TK6920數(shù)控鏜銑床加工水電閘門技術(shù)

李 亮

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

TK6920數(shù)控鏜銑床加工水電閘門技術(shù)

李 亮

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

TK6920數(shù)控鏜銑床是在加工大型工件中應(yīng)用廣泛，精度及生產(chǎn)效率高的先進(jìn)設(shè)備。水電弧形工作閘門弧面半徑大，弧面面積大，運(yùn)用TK6920數(shù)控鏜銑床配合萬(wàn)能銑頭可一次裝夾完成弧面的粗精加工。平面閘門節(jié)間有凹槽凸臺(tái)、節(jié)間連接面連接螺栓孔、水封面、主輪孔等加工，TK6920數(shù)控鏜銑床配合數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及垂直銑頭可一次裝夾完成所有工序的粗精加工。

數(shù)控鏜銑床；水電弧形與平面閘門；加工

1 加工弧形閘門

觀音巖工程左沖砂底孔弧形工作閘門，孔口尺寸4 m×4 m，底檻高程為1 028 m，閘門設(shè)計(jì)水頭為106 m，總水壓力38 333 kN，封水寬度為5 m，弧門半徑9 m，門葉分2個(gè)制造單元制造，閘門封水形式為沖壓水封+常規(guī)水封，主水封為伸縮式?jīng)_壓水封止水，常規(guī)水封為“P60”橡塑水封，針對(duì)弧門的特性，弧門的加工歩聚如下：

1.1 門葉加工工藝分析

弧門的半徑為9 000 mm，寬度為4 968 mm，其材料為Q345B，總重約為32 000 kg，共分為2節(jié)制造加工。利用西門子TK6920數(shù)控落地鏜銑床配合萬(wàn)能銑頭（任意角度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)精度為6’）加工，不僅保證弧面精度，而且大大提高了加工速率。底節(jié)弧長(zhǎng)3 531.6 mm，對(duì)應(yīng)的圓心角為22.483°，頂節(jié)門葉弧長(zhǎng)為3 099 mm，對(duì)應(yīng)的圓心角為19.729°，弧面公差精度要求為0～-1 mm，表面粗糙度為12.5。根據(jù)精度要求合理等分弦長(zhǎng)K（即每次刀盤(pán)的吃刀寬度），選擇等分圓心角為 θ=0.8°（θ=2×arcsin（K/2/R）），對(duì)應(yīng)的 K=125.663 mm，弧面公差為△=R×［1-cos（θ/2）］，代入公式得△=0.219 mm，與 CAD 放樣的公差一致，符合圖紙公差要求。

1.2 門葉加工坐標(biāo)計(jì)算

（1）底節(jié)加工通過(guò)CAD放樣坐標(biāo)，刀盤(pán)刀尖至萬(wàn)能銑頭回轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心距離L=300，R+L=9300。

CAD放樣圖見(jiàn)圖1

圖1 放樣圖

（2）底節(jié)加工通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算坐標(biāo)

函數(shù)坐標(biāo) Yn=（R+L）× sin［（nθ）］；Zn=-（R+L）×｛1-cos（nθ）｝；

R為弧門半徑，L為萬(wàn)能銑頭上盤(pán)銑刀刀尖到回轉(zhuǎn)軸的距離，n∈｛0，1，2…｝，θ角從 0°開(kāi)始依次增加0.8°（弧門分節(jié)處通過(guò)圓心）。

計(jì)算坐標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

（3）頂節(jié)門葉坐標(biāo)計(jì)算

頂節(jié)門葉坐標(biāo)計(jì)算與底節(jié)門葉計(jì)算方法相同。

表1

1.3 工件找正及裝夾

（1）先根據(jù)鉚工事先畫(huà)好的基準(zhǔn)線，用劃線尺找正弧面水平方向，再找正X軸方向，用百分表接觸毛坯表面拉平，然后找正弧面，使基準(zhǔn)線與圓心的連線與機(jī)床Y軸垂直（因弧門分節(jié)處通過(guò)圓心），找正弧面的坐標(biāo)如下（表2）：

表2

（2）毛坯加工余量為5 mm，為保證面板加工后厚度不小于圖紙尺寸，用百分表找正弧面后的機(jī)床工件坐標(biāo)數(shù)據(jù)與表2對(duì)應(yīng)的Z值的差值在0～-5。

（3）確認(rèn)找正后，再用墊片墊在弧門與墊塊有空隙的地方，選用合適的受力位置，用壓板把弧門壓緊在固定工作臺(tái)上。

1.4 刀具選擇

采用平面刀盤(pán)直徑為160 mm，9片YT5的三角刀片銑削（三角型刀片排屑量好，散熱塊，價(jià)格便宜，YT5的材質(zhì)適合加工Q345B鋼材）[2]，最大處加工量為5 mm，采用300 r/min的轉(zhuǎn)速，進(jìn)給率300 mm/min加工。

1.5 對(duì)刀

首先機(jī)床回零，手動(dòng)調(diào)整萬(wàn)能銑頭起始角度，與第一刀的角度相同為0°，根據(jù)找正的數(shù)據(jù)選擇對(duì)刀點(diǎn)，設(shè)置工件坐標(biāo)系原點(diǎn)（G55 X0 Y0 Z0）[6]

1.6 編程加工

后續(xù)每加工完一等分弦長(zhǎng)，先調(diào)整萬(wàn)能銑頭的角度與坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)的角度相同，按照相應(yīng)的數(shù)值編好數(shù)控程序加工（表3）。

表3

2 加工平面閘門

阿海水電站平面定輪滾動(dòng)閘門門葉總長(zhǎng)12 800 mm，寬 6 950 mm，高 1 575 mm，總重 133 619 kg，主要分5節(jié)加工。單節(jié)長(zhǎng)6 950 mm，寬3 200 mm，高1 575 mm。節(jié)間采用凹槽與凸臺(tái)配合定位，螺栓連接，水封采用“P60”橡塑水封，主輪踏面與水封的垂直距離尺寸公差在1 mm之內(nèi)，從而保證水封壓縮5 mm，達(dá)到封水的效果。

平面定輪滾動(dòng)門葉加工歩聚：

2.1 門葉工藝分析

（1）主要加工內(nèi)容：銑削水封座板、銑削節(jié)間面、銑削凹槽與凸臺(tái)、鏜削φ260的主輪孔、鏜削φ300與φ306的吊耳梨形孔、銑削斜端面。

（2）加工精度要求：門葉橫向直線度≤2.0、門葉底緣直線度≤0.5、門葉底緣傾斜度≤1.0。

（3）零件特點(diǎn)分析：該零件主要由平面及孔系組成，其中4-φ260H9 4個(gè)內(nèi)孔的表面粗糙度要求較高，為Ra1.6；而凹槽及凸臺(tái)配合要求更高，凹槽與凸臺(tái)長(zhǎng)度方向配合要求精度為500K7與500h6，節(jié)間面要求平面度精度各為1 mm，節(jié)間面平行度要求精度為1 mm。TK6920數(shù)控落地鏜銑床配合回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（B軸及V軸），單節(jié)門葉裝夾一次加工完所有工序。按照先面后孔、先粗后精、先基面后控制面的原則確定加工順序。加工工序?yàn)椋合茹娤鬟B接水封面→銑削節(jié)間連接面（包含凹槽或凸臺(tái)）→旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)180°用同樣的方法加工節(jié)間面（包含凹槽或凸臺(tái)）→工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°（180°）鏜削φ260的主輪孔。

2.2 門葉找正及裝夾

門葉擺放在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的墊塊上，用水平儀以門葉邊梁4個(gè)角找正水平，保證其扭曲3.5 mm之內(nèi)及加工后節(jié)間之間面板的錯(cuò)臺(tái)2 mm之內(nèi)，按照鉚工劃好的節(jié)間連接面的粗基準(zhǔn)拉直，用壓板在合適位置壓好。

2.3 刀具選擇

數(shù)控加工中，銑削平面零件內(nèi)外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：①銑刀半徑RD應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑 R min，一般取 RD=（0.8～0.9）R min；②零件的加工高度 H＜（1/4～1/6）RD[2]，以保證刀具有足夠的剛度；③用平底立銑刀銑削底部時(shí)，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑R e=R-r，即直徑為d=2R e=2（R-r）[5]，編程時(shí)取刀具半徑為 R e=0.95（R r）。對(duì)于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤(pán)銑刀。刀具選擇應(yīng)考慮工件的材質(zhì)及吃刀量，粗加工刀具、精加工刀具，面、凹槽、凸臺(tái)加工刀具，主輪孔鏜刀。根據(jù)零件特點(diǎn)所選銑刀（表4）。

表4

2.4 對(duì)刀

加工平面門葉時(shí)，以水平儀找正的邊梁平均值對(duì)刀設(shè)為原點(diǎn)（G55 Y0）。

2.5 加工

（1）以原點(diǎn)起刀10 mm加工水封座板面（E面），（保證水封平面度0.5mm之內(nèi)）如圖2所示：

圖2

（2）以鉚工劃好的粗基準(zhǔn)線加工完其中一節(jié)間連接面，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，再加工另一節(jié)間連接面（保證兩節(jié)間連接面的平行度在0.5 mm）。

（3）以加工好的水封座板及節(jié)間連接面加工凹槽及凸臺(tái)（保證兩節(jié)門葉組裝后凹槽與凸臺(tái)配合緊密，同時(shí)保證水封的整體平面度及主輪的平面度）。

（4）以加工好的水封座板及節(jié)間連接面為基準(zhǔn)加工主輪孔（保證主輪孔與水封的高差0.5 mm之內(nèi)，整體組裝時(shí)所有主輪的平面度在1 mm之內(nèi)）。

（5）加工底節(jié)斜面，配合萬(wàn)能銑頭，萬(wàn)能銑頭往上旋轉(zhuǎn)9.46°進(jìn)行加工底節(jié)斜面（保證與門槽底坎角度配合，圖3）。

圖3 門葉底節(jié)斜端面角度圖

3 結(jié)語(yǔ)

大型弧門與大型平面滾動(dòng)閘門的加工精度與加工成本一直是水工產(chǎn)品加工的一大難題。大型弧門若采用傳統(tǒng)的弧面數(shù)控編程加工方式及平面閘門采用多次裝夾，則加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降低精度，阻礙生產(chǎn)進(jìn)度，增加制造成本。而TK6920數(shù)控鏜銑床采用數(shù)字化控制實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)配備萬(wàn)能銑頭，在大型弧門加工采用等分弦長(zhǎng)加工及平面閘門一次裝夾加工中各個(gè)方面都占優(yōu)勢(shì)，從裝夾上減少裝夾次數(shù)，簡(jiǎn)化工序，達(dá)到節(jié)約時(shí)間，一次裝夾加工多個(gè)工步，減少二次裝夾產(chǎn)生的累計(jì)誤差，在水電閘門大型工件加工中非常實(shí)用。

[1]趙長(zhǎng)旭.數(shù)控加工工藝課程指導(dǎo)書(shū)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[2]艾興，肖詩(shī)綱.切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]鄭貞平，喻德，張小紅.UGNX 5.0數(shù)控加工典型范例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[4]李業(yè)農(nóng).數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[5]余英良.數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]周保牛.數(shù)控銑削與加工中心技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2007.

TV663

B

1672-5387（2017）10-0059-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.020

2017-07-21

李 亮（1985-），男，助理工程師，從事水利水電設(shè)備機(jī)械加工工作。