大落差马鞍形接管孔坡口加工技术.pdf

CFHI2024年 第1期（总217期）冷加工CFHI TECHNOLOGY大厚度、大落差马鞍形接管孔坡口有以下加工难点：因接管坡口的牙厚在筒体外圆位置，坡口方向在主轴背面，加工难度大；曲面需用CAM加工；根部R角加工难度大，与坡口斜面圆滑相接难度大，牙厚难保证。针对以上难点，本文提出一种大厚度、大落差马鞍形接管孔坡口加工方法，通过 SIEMENSNX CAD/CAM 软件建立空间曲面模型，分析待加工工件形状建立逻辑关系，分析工件数字模型特征；根据数字模型设计工艺方案；根据工艺方案编制CAM程序并确定加工刀具；通过VERICUT数控机床仿真软件校验数控程序；通过机床检测特征点检测工件尺寸精度。1技术方案1.1建立、分析工件数字模型笔者用SIEMENS NX CAD/CAM 软件建立空间曲面模型，分析工件整体形状，相贯面特征，待加工曲面特征等，为后续加工做准备。首先，建立筒体圆柱体，在马鞍形坡口所在孔中心位置建立孔直径大小的圆柱体与筒体求差；然后，使用过孔回转中心线及筒体母线所处截面将模型切除一半；在现有截面上建立马鞍形坡口截面位置草图，使用扫掠功能将截面沿孔与筒体内壁相贯线扫掠，将扫掠后的图形与筒体求差后再按上述修剪的截面镜像处理，得出完整马鞍形坡口数字模型（见图1）。1.海装沈阳局工程师，辽宁沈阳1100002.海装沈阳局助理工程师，辽宁沈阳11000010.3969/j.issn.1673-3355.2024.01.015大落差马鞍形接管孔坡口加工技术隋波1，高国栋2摘要：大厚度、大落差马鞍形接管孔坡口为复杂空间曲面，因工件尺寸很大，接管孔所处位置只能用镗床编程加工，加工后无法保证尺寸精度，根部R角残留大，粗糙度亦无法保证，且加工效率低。基于此开发一种大厚度、大落差马鞍形接管孔坡口加工方法，解决大直径接管马鞍形坡口的加工难题。关键词：马鞍形；空间曲面；加工残留中图分类号：TM623文献标识码：B文章编号：1673-3355（2024）01-0015-02Machining Technology of Large Drop Saddle-shaped Nozzle Hole GrooveSui Bo,Gao GuodongAbstract:Saddle-shaped nozzle groove with large thickness and large drop is with complex spatial curved surface,due toits large size,the nozzle hole can only be processed by applying programmed boring machine,but the dimensional accuracycannot be guaranteed after such processing,the roughness can not be guaranteed because of the large R-angle residue atthe root,and processing efficiency is low.According to the above situation,this paper proposes a method for processinglarge thickness,large drop saddle-shaped nozzle groove,in order to solve the machining problem of large diameter saddle-shaped nozzle groove.Key words:Saddle-shaped;spatial curved surface;machining residue图1马鞍形接管孔坡口CAD造型492024年 第1期（总217期）CFHI冷加工一重技术1.2制定工艺方案1加工方案为：先加工大直径孔，加工斜面符图，清除根部R角残留，根部R角精加工符图。根据加工方案确定加工机床为三轴联动大型数控镗床。具体加工步骤如下：（1）加工大直径孔，单边留量1 mm坡口加工后只需加工牙厚宽度，选择刃长大于牙宽的精铣刀，通过分析孔与筒体相贯形成的马鞍形线，开发精加工孔的数控加工程序，此程序为跟随马鞍形线加工程序，刀具长度大大缩短，使选用精铣刀成为可能，极大提高大直径孔的表面粗糙度，而且极大提高加工效率。精加工孔加工程序示例（西门子系统）：N05 G0 G90 G17 G54 G64 X0 Y0 Z2500 F400S350 M03N10 R1=2200-50（筒体半径-加工深度）R3=1600/2（孔半径）R7=0（角度方位起始）R8=0.2（角度增量）R10=R3*COS(R7)R11=SQRT(POT(R1)-POT(R10)N12 Z=R11N15 G1 G41 T1 D1 AP=R7 RP=R3AA:N20 R7=R7+R8N25 R10=R3*COS(R7)R11=SQRT(POT(R1)-POT(R10)N30 G03 AP=R7 RP=R3 Z=R11 TURN=0N35 IF R7360 GOTOB AAN40 G0 G40 X0 Y0N45 Z2500N50 M02（2）加工斜面符图笔者将坡口划分为四个象限。此加工方案具有以下优点：为了保证加工后牙厚尺寸满足要求，需要对斜面加工程序执行2次，第一次轴向和径向均留量，加工后测量特征尺寸确定精加工斜面的轴向和径向最终偏置量，而若使用四个象限同时加工的程序，因坡口尺寸大，执行一次程序约40 h，极大降低加工效率；本加工方案仅需验证一、二象限程序正确性即可，将一、二象限程序镜像处理即可完成三、四象限的加工，而采用整体加工则需要观测整个程序是否有碰撞和过切风险（见图2）。（3）清除根部R角残留用大直径三面刃铣刀加工后根部R角残留很大，需选用小直径三面刃铣刀清根，为避免大直径三面刃加工干涉，尽可能去除残留，并保证加工后圆角粗糙度要求，选用直径合适的圆弧三面刃铣刀是关键，配合恰当的切削方式，以满足去除根部残留的目的，避免对已加工部位重复加工，提高加工效率（见图3）。（4）根部R角精加工精加工为流线仿形整体加工，保证四个象限圆角与斜面的圆滑相接，修正牙厚，以满足尺寸精度和粗糙度要求。2方案实施2.1编制CAM程序并确定刀具大厚度、大落差马鞍形接管孔坡口CAM程序极为复杂，按工艺要求，需要将空间曲面按象限分割，通过调试解决CAM程序中的问题；选择刀具需要结合空间曲面特征、尺寸特征、待加工材料特点确定；选择加工方法需综合考虑加工精度、稳定性、效率、刀具路径等众多因素，稳定、高效、高精度去除毛坯余量，整个加工过程使用两种规格刀具即可完成（见图4）。1筒体内孔；2斜面；3筒体外圆；4R角图3马鞍形接管孔根部R角加工1筒体内孔；2斜面；3筒体外圆；4R角图2马鞍形接管孔斜面加工图4马鞍形接管孔坡口CAM加工（下转第24页）502024年 第1期（总217期）CFHI设计与计算一重技术参考文献 1 郭成龙.数控机床滑动导轨结合面动态特性参数测试及应用研究D.南京理工大学，2012.2 Majumdar A,Bhushan B.Fractal Model of Elastic-Plastic ContactBetween Rough SurfacesJ.Journal of Tribology,1991,113(1):1-11.3 Shi X,Polycarpou A A.Measurement and Modeling of NormalContact Stiffness and Contact Damping at the Meso ScaleJ.Journal of Vibration and Acoustics，2005，127(1):52-60.4 张学良，徐格宁，温淑花.机械结合面静动态特性研究回顾及展望J.太原重型机械学院学报，2002(03):276-281.5 Lin L P,Lin J F.A New Method for Elastic-Plastic ContactAnalysis of a Deformable Sphere and a Rigid FlatJ.Journal ofTribology,2006,128(2):221-229.6 Hanaor D,Gan Y,Einav I.Contact mechanics of fractal surfacesby spline assisted discretisationJ.International Journal of Solids&Structures,2015,59:121-131.7 阮晓光，邰雪峰，李玲，蔡安江.基于分形理论的结合面刚度建模研究J.机械设计与制造，2016(12):252-256.8 Yoshimura M,Fukano A.Identification of Spring Stiffness andDamping Coefficient in Machine Tool JointsJ.Journal of theJapan Society for Precision Engineering,1979,45(540):1418-1424.9 伍良生，马淑慧，屈重年，马建峰.弹簧-阻尼动力学单元螺栓连接结合面研究J.机械设计与制造，2014(01):4-6.10 范世荣，张学良，温淑花，王余松.基于各向同性虚拟材料的固定结合面修正模型J.太原科技大学学报，2017,38(04):302-306.11 徐平，曹泉，于英华，沈佳兴，郑思贤.BFPC固定结合面虚拟材料参数识别J.机械科学与技术，2021,40(08):1305-1312.收稿日期：2023-10-18（a）机床模型整机Z方向速度变形云图（b）工作台-滑台Z方向速度变形云图（c）滑台-底座Z方向速度变形云图图7机床模型Z方向速度变形云图（a）机床模型整机Z方向加速度变形云图（b）工作台-滑台Z方向加速度变形云图（c）滑台-底座Z方向加速度变形云图图8机床模型Z方向加速度变形云图（a）机床整机等效应力云图（b）底座局部等效应力云图图9机床等效应力云图（上接第50页）2.2校验数控程序为保证程序准确无误，避免过切及碰撞，通过VERICUT软件模拟仿真，以保证程序的准确性。2.3检测工件通过机床检测特征点，用检测工具和样板检测工件尺寸精度，保证工件符合图纸要求。3结语本文提供一种大厚度、大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，此方法解决了复杂空间曲面马鞍形坡口无法在三轴联动龙门铣床、镗床加工或近似加工问题，满足尺寸精度要求，（下转第9页）24CFHI2024年 第1期（总217期）设计与计算CFHI TECHNOLOGY弯曲半径rn与弯头进口径向宽度b比值rn/b0.25时时，等截面急转弯头可装设导向叶片；当rn/b11时，扩散急转弯头可装设导向叶片；当rn/b12时，收缩急转弯头可装设导向叶片；导向叶片数量及布置要求见火力发电厂烟风煤粉管道设计规范（DL/T 5121-2020）相关内容。在缓转弯头中，当a/b0.8时，宜设12片导流板，当a/b=0.81.3时，宜设1片导流板。导流板宜与弯头同心，沿径向等间距布置（见图4）。导流板的刚度加强方法与导向叶片相同，对于大截面烟道的导流板，也可采用增加导流板厚度并在导流板表面贴附加强角钢的方式。所有孔类包括人孔、除灰孔等均应结构简单，密封严密，开启方便。人孔应保证密封严密，不泄漏，法兰与道体净距应大于保温厚度，宜为150mm，保温烟道应装设保温人孔。烟道支吊架分为固定架、导向架与滑动架，具体以满足烟道安全和热补偿需求为准，支吊架间距应考虑烟道内烟气温度、烟道截面大小及现场支吊架设置的条件。在补偿器两端应设置固定支架，在固定支架的临近位置设置导向支架。固定支架与导向支架的间距小于4 m。设置固定支架时应考虑补偿器弹性力和内压推力合成力的影响。3.2烟道道体与加固肋设计矩形道体相邻面板间的连接宜采用角钢内贴式，道体强度好，制作方便；3 m2的矩形道体可采用直焊式。角钢内贴式矩形道体横向加固肋宜采用刚接。刚接横向加固肋推荐采用不小于50mm5 mm的等边角钢，具体以计算为准。当大截面矩形道体加固肋规格偏大或者跨度较大时，宜设置内撑杆。内撑杆外应有道体横向加固肋。防腐内衬烟道内撑杆的设置应满足喷涂防腐内衬的要求。负压道体不宜采用扁钢作横向加固肋。圆形烟道应设置环形横向加固肋，必要时也可设置内撑杆或纵向加固肋，以增强管道的强度、刚度、抗振性和整体稳定性。圆形管道加固肋的设置方案应通过有限元计算确定，环形横向加固肋的弯曲半径不宜小于现场加工的最小冷弯半径。4结语本文所述内容是在参考相关规范与实际工程经验基础上得出，适用于我司新建或改造的脱硫脱硝装置。参考文献 1 DL/T 5121-2020火力发电厂烟风煤粉管道设计规范S 2 D-DL2000烟风煤粉管道零部件典型设计手册S收稿日期：2023-07-27图1缓转弯头图2急转弯头图3外削角急转弯头图4带导流板的弯头（上接第24页）极大提高产品表面质量及加工效率，可推广指导类似马鞍形坡口的加工。参考文献 1 王先逵.机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，2006：50-80收稿日期：2023-12-189