核电主管道圆弧内孔加工装置的研究

李富强

摘要：核电主管道圆弧内孔加工装置是一台用来加工核电主管道圆弧内孔的设备，核电主管道是连接反应堆压力容器、主泵和蒸汽发生器的大型厚壁承压管，被称为核电站“主动脉”，所以主管道的质量尤为重要，工件不仅加工上难度很大，在对工件的装夹上也存在很大的困难。由于主管道为锻造件，其强度高，管长孔深，弯曲的角度的大，弯曲段弧面长，弯曲的内孔形状尺寸、形位精度要求高，在加工时对工件装卡也有很高的要求，为了能够镗削加工出符合要求的主管道，通过对主管道材料性能的分析，研发出本装置，其主要结构包括镗刀机构，移动支撑机构，固定支撑机构，导轨，基座，工件托架，工件托架上固定有工件，其中导轨的构型与工件形状一致，导轨的一端安装在基座上，另一端设置有固定支撑机构，镗刀机构和移动支撑机构可在导轨上滑移，采用上述方案后，可实现工件一次装卡，就能够完成对管道内壁的精加工，提高加工精度的同时大大提高加工效率，整体技术水平达到当代国内先进水平。

关键词：圆弧内孔;镗刀机构;移动支撑;固定支撑;基座;导轨

论文内容：

1.技术背景

核电主管道的整体成形制造，到目前为止，国外也没有现成的制造技术，与我国处于同期研制阶段，美国公司对主管道研制的情况对外进行封锁。国内生产加工主管道的公司所采取的工藝路线细节虽不同，但总体的工艺路线大致相同，加工方法多以传统加工方法为主，需要多台机床组合进行镗削和抛磨加工，该方法最大问题是设计基准与工艺基准不重合，道具轨迹与设计轨迹不一致，靠模拟与接近的方式来降低标准，最后靠人工打磨来修正误差，成本高、耗时长，而且加工出来的成品精度也不高，工件不仅加工上难度很大，在对工件的装夹上也存在很大的困难，为了能够镗削加工出符合要求的主管道，研发出本装置。

2、技术实施方案

2.1主结构

主结构包括镗刀机构1，移动支撑机构2，固定支撑机构3，导轨6，基座7，工件托架8;工件托架8上固定有工件，所述导轨6的构型与工件内孔形状一致，导轨6的一端安装在基座7上，另一端安装在固定支撑机构3，镗刀机构1和移动支撑机构2通过驱动机构可在导轨6上移动。

2.2镗刀机构

镗刀机构1包括外刀座11，内刀座12，紧固装置4，滚轮装置A121，齿轮A122。外刀座11为环形结构，套设在内刀座12外，外刀座11上设置有两个伺服电机，外刀座11与伺服电机之间通过内齿轮和外齿轮联动连接，内齿轮固定在外刀座11内侧，外齿轮设置在伺服电机的输出轴上，当伺服电机运作时，能够带动外刀座11内刀座12转动，外刀座11和内刀座12之间还设有轴承13，当外刀座11转动时，不会影响内刀座12。

外刀座11外侧开设有若干柱孔，柱孔中安装有紧固装置4，所述紧固装置4包括一个锥形块，一个锥形座，锥形块的顶端小于其底端，两个锥形块以顶端为中心通过螺栓对称连接所述锥形座位中心向两端倾斜结构，锥形座的中心凸起与连接后的两个锥形块形成凹陷相匹配。

当镗刀14放入柱孔后，拧紧螺栓，通过将两个锥形块相向靠拢，压迫锥形座横向运动，挤压镗刀14，从而将镗刀固定在柱孔中，此种结构可以单独更换各个镗刀，且简单方便，更可精确调整镗刀的切削速度。

滚轮装置A121和齿轮A122设置在内刀座12中，内刀座12中心可开设有可容导轨6穿过的矩形通道，齿轮A122设置在矩形通道上，与导轨6一侧的齿条啮合，齿轮A122通过蜗轮蜗杆与伺服电机联动连接，当伺服电机转动时，带动齿轮A122在导轨6上行进。

所述滚轮装置A121在对应齿轮A122的另一侧的矩形通道上，滚轮装置A121上还置有蝶形弹簧5，蝶形弹簧5能将滚轮装置A121压在导轨6上，当齿轮A122由伺服电机驱动沿着导轨6运动时，滚轮装置A121作为从动轮一起转动。

2.3移动支撑机构

移动支撑机构包2括支撑架A21，支撑块A22，油腔室23，滚轮装置B25，齿轮B26，支撑架A21为Y型结构，所述支撑块A22设置在支撑架A21的三个端部，与工件内壁接触。

支撑块A22下为油腔室23，油腔室23与液压油缸连通，油腔室23作用等同于活塞杆，可随着液压油的进入向外推进。

油腔室23外还设置有复位弹簧24，当油腔室23无油时，复位弹簧24回复变形，通过对油腔室23施力从而使得固定在油腔室23上的支撑块松动。

支撑架A21中心开设有可容导轨6穿过的矩形通道，设置在矩形通道上的齿轮B26与导轨6一侧上的齿轮啮合，齿轮B26通过蜗轮蜗杆与伺服电机联动连接，当伺服电机转动时，带动齿轮在导轨6上行进，滚轮装置B25设置在导轨6对应齿轮B26的另一侧的矩形通道上，滚轮装置B25上还设置有蝶形弹簧5，用于将滚轮装置B25压紧在导轨6上。

工作时，通过伺服电机驱动齿轮B25在导轨6齿条上运动，配合滚轮装置B25，移动支撑机构2可根据镗刀机构1在导轨6上的滑动距离进行跟进，通过液压油腔将支撑块A22紧固在工件管道内壁上，从而对导轨6起到支撑作用。

2.4固定支撑机构

固定支撑机构3包括支撑架B31，支撑架B31呈十字型结构，十字型的端部设置有支撑块B32，支撑块B32下皆设置有紧固装置4，支撑架B31的中心设有可容导轨6穿过的矩形通道，矩形通道的四壁上也设置有紧固装置4，紧固装置4的结构与前述紧固装置4的结构一致，通过拧紧螺栓或将支撑块B32抵住工件内壁，或使得支撑架B31夹紧导轨6，其中支撑架B31下还设置有一对滚轮44，滚轮44可沿管道内壁滚动。

固定支撑机构3上还设置有行程开关33，当移动支撑机构2运行过来时，触碰到行程开关即会出发行程开关33，防止镗刀机构1运行过量。

将镗刀机构1、移动支撑机构2、固定支撑机构3设置在导轨6上后，通过工件托架8将工件旋转托至导轨6处，由于固定支撑机构3设置在导轨6的端部，在工件的端口可通过手动调节的方式拧紧紧固装置4，将固定支撑机构3固定在工件内。

2.5系统配置

整套系统配置西门子802DSL数控系统，通过编程实现对各坐标轴的控制，一次加工循环可通过编程自动完成，主要用于对核电主管道圆弧弯曲内孔的精加工。

3、结构特点

上述结构移动方式采用滚滑复合形式，其中导轨上下采用滑动方式，以提高镗削的稳定性，两侧采用滚轮形式，可同时满足镗刀机构和移动机构在直线及圆弧导轨上的移动，通过蝶形弹簧预紧装置对滚轮装置施加一定的预紧力，因此显著提高滚轮装置与导轨接触刚度，蝶形弹簧具有缓冲及吸震作用，进一步提高了整套系统加工的平稳性，移动支撑机构和固定支撑机构可防止由于导轨自身重量而引起变形，进一步提高整套系统的稳定性。

参考文献：

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（齐重数控装备股份有限公司工艺部）