淺析壓力容器機加裝夾方式改進實踐

宋陽 薛鋼

摘要：壓力容器作為常用的工業(yè)設(shè)備，在加工生產(chǎn)中常離不開裝夾操作。本文主要討論為保證薄壁壓力容器機加精度所采用的裝夾方式。通過分析在各個機加工序過程中的難點并結(jié)合立式裝夾與臥式裝夾的優(yōu)缺點來確定最終的壓力容器機加裝夾改進方案。希望本文能對相關(guān)人員具有一定的啟發(fā)作用。

關(guān)鍵詞：薄壁;壓力容器;裝夾;立式;臥式;機加

壓力容器是一種能夠承受壓力的密閉容器。壓力容器的用途極為廣泛，它在工業(yè)、民用、軍工等許多部門以及科學(xué)研究的許多領(lǐng)域都具有重要的地位和作用。在壓力容器加工生產(chǎn)中常離不開裝夾操作，下面探討一種保證薄壁壓力容器機加精度所采用的裝夾方式。

前言

在柱式薄壁壓力容器制造過程中按照工藝要求依次完成了上下法蘭面外圓的粗車、孔的加工以及上下法蘭面的精車削，現(xiàn)要進行法蘭孔的加工。此工序直接影響著壓力容器的裝配精度。此壓力容器高2794mm，內(nèi)徑為3505.2mm，壁厚為25.4mm。需要加工法蘭上均布的40個法蘭孔。

針對法蘭孔的位置以及筒體的分析，加工難點主要表現(xiàn)在：其一，相對壓力容器的高度，筒壁可以認(rèn)為薄壁件，加工時候的振動易造成刀具的損傷，從而影響加工件的質(zhì)量;其二，容器內(nèi)徑為3505.2mm，壁厚25.4mm，筒體在吊裝過程中容易產(chǎn)生機械變形，另外，孔與底法蘭內(nèi)圓以及頂法蘭上表面更有位置度要求為0.38mm，公差相對嚴(yán)格，這一要求在加工上增添了難度。

考慮上述難點與各個工序，選擇數(shù)控落地鏜銑床TK6920B來加工。此設(shè)備工作臺尺寸滿足此容器加工的同時，還可以進行360°的旋轉(zhuǎn)，方便找正。此設(shè)備為三軸聯(lián)動，加工精度可滿足相應(yīng)要求。在此考慮進行了兩種加工方式的實驗。

一、柱式薄壁壓力容器的臥式加工

根據(jù)以往經(jīng)驗，類似零件一般采用“V”型鐵輔助臥式加工。這種加工方式方便程序編程加工，而且能提高加工的準(zhǔn)確性。

（一）前期準(zhǔn)備工作

壓力容器的壁厚為25.4mm，相對3m高的筒體可認(rèn)為薄壁件，吊裝過程中能引發(fā)筒體擠壓變形，造成筒體失去本身固有的形狀。另外，臥式放置本身的重力以及捆扎帶的壓力會造成筒體上下兩邊突的變形。

而在壓力容器內(nèi)部裝入撐圓器，可以有效地防止上述情況的產(chǎn)生。撐圓器結(jié)構(gòu)是由24個調(diào)整螺栓均布在環(huán)形梁上焊接而成，通過調(diào)節(jié)與筒體內(nèi)壁貼合的螺栓與筒體之間的間隙實現(xiàn)調(diào)整容器圓柱度。吊裝前在筒體內(nèi)部裝入撐圓器，撐圓器中間由支撐立柱鏈接。調(diào)整撐圓器上的螺栓，在保證筒體圓柱度在允許范圍內(nèi)的同時，又可以確保薄壁壓力容器內(nèi)徑與筒體在自由狀態(tài)下的內(nèi)徑差值在公差內(nèi)。

（二）找正與裝夾

（1）“V”型鐵的找正裝夾

準(zhǔn)備工作結(jié)束后，首先要進行的是找正“V”型鐵。兩“V”型鐵規(guī)格為2000mm×600mm×700mm×120°，均布在可回轉(zhuǎn)工作臺上，兩者間隔為1400mm。以“V”型鐵其中一邊為基準(zhǔn)，另一邊測得的數(shù)據(jù)最大差值僅為0.04mm，相對內(nèi)徑高度為3m多的壓力容器并不影響加工精度。而且，壓力容器的外端為毛坯面，放置到“V”型鐵后還需要進一步的找正。

（2）薄壁壓力容器的找正與裝夾

薄壁壓力容器放置在已經(jīng)找正的“V”型鐵上，以已經(jīng)加工完成的底法蘭面為基準(zhǔn)XY兩個方向上校表找正筒體，回轉(zhuǎn)工作臺使頂法蘭面朝向主軸，以XY兩個方向校表驗證頂法蘭面。驗證結(jié)果可知底法蘭面找正后在X軸方向上已找平，Y軸方向頂部比底部高0.348mm，略前傾;頂法蘭面X軸方向差0.02mm，Y軸方向相差0.365mm。這樣的差值在0.38mm之內(nèi)滿足找正條件，可以進行裝夾。

薄壁壓力容器在裝夾時用卡箍帶固定，尾部配彎板輔助支撐。完成后驗證底法蘭頂法蘭端面與主軸的垂直度，驗證結(jié)果可知，經(jīng)裝夾后底法蘭和頂法蘭在X方向上基本無變化，在Y方向上最大差0.3mm，說明在裝夾過程中沒有引起薄壁壓力容器“前傾”或者“后仰”的位置變化。

2、程序?qū)崿F(xiàn)

臥式加工方式最大的好處是能將圖紙給出孔的直角坐標(biāo)系直接寫入程序內(nèi)。但在實際的裝夾過程中，很難將0°～180°線、90°～270°線線與X軸線、Y軸線相平行，他們之間總會有一定的夾角。這樣在程序編寫上若仍按常規(guī)的編寫方式，則要將偏移后各個孔的坐標(biāo)重新進行計算，這樣將會帶來煩瑣的計算量，進而臥式加工方式的優(yōu)勢就不復(fù)存在。

為解決這一問題，方便程序編寫實現(xiàn)。引入旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系“ROT”命令。在實際加工中測得筒體的0°～180°線、90°～270°線構(gòu)成的直角坐標(biāo)系與機床坐標(biāo)系的夾角為20°，Z軸垂直于要加工面，因此旋轉(zhuǎn)時要以Z軸為中心，程序?qū)崿F(xiàn)上，只需在程序開頭處加入ROTZ20，其他的坐標(biāo)系按照原圖紙上的坐標(biāo)來進行編寫即可。

三、加工過程及測量結(jié)果

程序驗證結(jié)束后，進行法蘭孔的鉆削。在試加工過程中發(fā)現(xiàn)，鉆孔時筒體有振動，特別在加工頂部孔的時候，振動尤其嚴(yán)重。另外，鉆孔結(jié)束后，在XY方向分別取直徑上兩孔，分別測量兩孔之間的距離。測得數(shù)據(jù)：

X方向：11138.51-7642.615+10=3505.895;

Y方向：3620.129-129.823+10=3500.306;

兩個方向上的孔距相差5.59mm，超出了公差的范圍。

分析總結(jié)后，薄壁壓力容器裝夾時雖有“V”型鐵定位，但是壓緊裝置只有卡箍帶輔助一彎板，裝夾強度不能滿足加工需求，而且切削力的方向與夾緊力的方向不平行，加工極易發(fā)生振動。另外，薄壁壓力容器內(nèi)雖然裝有內(nèi)撐圓加以支撐，防止筒體變形。但是沒有考慮薄壁壓力容器本身自重，造成了筒體與孔距嚴(yán)重超差。因此，這種理論性的臥式加工方式在實際加工中不可取。

四、薄壁壓力容器立式加工

數(shù)控落地鏜銑床TK6920B工作臺可以在平面360°內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)角度為薄壁壓力容器立式加工提供了可能性。筒體直徑為3556mm，限于Z軸的長度，鉆孔不可能一次性將所有的孔都加工完。只能每次旋轉(zhuǎn)90°，分4次加工。

（一）前期準(zhǔn)備

鑒于薄壁壓力容器易變形的特點，在裝夾前仍需將3層內(nèi)支撐放置在筒體內(nèi)，調(diào)整撐圓器上的螺栓，保證筒體圓柱度以及中筒體內(nèi)徑差值在允許范圍之內(nèi)，并將撐圓器點焊在筒體上。

（二）找正裝夾

將準(zhǔn)備好的筒體放置在已經(jīng)清掃干凈的工作臺面上，底法蘭朝上，驗證底法蘭的平面度，可知平面度在0.15mmm之內(nèi)，滿足加工要求。然后以已經(jīng)加工的底法蘭外圓為基準(zhǔn)，找正屏蔽罩中心與回轉(zhuǎn)工作臺中心同心，找正結(jié)果顯示底法蘭圓度較好，未發(fā)生明顯的變形。裝夾過程中，在與工作臺貼合的頂法蘭處用均布的壓板固定，與底法蘭相近內(nèi)撐圓處選擇合適3～4個位置點進行壓緊。

（三）程序?qū)崿F(xiàn)

薄壁壓力容器裝夾完成后，開始程序的編寫。編寫過程中無法直接用圖紙給出孔的直角坐標(biāo)，必須進行計算轉(zhuǎn)換下。將直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成孔中心到筒體中心的距離以及孔中心筒體中心連線與0°～180°線的夾角。程序?qū)崿F(xiàn)時候調(diào)用鉆孔循環(huán)CYCLE80，結(jié)合極坐標(biāo)進行鉆孔加工。

（四）加工過程及測量結(jié)果

程序驗證結(jié)束后，進行鉆孔加工。在加工過程中，由于鉆頭垂直于工作臺面，鉆削力的方向平行于筒體側(cè)壁，且平行于壓板壓緊力的方向，故相對于立式加工方式振動要輕很多，得到孔的表面質(zhì)量也相對比較高。

加工結(jié)束后，利用激光跟蹤儀進行孔之間的位置以及孔的位置度的測量，測得的數(shù)據(jù)都在圖紙加工要求的范圍內(nèi)。

結(jié)語

在薄壁壓力容器加工過程中，先后進行了臥式和立式的兩種加工方法的試驗。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，臥式加工方式容易引起屏蔽罩的變形和振動，而立式加工方式加工比較平穩(wěn)，且能鉆削出高質(zhì)量的符合要求的法蘭孔。類似這種大型薄壁工件在加工時選擇立式加工方式能有效地避免振動和變形，進而能得到較高的加工質(zhì)量。

參考文獻：

[1]張延榮.淺談普通機床數(shù)控化改造技術(shù)[J].民營科技，2017（6）：14.

作者簡介：

宋陽，薛鋼，沈陽東方鈦業(yè)股份有限公司。