大型數控龍門鏜銑床在弧形閘門面板加工的應用簡述

呂華 鄒振忠

摘 要：為確保幾內亞蘇阿皮蒂水利樞紐底孔高水頭弧形閘門制造質量，改變過去傳統的自行設計加工制作的弧面加工工裝設備，采用先進的大型數控龍門銑床對門葉面板外緣面、節間連接板整體機加工，以保證閘門的整體裝配質量滿足設計要求。

關鍵詞：大型數控龍門鏜銑床；弧面加工；節間加工；應用

中圖分類號：TV663+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）17-0154-02

高水頭弧形閘門在啟閉過程中（具備局部開啟），應具有良好的水力條件，其運行工況復雜，在弧門整體退火消應的同時，為保證弧門運行過程中的穩定性，設計時往往要求對其門葉面板外緣面整體機加工，以保證其曲率半徑尺寸和粗糙度滿足設計要求。

傳統的門葉面板外緣面整體機加工，大多數制造廠采用自行設計加工制作的弧面加工工裝，如三峽工程泄洪深孔弧形閘門面板外緣面整體機加工，其耗時長，加工精度不高（弧形為折線而非圓弧線），且針對不同外形尺寸、曲率半徑的弧形閘門需要設計制作不同的加工專用工裝，通用性不強。

隨著我國大型數控龍門銑床的設計和實際應用，運用數控程序對門葉面板外緣面和節間銑削加工，無需制作任何加工工裝，其加工精度高、節省工期。在幾內亞蘇阿皮蒂水利樞紐底孔高水頭弧形閘門制造中得到了成功應用。

1 閘門特性及要求

1.1 幾內亞蘇阿皮蒂水利樞紐項目泄洪底孔弧形閘門特性及要求如下：

閘門型式：潛孔式主縱梁弧形工作閘門；

孔口尺寸及設計水頭（寬×高-設計水頭）：5m×6m-83.56m；

曲率半徑：11.0m；

總水壓力：29113kN；

閘門重量：144t/套；

工藝要求：整體退火；

加工后曲率半徑誤差：±1.0mm。

1.2 門葉結構形式

閘門采用雙主縱梁、直支臂焊接結構，門葉為П型雙腹板主縱梁、支臂為箱型結構型式。門葉按寬度方向分為左右兩瓣對稱制作，采用高強螺栓連接。

2 閘門機加工

2.1 加工設備簡介

根據閘門外形尺寸大小，選定由中捷合資生產的CMC40120mr3數控龍門移動式加工中心（以下簡稱“數控銑床”）。該數控銑床的優點：

（1）進給刀采用雙驅動機構，兩個交流伺服電機，配合德國高扭短減速機，實現無間隙傳動，機床運動采用光柵尺形成全閉環控制。（2）工件裝夾后，數控系統能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉速、進給量等，可連續完成銑、鏜、鉆等多種工序，大大減少了工件裝夾時間，對加工形狀比較復雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經濟效果。

2.2 加工原理（見圖1）

2.3 門葉弧面、節間連接板、側水封座板機加工

2.3.1 門葉在CMC40120mr3數控龍門銑加工中心的整體加工狀態（見圖2）

2.3.2 加工余量的確定

面板外緣面設計厚度28mm，弧門焊接變形和整體退火對曲率半徑的影響，工藝設計階段，在曲率半徑按照經驗公式增加80mm的基礎上，機加工余量預留12.0mm，即面板板厚達到40mm，焊接校正完成檢測加工余量，面板平均加工量為8.0mm。

節間連接板、側水封座板設計厚度分別為25mm，考慮到弧門在寬度方向的焊接收縮量，工藝機加工余量預留5mm，即節間連接板、側水封座板厚度均達到30mm。

2.3.3 整體退火

為保證門葉外形幾何尺寸滿足機加工要求以后，進入退火爐前將門葉用型鋼固定在退火爐移動臺車上，并用水準儀進行扭曲測量，其扭曲不超過±3.0mm。根據《水利水電工程鋼閘門制造安裝驗收規范》（GB/T14173-2008）規定確定。最高溫度580℃-600℃，其溫度偏差20℃，保溫2h。加熱速度在300℃以下≤220℃/h， 300℃以上50℃/h。冷卻速度80℃/h，300℃以下出爐。

門葉退火后主要檢測門葉曲率半徑、扭曲、與支臂連接的4個連接板的角度和扭曲，根據檢測的數據計算出最優機加工組合尺寸，并進行初步的機加工劃線。

2.3.4 機加工

（1）機加工步驟安排。門葉固定在數控銑床移動臺車上→固定并幾何尺寸復核→面板外緣面→門葉→節間連接板加工→側水封座板加工→門葉翻身、固定、測量→支臂連接板加工→加工質量驗收。

（2）面板外緣面加工。1）找正門葉4個角上的點，然后檢查弧頂高度。2）確保門葉牢固壓緊，完全無滑動，無晃動。3）將曲半徑，圓點坐標，加工精度控制數據輸入數控龍門銑PLC程序中，空車運行一次，檢查激光點軌跡，滿足弧面加工。加工方向從中間往兩端進行。4）主軸裝夾φ160R10刀盤，先空試車走運行軌跡，再開始粗加工弧面。加工工序每刀行走寬度為150mm。5）整體粗加工弧面過程結束后，根據圖紙尺寸和要求檢查工件弧面加工余量和光潔度，然后根據工件尺寸和要求編制空試車走運行軌跡，半精銑加工弧面工序，每刀行走寬度為20mm。6）整體半精銑加工弧面過程結束后，根據圖紙尺寸和要求檢查工件弧面加工精銑加工余量，然后根據工件尺寸和要求空試車走運行軌跡，精銑加工工件弧面工序，每刀行走寬度為5mm。7）整體弧面加工程序完成，去毛倒刺，清理鐵屑，開始檢驗工序，采用表面光潔度表對照，檢驗表面光潔度是否達到圖紙要求。主軸裝百分表，根據圖紙設計要求，由加工中心走程序，檢測數據，確認數據無誤后，再用激光跟蹤儀整平面檢測弧度尺寸確保尺寸沒有偏差。最后依次加工節間連接版和側水封座板。

加工方向設定為對角線方向交叉進行，保證面板外緣面呈弧面加工。見圖3。

根據圖紙尺寸和要求檢查工件弧面加工余量和光潔度，每刀行走為粗銑3.0mm、精銑1.0mm。整體弧面加工完成后去用角磨機對加工表面進行毛刺清理和表面光潔度表對照，最終用激光跟蹤儀對整個弧面尺寸偏差進行檢測，滿足設計要求。

（3）節間連接板和側水封座板加工。面板外緣面加工完成后更換刀具，將加工弧面的銑刀更換為端面的鏜刀。以加工后的弧面為基準，對節間連接板進行加工，保證面板外緣面垂直。方法步驟同面板外緣面加工。

CMC40120mr3數控龍門銑加工中心Z軸行程是800mm，此節間連接高度為1500mm，可通過接刀的方法來加工連接面。

3 數控龍門鏜銑床的應用說明

幾內亞蘇阿皮蒂泄洪底孔弧門單節加工最大外形長×寬×高尺寸為7488mm×2443mm×1841mm，門葉加工所選用CMC40120mr3型數控龍門移動式加工中心，其工作臺尺寸4000mm×12000mm，兩立柱間距5180mm，滿足加工需求。根據2016年9月21日新出臺的GB 1589-2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》，對最大運輸單元門葉的外形尺寸的控制，可借鑒本次采用數控銑床對弧門面板外緣面的加工成功應用，將大大提高其加工精度和質量。

4 結語

大型數控龍門鏜銑床在幾內亞蘇阿皮蒂泄洪底孔弧形閘門機加工中的成功應用，使弧門面板外緣面、節間連接板、側水封座板的三個加工面，在一臺數控銑床上一次裝夾完成所有加工工序，保證了各個加工面的精度要求，從而保證了閘門整體的裝配質量，值得在今后類似弧門加工中推廣應用。

參考文獻

[1]曹峽榮.三峽泄洪深孔弧形閘門制造工藝簡介[J].水工機械，2002，（2）：38-41.

[2]張開強，張海濤，任國良.主縱梁弧門（弧面加工）制作主要控制點工藝措施[J].西北水電，2014，（1）：82-84.