封頭接管嘴的加工工藝研究

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

【關鍵詞】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、制造復雜、作用重要的特點，幾何精度、加工精度要求都很高，大大超過常規產品的要求。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，是保證產品質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備，加工找正就必須解決上述兩個角度的回轉及刀具回轉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的加工

考慮到車間的現有加工條件及生產進度的安排，課題組通過認真研究，在無回轉工作臺的落地鏜床或可轉工作臺的尺寸、回轉精度不能滿足被加工接管嘴位置精度要求的情況下，經與激光檢測技術人員進行討論，可基于激光跟蹤儀測量技術，為找正裝夾提供準確的數據。

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的激光跟蹤技術，當跟蹤頭發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，跟蹤頭會自動轉動，直到激光照到反射鏡的中心為止，跟蹤頭內部的側長系統和測角系統就會分別測出反射鏡中心到跟蹤頭的長度和跟蹤頭轉動的角度，從而測量出反射鏡中心的坐標[2]。

1.2建立坐標系

1.2.1測量坐標系的建立

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

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

1.2.2工件坐標系的建立

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，通過擬合測量點，建立工件xy平面的平行平面。

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

1.3找正方法

通過建立測量坐標系和工件坐標系，得到機床坐標系、測量坐標系及工件坐標系之間的相互關系，通過激光跟蹤儀測量計算，可為找正提供精確的數據。

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度線。通過調節頂在四個吊耳處的液壓千斤頂，使工件水平轉動，同時利用機床運行程序檢查刻線，使誤差在1mm之內。

2）工件找平，使工件xy平面與機床主軸平面垂直。取工件下端面四個支撐點附近的四點，測量出各點到測量坐標系XY平面的相對高度值，并作記錄。采用壓表的方式，通過調節四個支撐處的可調墊鐵，使該處高度變化滿足測量值。

3）刀具回轉軸線定位，通過1）、2）操作，工件找正已完成，這時，需要調節萬向角銑頭角度，使其回轉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，然后將靶標固定于刀桿端面，運行40°緯度角程序，測量出刀桿運動軌跡角度，通過程序誤差補償實現刀桿實際角度與運動軌跡角度的統一。

1.4余量借偏

按上述方法找正壓緊后，運行數控加工程序，在接管嘴端面處進行內外圓試切。發現毛坯余量不足且分布不均，故需要進行余量借偏。

基于激光跟蹤儀測量技術，對封頭內腔、兩接管嘴及其過度圓角進行全面摸點測量，利用系統自帶SpatialAnalyzer測量軟件進行球體、圓柱體及圓弧回轉體的擬合，并將基于UG NX6.0所建立的三維實體模型導入其中，進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行精確調整。

根據給出的經度、緯度兩個方向的調整數據，利用調鐵及液壓千斤頂進行精確調整，調整方法與上述找正方法相同，先進行經度方向調整，再進行緯度方向調整，最后對刀桿進行精確調整定位。結果如滿足預期目標，就可以運行數控程序，進行接管嘴的加工，如果不能滿足預期目標，需重復上述余量借偏工作，直至滿足預期目標。

圖2 實測數據擬合模型與封頭理論三維模型對比

2.總結

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

【參考文獻】

[1]王光明.空間角度孔的加工[J].現代制造工程，1986，（01）.

[2]孫大許，馬強，閆勇剛，劉萬里，梁智勇.激光跟蹤測量系統原理及在制造業中的應用[J].機械，2005，（08）.