[发明专利]一种弯管内表面的铣削加工设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于大型重载零件加工领域，涉及到一种弯管内表面的铣削加工设备及方法。

背景技术

弯管零件在工程领域中起着十分关键的作用，一些弯管零件需要对其进行机械冷加工来保证质量。核电站中的冷却剂主管道是连接反应堆压力容器和蒸汽发生器的大型厚壁管道，是核电站的核1级关键部件之一。目前我国引进的第三代AP1000核电技术采用的是整锻式制造，主管道本身没有焊缝，减小了在役检查工作量，提高了服役寿命。第三代主管道的加工工艺路线为锻造-机加工-弯制-精加工。弯制工艺过程导致的主管道内外表面的缺陷不可避免，因此必须对内表面进行精加工。第三代主管道整锻式一体化成形方式一方面将服役寿命由40年提高到60年的同时，另一方面也极大增加了最终精加工的难度。

第三代整锻式主管道由两端的两段直线段和中间的一段弧线段相切连接而成。弯制工艺使内表面由原本规律的圆柱面变成了特殊的复杂曲面，构成了一种细长异形封闭腔结构。主管道弧线段的曲面是两个垂直方向的弯曲构成的复杂曲面，曲率变化大，从而导致加工时与零件表面接触的刀具部位不断变化，切削状态不断变化，产生的冲击载荷大而且变化剧烈，加工纹路疏密不均，导致加工质量不一致。同时内表面加工时用来容纳刀具的空间区域严重受限，刀具只能从管道口部伸出，可运动空间小，极大程度上限制了刀具的运动姿态，刀具和零件极易产生干涉，导致无法完成对整个弯管内表面的加工。因此如何在可利用的空间内避免刀具和零件的干涉，同时减小切削加工中的冲击载荷，最终保证加工后的表面质量是主管道内表面加工面临的问题。

针对弯曲后的管道的后续机械加工，目前没有成熟的技术方法和设备。特别是整锻式主管道经弯制后的内表面加工，国内仅有发明专利申请号为200910210449.X，烟台台海玛努尔核电设备有限公司的“AP1000核电技术一回路主管道弯管内孔精加工设备”的专利采用可摆动的动力镗削头，来完成弯管内表面的加工。该方法需要专门设计镗削动力头，用算法控制动力头跟随弯管弯曲进行相应摆动，机构采用蜗轮蜗杆传动，效率低，而且由于磨损大而导致精度不高。在我国大力发展核电产业的背景下，通过采用先进的技术方法和设备，形成系统、高效的弯管内表面的加工技术，为实现我国第三代核电设备的国产化提供技术支持，具有十分重大的意义和价值。

发明内容

本发明提供了一种弯管内表面的铣削加工设备，克服了现有技术的缺陷，特别是机械加工弯管零件内表面十分困难的技术难题。本发明采用导轨引导配合齿轮传动的方式，传动平稳、可靠，效率高，精度高，克服现有可摆动的动力镗削设备的传动效率低、精度低的缺陷，实现了弯管弧线段内表面的机械加工。

本发明采用的技术方案如下：

一种弯管内表面的铣削加工设备，包括设备床身、立柱、支撑杆、夹紧装置、回转铣削装置、工作台和导轨；设备床身上安装有导轨，导轨上安装有可沿设备床身的X轴方向移动的工作台，工作台上安装有固定加工弯管零件的夹紧装置；设备床身上固定安装有立柱，立柱固定连接有支撑杆，支撑杆的前端固定连接有由圆弧导轨副组成的回转铣削装置。

所述的回转铣削装置包括第一齿轮、第一伺服电机、圆弧滑块、第二伺服电机、第二齿轮、电主轴、带齿圈的轴承、带齿圆弧导轨和可调的支撑架；带齿圆弧导轨固定连接在支撑杆端部，其两端安装有可调的支撑架；带齿圆弧导轨上还安装有沿导轨滑动的圆弧滑块，圆弧滑块上固定安装有第一伺服电机，第一伺服电机连接有与带齿圆弧导轨啮合的第一齿轮；圆弧滑块上还固定安装有带齿圈的轴承，带齿圈的轴承上固定有切削电主轴；圆弧滑块上还固定安装有第二伺服电机，第二伺服电机连接有与带齿圈的轴承啮合的第二齿轮。

本发明采用一根或两根以上的圆弧导轨配合使用，使用两根以上圆弧导轨时，安装方式有两种：一种采用水平并排铺设，防倾覆效果更好；一种采用对称配对铺设，回转切削的稳定性更高。

本发明具有的明显效果有：

(1)通过由带齿圆弧导轨引导的圆弧滑块的圆弧运动和基于圆弧滑块的回转运动形成的复合运动，即刀轴朝向弯管圆周径向做沿弯管纵向母线方向的螺旋进给运动，带动电主轴和刀具，实现了弯管弧线段内表面的加工。

(2)去除量变化平缓，切削状态较为一致，有效降低了切削冲击载荷，表面质量一致性较好，能够达到Ra3.2及以上的粗糙度要求。

(3)圆弧滑块沿圆弧导轨的滑动和切削电主轴的回转运动，均由带制动的伺服电机来控制，实现了精确的速度控制和位置控制。

(4)本设备机构设计较简单，传动链短，控制方式简单直接，加工方法适用于各类弯管类零件的弧线段内表面的加工。

附图说明