(jìn)行加工程序的設(shè)定，包括刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、工件坐標(biāo)系設(shè)定、刀具半徑補(bǔ)償?shù)炔僮鳌?/p>

3.2 直孔配鉆

先將四軸法蘭和安裝在四軸端面上，然后將彈簧夾工裝安裝在四軸法蘭上。具體如下：①根據(jù)舊閥桿尺寸選擇筒夾孔的彈簧夾頭工裝，根據(jù)不同尺寸的桿徑更換筒夾，安裝好后通過ER 扳手?jǐn)Q緊ER 螺母。將舊閥桿從四軸后端穿過主軸內(nèi)，工件最大尺寸不大于30 mm 的桿可以從前面伸入。選擇與直孔配合的塞規(guī)，將尾部塞入測(cè)量塊內(nèi)，最后將測(cè)量塊放入閥芯孔內(nèi)。②選擇手搖輪模式，先確認(rèn)z 軸不會(huì)與工件碰撞的情況下，若會(huì)碰撞，采用100 倍率，軸向選鈕調(diào)整至z，手輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)主軸位置在手搖輪上分別選擇x 軸和y 軸移動(dòng)工作臺(tái)，在主軸靠近工件附近或主軸裝上百分表，調(diào)整百分表和測(cè)量塊接觸的同時(shí)確認(rèn)表盤在可視范圍內(nèi)，手輪調(diào)整到10 倍率，移動(dòng)工作臺(tái)讓百分表的紅測(cè)頭靠近測(cè)量塊，將百分表指針轉(zhuǎn)到量程的 2/3，打表時(shí)選擇各軸相應(yīng)移動(dòng)，測(cè)量頭不能超出被測(cè)物體的接觸面，超出后重新調(diào)整位置，不能往回移動(dòng)接觸，否則會(huì)將側(cè)頭碰斷。③移動(dòng)工作臺(tái)位置，將百分表放在測(cè)量塊上，測(cè)量測(cè)量塊y 軸方向的平行度，將測(cè)量塊的平行度調(diào)整在 0.01 mm 內(nèi)并敲緊，重復(fù)打表確認(rèn)y 軸方向平行度在一絲（0.01 mm）內(nèi)。調(diào)整工作臺(tái)位置，將百分表放在測(cè)量塊y 軸 y1的中間位置，上下移動(dòng)z 軸，根據(jù)百分表測(cè)量數(shù)值變化手輪模式調(diào)整四軸角度，直至百分表的測(cè)量值在小于0.01 mm，取下百分表換上分中棒。④主軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入MDI 模式，輸入指令，分中棒的轉(zhuǎn)速不宜過高，一般在500～1 000 r/min，完成后點(diǎn)擊啟動(dòng)運(yùn)行。⑤通過手輪操作工作臺(tái)將測(cè)量塊移動(dòng)到分中棒右邊，手輪切換至z 軸，將主軸往下移動(dòng)，切換手輪至x 軸，將工作臺(tái)和分鐘棒緩慢靠近，避免碰撞，貼近時(shí)將倍率調(diào)小，分鐘棒下方尋邊器的旋轉(zhuǎn)不偏心時(shí)，記下機(jī)床坐標(biāo)，再減去或加上尋邊器的半徑后值輸入機(jī)床坐標(biāo)系，同理處理各點(diǎn)對(duì)中。⑥對(duì)中完成后，將主軸上移，然后停止主軸旋轉(zhuǎn)，取下測(cè)量塊和分中棒，用扭矩扳手按規(guī)定扭矩將新的閥瓣裝入閥桿。

3.3 錐孔配鉆

將閥桿裝入四軸夾具上，選擇與孔配合的錐塞，將尾部塞入測(cè)量塊內(nèi)，最后將測(cè)量塊放入閥芯的其中一個(gè)錐孔內(nèi)。具體如下：①在主軸附近裝上百分表，手輪移動(dòng)工作臺(tái)，讓百分表的測(cè)頭靠近測(cè)量塊，進(jìn)給倍率調(diào)低，將百分表指針轉(zhuǎn)到量程的 2/3，打表時(shí)選擇各軸相應(yīng)移動(dòng)，測(cè)頭不能超出被測(cè)物體的接觸面，超出后重新調(diào)整位置，不能往回移動(dòng)接觸，否則會(huì)將側(cè)頭碰斷。②移動(dòng)工作臺(tái)位置，將百分表放在錐塞左平面上，測(cè)量錐塞x 軸方向的平行度，將測(cè)量塊的平行度調(diào)整在0.01 mm 內(nèi)并敲緊，重復(fù)打表確認(rèn)x 軸方向平行度在一絲（0.01 mm）內(nèi)。調(diào)整工作臺(tái)位置，將百分表放在測(cè)量塊x 軸前方的中間位置，上下移動(dòng)z 軸，根據(jù)百分表測(cè)量數(shù)值變化調(diào)整四軸角度，直至百分表的測(cè)量值小于0.01 mm，取下百分表換上分中棒。③主軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入 MDI 模式，輸入指令，分中棒的轉(zhuǎn)速不宜過高， 一般在500～1 000 r/min，完成后點(diǎn)擊啟動(dòng)。另一錐孔重復(fù)一遍分中操作，將相應(yīng)的對(duì)中參數(shù)記錄在坐標(biāo)系上。④通過手輪操作工作臺(tái)，將測(cè)量塊移動(dòng)到分中棒右邊，手輪切換至z 軸，將主軸往下移動(dòng)，切換手輪至x 軸，將工作臺(tái)和分鐘棒緩慢靠近，避免碰撞，貼近時(shí)將倍率調(diào)小，分鐘棒下方尋邊器的旋轉(zhuǎn)偏心后，記下機(jī)床坐標(biāo)，再減去或加上尋邊器的半徑后值輸入機(jī)床坐標(biāo)系，同理處理各點(diǎn)對(duì)中。⑤對(duì)中完成后，將主軸上移，然后停止主軸旋轉(zhuǎn)，取下錐塞。將新的配鉆閥芯裝入閥桿，在工作臺(tái)上安裝支撐夾具，調(diào)整支撐板位置，使閥芯底部和支撐板貼合，鎖緊螺栓。主軸換上刀具，進(jìn)入MDI 模式，輸入指令點(diǎn)擊啟動(dòng)。使用手輪軸旋擇z 軸，搖動(dòng)手輪往下靠近閥桿閥芯，在接近或輕觸位置停止手輪動(dòng)作。

（1）第一個(gè)錐孔加工。在 UG 創(chuàng)建加工方法時(shí)，對(duì)加工余量選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，通過控制表面殘余量對(duì)錐孔的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，借助馬克筆將錐孔孔壁涂上一層油墨，將編程好的刀軌程序?qū)霗C(jī)床控制系統(tǒng)，手輪模擬確認(rèn)刀軌無誤后，通過刀具和錐孔及油墨判斷對(duì)刀的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，刀具正確情況下是刀刃輕刮錐孔或剛好將油墨刮下。確認(rèn)分鐘數(shù)據(jù)和加工代碼程序無誤后，將蝶閥閥瓣裝入閥芯，通過壓塊和支撐塊固定后，按下程序啟動(dòng)按鈕，在加工前同樣需要借助手輪模擬進(jìn)行刀軌確認(rèn)，由于加工件表面進(jìn)行過處理，在刀具和工件相接觸的階段，可以在軟件編程中或在機(jī)床進(jìn)給速率倍率中進(jìn)行相應(yīng)降低（降低至50%），盡可能避免刀具磨損，待加工穩(wěn)定后將倍率調(diào)回100%，加工過程中需要特別注意深孔的排屑問題，可以多次用風(fēng)槍對(duì)錐孔進(jìn)行吹掃，避免錐孔內(nèi)部積屑導(dǎo)致斷刀。

（2）第二個(gè)錐孔加工。加工第二個(gè)孔前需要在加工好的第一個(gè)錐銷孔填入相對(duì)應(yīng)尺寸錐銷并使其緊固，然后將壓緊的工裝和壓塊卸下，搖下支撐底座，確認(rèn)調(diào)整四軸時(shí)不會(huì)發(fā)生碰撞，使用第二個(gè)孔的坐標(biāo)系數(shù)據(jù)進(jìn)行四軸調(diào)整，坐標(biāo)系選用 G55 四軸調(diào)整 A0五軸調(diào)整 B0， 重新調(diào)整工裝和壓塊壓緊閥瓣，然后和前面加工錐孔步驟重復(fù)操作即可。

4 結(jié)束語

核島調(diào)節(jié)閥閥芯組件銷釘鉆取工裝和配鉆工裝能完成帶波紋管式的調(diào)節(jié)閥閥芯組件、帶斜位銷的調(diào)節(jié)閥閥芯組件及蝶形調(diào)節(jié)閥閥芯組件的銷釘鉆取、力矩緊固及配鉆。使用過程中不會(huì)損傷閥芯組件本體，鉆取后銷釘孔內(nèi)無碎屑毛刺等殘留，可以避免因銷釘孔內(nèi)存在異物導(dǎo)致的螺紋損傷及卡死。采用夾具夾緊閥芯，按閥門生產(chǎn)廠家提供文件里的要求對(duì)閥桿進(jìn)行緊固，新閥芯與舊閥桿進(jìn)行裝配后進(jìn)行配鉆，配鉆完成后對(duì)舊閥桿與新閥芯銷釘孔進(jìn)行測(cè)量，偏差可控制在0.05mm 內(nèi)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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