大型筒体类件数控开孔技术.pdf
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1、大型筒体类件数控开孔技术蒋荣明1,薛磊,支晨,杨学兵(1.无锡华光环保能源集团股份有限公司,江苏无锡2 1 40 2 8;2.北京汇中拓普机器人科技有限公司,北京,1 0 1 5 0 0)摘要:锅炉锅筒、压力容器本体为大型筒体类件,根据结构特点,在筒体上会布置大量的开孔(尤其是锅炉锅筒),现有的制造工艺技术,对直径较小的孔(如不超过1 5 0 mm)采用先排孔再逐级钻孔,对大直径开孔采用半自动开孔再打磨或机加工,但采用半自动开孔不能解决筒体椭圆误差而产生的开孔偏差。采用数控开孔技术,可以无需排纵向孔线,修整椭圆误差引起的偏差,提高切割质量,减少产生的差错。关键词:椭圆修整;环向位置修整;坡口钝
2、边位置基准;切割引入引出;环向角度1.前言锅炉锅筒、压力容器本体为大型筒体类件,由于结构特点,布置大量的开孔,对开孔的位置、开孔的形状、表面质量要求很高,直接影响接管的焊接质量和生产效率,甚至影响工序。现有制造工艺技术,对直径较小的孔(如不超过150mm)采用先排孔再逐级钻孔,对大直径开孔采用半自动开孔再打磨或机加工。气割开孔多采用半自动或手工气割,生产效率低、质量不易保证,且采用半自动开孔不能解决筒体椭圆误差而产生的开孔偏差。采用数控开孔技术,可以无需排纵向孔线,修整椭圆误差引起的偏差,提高切割质量,减少产生的差错。但对于大型筒体类件无法采用卡盘固定实现环向数控控制,也不能确保工件中心线与设
3、备中心线平行,再者,大型筒体类件为钢板卷制再接长的工艺,易产生较大的椭圆误差,对精准开孔产生影响。本文对这些关键问题提出合适的解决方案,并且已成功应用在工程实践上。2.大型筒体类件数控开孔2.1总体方案大型筒体类件的结构特点:总体几何尺寸(如直径、长度)大,重量大,刚性差,制造误差大(如截面椭圆度大、长度方向直线度差),开孔数量多,开孔形式复杂,开孔形状、位置尺寸和开孔的表面质量要求高。依据产品结构特点和目前数控设备的状况及设备的技术经济性比较,我公司与多家供应商沟通,确定了大型筒体类件数控开孔的总体方案:工件手工划出环向开孔基准线,纵向开孔位置和开孔直径在线上设置编程,筒体置于普通滚轮架上,
4、用“十”字激光光标定位调整开孔位置,由于工件纵向中心线与设备中心不平行,通过设备手工扫描两端位置,自动调整中间开孔位置,对于筒体椭圆度对尺寸产生的偏差,可通过圆周扫描与理论尺寸比较,修整“Z”向的位移,确保斜孔的精度。2.2设备要求根据确定的总体方案,设备的整体布局见图1,设备由筒体支撑回转滚轮架、设备行走导轨、行走设备操作机、切割设备主机、火焰切割系统、测量反馈系统、控制系统等组成。主要的工艺技术参数见表1(可依据不同的产品要求作修整)。由于产品的特点,筒体环向的分度无法采用普通卡盘夹紧的数控分度机构,而采用普通支撑回转滚轮架,环向的精确分度用人工操作控制,具体的操作工艺要求见表1。-14-
5、横梁割嘴简体立柱滚轮架图1 设备整体布局图表1工艺技术参数表序号项目1最大长度2工件外直径范围mm150033003开孔直径4厚度范围5筒体材质6马鞍量7适用坡口形式8坡口角度范围9偏心开孔范围10最高预热温度11滚轮架最大承重t120单位m20mm100 1000mm20160碳钢、低合金钢、1 3MnNiMoRmm300V、X、Y、K 形。060mm满足偏心距 0.7 R(R 为筒体半径)180规格参数-15-备注纵向移动距离数控轴数控轴、回转数控轴数控轴变角度、数控轴设备行走系统:为提高切割质量和提高工艺效率,工件的环向转动由滚轮架手动控制,纵向的移动和割枪的运动均由设备在工艺参数设置后
6、数控自动控制,纵向的移动量可按照工件中心线与设备中心线的不平行度进行自动修正。设备的操作工艺:筒体预先划出纵向、环向基准线、每排首个孔的中心线,设备可自动完成纵向整排孔的切割;切割时,筒体置于回转滚轮架上,开孔中心置于最高位置(正交切割,最高位置的确定见文后说明),设备移至适当位置,采用点激光定位。控制系统的要求如下:(1)输入可采用CAD格式文件和参数化设置,并可保存和调用,操控系统便捷,操作方便。(2)控制系统的安全性要求:数据存储的安全性,控制设备自身的安全性,设备等不会碰工件、地面和设备自身等。(3)自动调整割嘴与工件间隙的功能。由于工件椭圆度影响,会产生割嘴与工件间隙变化,为不影响切
7、割质量和尺寸精度(如不调整,切割后内壁俯视投圆影的直径将会发生改变,见图2),需对切割处进行实时跟踪(用点激光沿切割线快速扫描),并在垂直方向进行自动调整(见图2)。调整后的位置高度调整量实际直径(内壁)理论圆弧线理论直径(内壁)实际圆弧线图2 外壁椭圆割嘴需调整的高度(4)自动调整切割速度功能:在高位向低位和低位向高位(特别在切割管孔直径与本体直径比值较大时)过渡时会产生“加速”,设备应能自动调整,满足切割要求。(5)开孔作业时始割和终割设置要求:在锅炉压力容器上,大接管斜开孔表面不允许产生沟槽,因此需在始割时从废料区开始圆滑过渡至切割边,再在终割时从切割边圆滑过渡至废料区,见图3。-16-
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