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数控机床/铣床 |
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高中压外缸的柔性制造开发 |
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作者：上海汽轮机有限公司 朱正智 陈富新 |
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摘 要：介绍通过专用工装的设计制造和数控程序的开发，利用INGERSOLL数控镗铣床加工高中压外缸和阀门部件，拓展该机床的加工范围和能力，增强公司汽缸加工工艺的柔性，实现关键数控设备的资源优化，为生产计划管理提供了便利。
关键词：高中压外缸；数控镗铣床；工具接口设计；数控程序编制
0 引言
随着电站市场的回暖，STC目前承接的订单累计达4000万千瓦，企业2003年要超过700万千瓦的当量，2004年要形成1000万千瓦以上的年生产能力。如何抓住市场机遇，满足客户需求，充分利用现有资源，优化资源配置，快速提高企业的制造能力和水平已经成为企业实现下一阶段跨越式发展的重要因素。
STC拥有的唯一一台德国进口的高精度数控龙门铣一直以来主要承担着大功率机组高中压外缸的加工任务。随着企业定货合同量的增加，以及大功率机组的比例提高，需要加工的高中压外缸数量大幅增长，数控龙门铣2001完成16台汽缸加工，2002年完成33台，2003计划要完成的汽缸达50余台，数控龙门铣加工高中压外缸已成为生产的“瓶颈口”。而在STC购置的另一台INGERSOLL数控镗铣床中，受设备加工工艺范围的限制，最初主要用于分担INNSE数控镗铣床的加工任务，承担低压外缸的加工，其生产任务一直不是很饱满，只开两班生产。为了疏通瓶颈口，我们选择了通过工艺技术攻关，在INGERSOLL数控镗铣床上开发高中压外缸的加工能力，分担数控龙门铣的生产“瓶颈口”，增加制造工艺的“柔性”，使得现有资源得到充分发挥。
1 机床现状及存在问题
INGERSOLL数控镗铣床最初购置时只有两只直铣头和两只角尺铣头附件，其中一只角尺铣头专用于实现大直径球面加工。机床主要承担低压外缸的加工。近来又添置了五轴联动万向铣头和花盘铣头，机床功能大大增加，通过工艺攻关，针对各种铣头研发新的加工方法和数控加工程序，使其能够加工高中压外缸。
通过对设备现状的调查分析，要在INGERSOLL数控镗铣床上加工高中压外缸，需要解决两大问题：
(1)机床辅助配套工装不充分。
(2)原有加工程序要进行参数化整顿，对新增附件要研发新的加工程序，充分开发其功能。
2 工艺方案及实施
2.1 拉钉和转换排接口尺寸的确定
基于配件销售的缘故，世界上各家大的数控机床制造商，如INGERSOLL、INNSE、WALDR ISHCOBURG、CSCEM等均采用各自的主轴和附件轴接口标准，使得我公司各个数控机床刀具不能直接实现互换使用。INGERSOLL数控镗铣床接口采用的是短刀柄加拉钉结构。根据INGERSOLL公司提供的接口尺寸我们设计了专用的拉钉结构，并向上海某刀具厂进行订购。
由于INGERSOLL数控镗铣床除6∶1花盘订购了专用花盘附件外，其它各个附件轴采用不同的短刀柄形式，其中4∶1直铣头、2∶1直铣头和3∶1角尺铣头采用DIN60标准，1∶1角尺铣头采用DIN2079标准(为加工球面专用)，3∶1万向铣头采用DIN69871标准。我们先后设计制造了DIN60/莫式3号、DIN60/莫式4号、DIN60/莫式5号、DIN60/莫式6号、DIN60/ISO50、DIN69871/莫式3号、DIN69871/莫式4号、DIN69871/莫式5号、DIN69871/莫式6号、DIN69871/DIN60、DIN69871/ISO50等规格的转换排，实现各种刀具的装夹，提高了不同类型的关键数控机床之间的工艺互换性。
2.2 参数化子程序的编制
为减少编程工作量和确保加工正确，我们采用参数化编程的思想，编制了5种专用的子程序。参数化编程就是借助参数在程序内赋值来实现同类型加工方式的加工，从而简化程序，方便操作。我们先后编写了加工均布于任一节径上一圈孔子程序O302、倒刮子程序O9015、倒镗子程序O9016、三轴联动铣螺纹子程序O666、三轴联动铣内孔子程序O667。
2.3 新增附件万向铣头五轴加工数学模型分析及程序的编制
图3 万向铣头五轴加工模型分析
从图3可以看出通过万向铣头的B、C轴座标系叠加旋转功能，可以实现X、Y、Z、B、C五轴加工，从而大大方便了空间斜法兰平面和斜孔的加工，解决了亚临界600MＷ汽轮机中压外缸空间斜法兰平面和斜孔在加工时反复装夹汽缸的难题。
以下是研发的万向铣头五轴数控加工程序实例：
N5 M92 T90000004
N10 G0 G54 B123.75 C39.745 S60 F5 M86
N15 G19
N20 G68 X0 Y0 Z0 I0 J1 K0 R-5
N25 G0 X400 Y0 Z0
N30 G81 R127 X119.2 Q50
N35 G0 X600
N40 G69
N45 M5
2.4 新增附件花盘数控加工程序的编制
花盘主要用于高中压外缸进汽口和抽汽口、阀门等内孔加工及焊接坡口外部型线的加工。通过AutoCAD或者UG软件划出内孔和焊接坡口外部型线，然后生成坐标数据文件。通过G指令G91来实现相对坐标系，将数据文件引入相对坐标系就能实现型线加工。
图4 花盘加工示意图
以下是研发的花盘数控加工程序的实例：
00500
N5 M92 T90000010
N10 G0 G54 G94 G98 G90 M86 C0 S60 F40 Z100
N15 X0 Y0 Z5 M3
N20 G18 U-4
N25 G1 Z0
N30 G91 G3 U3 Z-3 R3
N35 G1 U1 Z-10
N40 G1 Z-167
N45 Z-26 U1.4
N50 G0 G90 Z100
N55 M5
3 实际效果
通过设计开发、制造INGERSOLL数控镗铣床上专用的拉钉、转换排等工装，利用该机床万向铣头的B、C轴座标系叠加旋转功能，实现五轴联动，并结合AutoCAD和UG的CAM功能进行数控程序开发，顺利实现了利用INGERSOLL数控镗铣床加工高中压外缸和阀门。INGERSOLL数控镗铣床2002年累计完成工时在2001年的基础上增长了34.94%，2003年1～6月份完成工时同比去年增长20.23%，实现满负荷生产，大大缓解了数控龙门铣加工“瓶颈口”；同时，使得公司各关键设备得到充分利用，提高了工艺的柔性，方便生产计划管理，降低产品的制造成本。(end)
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(12/18/2004) |
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