CN101456080A - 一种用于精加工球形坯料的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及球形坯料加工技术领域，特别涉及一种用于高温气冷堆燃料元件球坯或石墨球坯的机械加工的方法和装置。主轴夹持球坯沿轴心线旋转，刀具进刀到位后以球坯球心为圆心、在主轴的所在平面内作90°弧线形运动，完成半球加工，经过2次半球加工就完成整个球坯的精加工。采用所述的装置系统能保证整个球坯的均匀切削，从而确保了燃料元件的无燃料区不至于因为机加工而产生偏心的情况；另外，采用所述方法和装置进行加工时，可根据进刀速度来保证表面光洁度；整个操作过程易于实现自动化控制，特别是采用具有上述特征的双轴机构时，两个半球的加工可以连贯完成，与现有机床相比，工件精度和工作效率都大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及球形坯料加工技术领域，特别涉及一种用于高温气冷堆燃料元件球坯或石墨球坯的机械加工的方法和装置。
背景技术
现有的普通车床上加工球体，一般使用双手控制刀架的横向和纵向溜板的运动，或者使溜板的纵向运动为机动，横向运动是用手摇手轮控制以使车刀按预期轨迹运行，待车刀外球体基本成型后，再用成型刀外外球面上靠来得到要车削的形状，这样车出的球很不规范，精度较低，另外加工效率低，废品率高。
高温气冷堆球形燃料元件和石墨球用于球床式高温气冷堆堆芯中，能在不停堆的情况下实现燃料元件的循环使用和装卸。目前设计的球形燃料元件直径为60mm，其结构为：数千颗经过包覆的燃料颗粒弥散在其内部，外层为5mm左右的无燃料区。球坯采用准等静压方法压制好之后进行机械加工，为使燃料颗粒都分布在无燃料区内，需要保证在球坯的各个方向上车削厚度尽量一致。石墨球的结构则为直径60mm石墨球体，也是可以采用准等静压方法压制成石墨球坯后进行车削。若用现有手工车床操作，精度和效率上都很难达到要求。德国NUKEM公司有能力生产球形燃料元件，但其球形精加工的方法和设备尚未见报导。
发明内容
本发明的目的是为了解决燃料元件球坯和石墨球坯机械加工的难题，保证所得到的燃料元件球满足尺寸、球形度、表面光洁度、无燃料区厚度的要求；石墨球能满足尺寸、球形度、表面光洁度的要求。提供了一种精加工球形坯料的方法，其特征在于，包括以下加工步骤：
a.将球坯3夹持在一端带夹持工具2的主轴1上；
b.主轴刀具4沿主轴1的轴心线朝球坯3方向进刀，当进刀到位后，主轴刀具4以球坯3球心为圆心、在主轴的所在平面内做90°弧线形运动，刀具进给结束时球坯3的一个半球加工完成；
c.退刀并取下球坯3后按上述步骤a和b的方法加工另一个半球，完成整个球坯3的加工；或由副主轴7连接的副主轴夹持工具6夹持球坯3，由副主轴刀具5完成另一个半球的加工。
本发明还提供了一种用于精加工球形坯料的装置，其特征在于，主轴1的一端安装夹持工具2，主轴刀具4在主轴1中心线方向做横向进给运动或在主轴1平面内做90°弧线形运动；主轴的另一端通过动配合接头11和真空管路依次与电磁阀9、真空泵8相连。
所述夹持工具2为真空吸盘。
所述主轴1为中空结构，作为对采用真空吸盘的夹持工具2抽真空时的空气管路。
所述真空吸盘2的内表面为喇叭状。
所述装置结构还为：结构与主轴1相同的副主轴7与主轴1在同一轴线上，副主轴7靠近球坯3的一端设置有副主轴夹持工具6，副主轴刀具5沿副主轴7中心线方向做横向进给运动或在副主轴7所在平面内做90°弧线形运动；主轴1和副主轴7均通过真空管路与电磁换向阀10相连，并与真空泵8串联。
所述主轴1在其轴线方向固定，仅绕其轴线转动；副主轴7在其轴线方向做水平运动，并绕其轴线转动。
所述副主轴夹持工具6为真空吸盘。
本发明的有益效果为：采用所述的装置系统能保证整个球坯的均匀切削，从而确保了燃料元件的无燃料区不至于因为机加工而产生偏心的情况；另外，采用所述方法和装置进行加工时，可根据进刀速度来保证表面光洁度；整个操作过程易于实现自动化控制，特别是采用具有上述特征的双轴机构时，两个半球的加工可以连贯完成，与现有机床相比，工件精度和工作效率都大大提高。
附图说明
图1为本发明所述装置单主轴形式的结构示意图；
图2为本发明所述装置双主轴形式的结构示意图；
图3为本发明所述装置中主轴1结构示意图。
图中标号：
1-主轴；2-夹持工具；3-球坯；4-主轴刀具；5-副主轴刀具；
6-副主轴夹持工具；7-副主轴；8-真空泵；9-电磁阀；10-电磁换向阀；
11-动配合接头。
具体实施方式
本发明提供了一种用于精加工球形坯料的方法及装置，下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1：
图1为本发明所述装置单主轴形式的结构示意图。中空的主轴1的一端安装内表面为喇叭状的真空吸盘式夹持工具2，主轴刀具4在主轴1中心线方向做横向进给运动或在主轴1平面内做90°弧线形运动；主轴的另一端通过动配合接头11和真空管路依次与电磁阀9、真空泵8相连。
对球坯进行加工时，首先启动真空泵8，电磁阀9开启将真空管路导通，接着把球坯3放置于夹持工具2上；球坯3固定后主轴1开始绕轴心线旋转，同时刀架带动主轴刀具4沿轴线朝球坯3进刀；进给到位后，刀具4以球坯3球心为圆心、以成品球的所需半径为半径、在主轴1的轴心线所在平面内作弧线形运动90°，这样就完成半个球的车削；最后刀架带动刀具4退刀，主轴1停止转动后，电磁阀9切断真空管路，取下球坯重复上述的操作完成另一半球的加工。
实施例2：
图2为本发明所述装置双主轴形式的结构示意图。中空的主轴1的一端安装内表面为喇叭状的真空吸盘式夹持工具2，主轴刀具4在主轴1中心线方向做横向进给运动或在主轴1平面内做90°弧线形运动；主轴1在其轴线方向固定，仅绕其轴线转动。
结构与主轴1相同的副主轴7与主轴1在同一轴线上，副主轴7靠近球坯3的一端设置有真空吸盘式副主轴夹持工具6，副主轴刀具5沿副主轴7中心线方向做横向进给运动或在副主轴7所在平面内做90°弧线形运动；主轴1和副主轴7均通过真空管路与电磁换向阀10相连，并与真空泵8串联；副主轴7在其轴线方向做水平运动，并绕其轴线转动，以吸取球坯3；电磁换向阀10可以在主轴1和副主轴7相连的管路之间切换。
对球坯进行加工时，首先启动真空泵8，电磁换向阀10与主轴1的真空管路导通，接着将球坯3放置于夹持工具2上；球坯3固定后主轴1开始沿轴心线旋转，同时主轴刀具4沿主轴1轴心线朝球坯3进刀；进给到位后，主轴刀具4以球坯3球心为圆心、以成品球的所需半径为半径、在主轴1所在平面内作弧线形运动90°，此时完成了一个半球的车削。主轴刀具4的进给结束后退刀返回，同时主轴1停止转动，副主轴7沿轴线朝球坯3方向移动；当副主轴夹持工具6与球坯3接触后，电磁换向阀10切换使副主轴7的管路与真空泵8导通，副主轴夹持工具6将球坯3吸卡住；接着，副主轴7沿轴线退回到原位并开始沿轴心线旋转，副主轴刀具5沿副主轴7轴心线向球坯3进刀；进给到位后，副刀具5以球坯3的球心为圆心、以成品球的所需半径为半径、在副主轴7所在平面内作弧线形运动90°，此时完成了整个球体的车削。最后，副主轴刀具5的进给结束后退刀返回，同时副主轴7停止旋转，电磁换向阀10再次切换与主轴1的真空管路导通，取下工件，完成一个操作周期。
实施例1在操作中，由于在加工第一个半球时已经车削掉一层，所以加工两个半球时主轴刀具4的水平进给不同，这样，在加工一个球坯时就需要调整刀架位置；另外，完成第一个半球的加工后需要取下球坯调方向后再进行。而实施例2的装置系统结构上虽然复杂一些，但可以避免操作中调整刀架，易于实现自动化控制。本发明也可用于其他材质球形坯料的球形精加工。
Claims (8)
1.一种用于精加工球形坯料的方法，其特征在于，包括以下加工步骤：
a.将球坯(3)夹持在一端带夹持工具(2)的主轴(1)上；
b.主轴刀具(4)沿主轴(1)的轴心线朝球坯(3)方向进刀，当进刀到位后，主轴刀具(4)以球坯(3)球心为圆心、在主轴的所在平面内做90°弧线形运动，刀具进给结束时球坯(3)的一个半球加工完成；
c.退刀并取下球坯(3)后按上述步骤a和b的方法加工另一个半球，完成整个球坯(3)的加工；或由副主轴(7)连接的副主轴夹持工具(6)夹持球坯(3)，由副主轴刀具(5)完成另一个半球的加工。
2.一种用于精加工球形坯料的装置，其特征在于，主轴(1)的一端安装夹持工具(2)，主轴刀具(4)在主轴(1)中心线方向做横向进给运动或在主轴(1)平面内做90°弧线形运动；主轴的另一端通过动配合接头(11)和真空管路依次与电磁阀(9)、真空泵(8)相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于精加工球形坯料的方法，其特征在于，所述夹持工具(2)为真空吸盘。
4.根据权利要求2所述的一种用于精加工球形坯料的装置，其特征在于，所述主轴(1)为中空结构，作为对采用真空吸盘的夹持工具(2)抽真空时的空气管路。
5.根据权利要求3所述的一种用于精加工球形坯料的装置，其特征在于，所述真空吸盘(2)的内表面为喇叭状。
6.根据权利要求2所述的一种用于精加工球形坯料的装置，其特征在于，所述装置结构还为：结构与主轴(1)相同的副主轴(7)与主轴(1)在同一轴线上，副主轴(7)靠近球坯(3)的一端设置有副主轴夹持工具(6)，副主轴刀具(5)沿副主轴(7)中心线方向做横向进给运动或在副主轴(7)所在平面内做90°弧线形运动；主轴(1)和副主轴(7)均通过真空管路与电磁换向阀(10)相连，并与真空泵(8)串联。
7.根据权利要求6所述的一种用于精加工球形坯料的装置，其特征在于，所述主轴(1)在其轴线方向固定，仅绕其轴线转动；副主轴(7)在其轴线方向做水平运动，并绕其轴线转动。
8.根据权利要求6所述的一种用于精加工球形坯料的装置，其特征在于，所述副主轴夹持工具(6)为真空吸盘。
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| CNA2008102465633A CN101456080A (zh) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | 一种用于精加工球形坯料的方法及装置 |
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| CN101456080A true CN101456080A (zh) | 2009-06-17 |
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2008
- 2008-12-25 CN CNA2008102465633A patent/CN101456080A/zh active Pending
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