一种异形接管的数控加工方法

许 凯 陈小波 谢如平 陈 刚

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

某异形接管是我公司某石化设备容器产品的关键零件之一，该零件上部为小法兰，下部为异形接管部分。下部的异形接管将与球形封头进行组焊，其内、外表面均为球面，外球面与接管相接部分为变径倒角，异形接管的中间有贯通的通孔。该异形接管制造方案：自由锻锻造→粗加工→UT检测→调质热处理→性能检验→UT检测→数控精加工符图。异形接管精加工模型和毛坯模型如图1所示。

1 加工难点

对比异形接管的精加工三维模型和毛坯三维模型，可以清楚地看出工件下部的异形接管部分加工余量非常大，而工件可用的夹持部分(上部法兰部分)非常小，造成工件精铣底部异形接管时，工件的夹持刚性差，装卡困难。

根据我公司现有设备的生产安排情况，计划采用三轴数控龙门铣铣削异形接管部分。数控铣削该工件下部异形接管外形时，需分上、下两面分别铣削，还需采用直角铣头铣削接管下部内凹球面，总共需要进行3个方位铣削。因工件与封头组焊部分为斜锥面，采用常规的V型铁支撑时，难以保证大余量、长时间加工过程的装卡稳定性。故加工难度主要在于第二面和第三次铣内球面时的装卡，如何保证切削过程中有足够的夹持强度是急需解决的难题。

2 解决方案

数控精铣异形接管的关键在于如何规划和分解外形数控精加工步骤，针对每一个加工步骤，制定相应的装卡方案。针对三轴数控龙门铣铣削此异形接管，工件精加工步骤可以按如下方案进行分解：首先，工件先卧置压紧，铣削第一面。然后工件翻面，铣削第二面，铣削时留出部分厚度暂不铣削，作为第三步铣削接管内球面时的装卡用筋板。之后采用直角铣头铣削异形接管下部的内球面。具体实施步骤如下：

(1)在第一面加工时，采用V型铁支撑工件上部法兰和下部回转的毛坯面，法兰端施加压块压紧，尾部中心孔采用圆钢进行压紧，即可完成异形接管第一面精加工的装卡固定，如图2所示。

图3 设置中间筋板装卡的工件
Figure 3 Workpiece clamped with the middle rib plate

图4 异形接管底部内球面精加工图
Figure 4 Finishing of inner spherical surface at the bottom of special-shaped connecting pipe

图5 精加工完成的异形接管实物
Figure 5 Finished special-shaped connecting pipe

(2)第一面加工完成后，工件旋转180°翻面，执行第二面加工。此时，用垫铁支撑已经完成一半铣削的底面，同时压紧法兰端和尾部中心孔，完成工件装卡和压紧，进行工件翻面后的第二面加工。铣削时，在异形接管接近内孔中心位置，留出部分厚度暂不铣削，作为第三次装卡铣削接管内球面时的装卡用筋板。

(3)第三次装卡时，在上序预留的筋板下设置垫铁支撑，然后采用千斤顶压紧工件预留的加强筋板，从而完成工件的装卡压紧，然后采用直角铣头铣削底部接管的内球面，装卡如图3所示。

(4)按第一次装卡方位，用V形铁支撑上部法兰和下部接管，压紧法兰，同时用圆钢压紧尾部内孔，完成最后清铣筋板序的装卡。根据相应数控程序，铣除中间装卡用筋板。

通过以上几个加工步骤分解，巧妙设置中间装卡用筋板，通过分步加工，完成异形接管外形的数控精铣。

3 编程和加工试验

根据上述分步加工方案，共需4次装卡进行异形接管外形数控精加工。采用NX10软件进行三维建模和数控编程。首先根据异形接管的精加工图纸，建立出工件精加工三维模型、毛坯模型。根据每一步的装卡情况，建立出每一步的压块模型。数控编程时，每一个装卡位都分粗加工和精加工两步。粗加工选用型腔铣策略，选用125R2粗加工刀具，设置每层切深1 mm，走刀速度3000 mmmin，转速1000 rmin，编制毛坯粗铣程序；精加工选用等高精铣策略，选用125R8精加工刀具，设置每层切深0.8 mm，走刀速度2000 mmmin，转速1000 rmin，编制数控精铣程序；按此方法，编制出4个装卡方位的数控程序。异形接管底部内球面精加工图见图4。

采用三轴数控龙门铣，开展加工试验。在每一步加工中，都统一选择法兰端端面和内孔中心进行找正和对刀，即选择同一基准进行找正和加工，以尽量避免多次装卡找正造成的累计误差。经试验，按照以上方案和数控程序，顺利完成了异形接管的外形加工，经过尺寸检验，完全满足图纸要求。精加工完成的异形接管实物见图5。

4 结语

本文分析了异形接管的结构特点和加工难点，有针对性地对数控精加工步骤进行分解，创新性的设置中间装卡用筋板，解决了工件精铣外形时的装卡难题，并顺利完成异形接管外形的数控精加工。实践证明，本文提出的工艺解决方案和数控编程方案，可以有效地解决异形接管加工时的装卡难题，同时此方法也可以在其余类似的异形接管数控加工中推广应用，解决异形零件精加工难题。