CN105817830B - 一种用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，包括：床体；设置在床体上的机械传动机构，机械传动机构包括主轴传动机构和三轴平动机构，主轴传动机构包括：主轴箱、设置在主轴箱中的主轴、与主轴相连的主轴同步带轮、一端与主轴同步带轮相连的同步带、与同步带的另一端相连的同步带轮以及连接在同步带轮上的主轴电机减速器；以及用以通过材料去除的方式对工件进行成型的执行机构，执行机构至少包括：刀杆和刀具和/或刃具。实施本发明的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，能够提升现场加工修复的效率；能够实现固废的自动收集，可有效降低操作人员受辐射剂量，安全可靠；运行精度高且速度快。

Description

一种用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置。

背景技术

现有技术中，螺纹修复普遍采用梳刀、铣刀的加工工艺进行处理，但在核电领域，针对大面积严重缺陷的问题还没有较好的解决方法。

现有用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置因结构设计不合理，主要存在如下技术缺陷：

1、自动化程度低、处理时间长；

2、无法实施远程操控只能在本地进行处理，容易增加维修人员的辐射剂量。

3、现场加工处理的过程中产生的大量废屑无法及时处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，能够提升现场加工修复的效率，对严重损伤螺纹进行在线加工成形修复；能够实现固废的自动收集，可有效降低操作人员受辐射剂量，安全可靠；运行精度高且速度快。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，用以取出核电站压力容器法兰面上的卡涩螺栓并修复相应的螺孔，现场加工装置采用无冷无润滑螺旋插补铣工艺实现螺栓的掏空，螺栓的扩孔修复，其特征在于，包括：床体；设置在床体上的机械传动机构，机械传动机构包括主轴传动机构和三轴平动机构，主轴传动机构包括：主轴箱、设置在主轴箱中的主轴、与主轴相连的主轴同步带轮、一端与主轴同步带轮相连的同步带、与同步带的另一端相连的同步带轮以及连接在同步带轮上的主轴电机减速器；以及用以通过材料去除的方式对工件进行成型的执行机构，执行机构至少包括：能够与主轴传动机构相连的刀杆、与刀杆相连的刀具；还包括:用以对螺孔的螺纹轮廓线进行测量和找正的感应测头，其中：感应测头接触被测螺孔的螺纹轮廓，现场加工装置所具有的PLC控制器将记录感应测头所接触点的精确坐标；通过多点的测量和记录，实现对已知轮廓的数值描述，感应测头对残余螺栓和螺孔进行多点检测用以找出螺栓掏空、螺纹修复中心以及螺纹修复的起牙点，通过在刀杆上更换不同的刀具，依次完成压力容器法兰面上咬死螺栓的取出及螺纹的修复作业；现场加工装置切削卡涩螺栓时，刀具具有第一中心轴，刀具以第一中心轴为轴心进行自转，卡涩螺栓具有第二中心轴，刀具以第二中心轴为旋转轴进行公转。

其中，三轴平动机构至少包括：多台驱动电机、多条同步带、丝杠以及多条导轨，其中：驱动电机通过同步带的传动将转动传递给丝杠，然后通过导轨将转动转化为沿相互垂直三个方向上的直线运动以协同完成螺栓的掏空和螺纹的修复。

其中，现场加工装置修复卡涩螺栓对应的螺孔时，刀具在一定的插补半径下沿螺孔的螺纹轮廓线进行移动。

其中，还包括：用以收集螺栓掏空和螺纹修复过程中固废的吸屑装置，吸屑装置具有吸嘴，吸嘴移动的轴心线与待加工螺孔的轴线重合。

其中，还包括：用以对刀具进行全方位监控及远程操控的视频监控及远程操作组件，其中：在取出压力容器法兰面上咬死螺栓及螺纹修复的过程中，视频监控及远程操作组件的至少一个监测装置能够获取刀具的刀头处的完整图像。

其中，还包括：用以与核电站压力容器法兰面上的螺孔位置相适配的定位套筒，定位套筒设置在床体的底部。

其中，还包括：用以对螺孔的螺纹轮廓线进行测量和找正的感应测头，其中：感应测头接触被测螺孔的螺纹轮廓，现场加工装置所具有的PLC控制器将记录感应测头所接触点的精确坐标。

本发明所提供的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，具有如下有益效果：

第一、床体集成机械传动机构和执行机构，机械传动机构包括主轴传动机构和三轴平动机构，设备集成度高，可实现螺栓的掏空、螺纹的修复等工作。

第二、采用的螺旋插补方式无需冷却液和润滑液，在一个工作循环中不更换刀具，提升现场加工修复的效率，解决频繁更换刀具和更换设备、效率低下的问题，安全可靠。

第三、所设置的视频监控及远程操作组件可实现本地或远程操作的自由切换，能够减少维修人员的辐射剂量。

第四、采用红外方式对中，精度高，速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置的结构示意图。

图2是本发明用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置的主轴传动机构的内部剖视结构示意图。

图3是本发明用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置的主轴带动刀具进行切削的运动示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图3，为本发明用于核电站压力容器法兰及螺孔修复现场加工装置的实施例一。

本实施例中的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，主要用于放射性环境中压力容器主螺栓出现异常卡涩情况下，对残余螺栓进行取出，并可实现对严重损伤螺孔进行在线加工成形修复，以解决螺纹修复过程中的繁琐工艺、设备更换频繁的技术问题。

具体实施时，其包括：床体1；设置在床体1上的机械传动机构，机械传动机构包括主轴传动机构2a和三轴平动机构2b，主轴传动机构2a包括：主轴箱21、设置在主轴箱21中的主轴22、与主轴22相连的主轴同步带轮23、一端与主轴同步带轮23相连的同步带24、与同步带24的另一端相连的同步带轮25以及连接在同步带轮25上的主轴电机减速器26.

还包括：用以通过材料去除的方式对工件进行成型的执行机构，执行机构至少包括：能够与主轴传动机构相连的刀杆31、与刀杆31相连的刀具32。

优选的，刀杆31上的刀具32设为可更换，通过更换不同的刀具便能够完成核电站压力容器咬死主螺栓的取出、螺纹的修复等工作。

具体实施时，床体1主要起到支撑和安装固定的作用，机械传动机构、执行机构等紧固在其上。主轴传动机构2的作用是，通过同步带24的传动将动力传至主轴22，主轴22通过连接刀杆31带动刀具32旋转实现工件的加工。另外，加工开始前，可以利用安装在主轴22上的红外对中装置进行精确对中，使其加工过程可以达到原设计精度和粗糙度。

三轴平动机构至少包括：多台驱动电机、多条同步带、丝杠以及多条导轨，其中：驱动电机通过同步带的传动将转动传递给丝杠，然后通过导轨将转动转化为沿相互垂直三个方向上的直线运动以协同完成螺栓的掏空和螺纹的修复。也就是说，三轴平动机构由相应的三台电机驱动，通过同步带传动将转动传递给丝杠，然后通过丝杠副和直线导轨，将转动转化为沿X、Y、Z三个方向的直线运动，并且通过编程来实现三个运动的组合，实现三轴联动，通过协同作用完成螺栓的掏空和螺纹修复。

执行机构的作用是通过材料去除的方法对工件进行成型，执行机构的刀杆与机械传动机构主轴的适配接口向连接，可以根据实际使用需要进行更换，也便于维修和维护。

优选的，现场加工装置切削卡涩螺栓时，刀具32具有第一中心轴T1，刀具32以第一中心轴T1为轴心进行自转，卡涩螺栓具有第二中心轴T2，刀具32以第二中心轴T2为旋转轴进行公转，如图3所示，其中，C1为刀具运动轮廓，C2为螺栓运动轮廓。也就是说，现场加工装置修复卡涩螺栓对应的螺孔时，刀具32在一定的插补半径下沿螺孔的螺纹轮廓线进行移动。

进一步的，还包括：用以收集螺栓掏空和螺纹修复过程中固废的吸屑装置4，吸屑装置4具有吸嘴，吸嘴移动的轴心线与待加工螺孔的轴线重合。

具体实施时，现场加工装置采用无冷无润滑螺旋插补铣工艺实现螺栓的掏空，螺栓的扩孔修复。刀具32进行切削时，除刀具32自身旋转，还绕螺栓轴线T2公转，而螺纹的扩孔修复过程，刀具32轨迹则是沿原螺纹轮廓线在合适的插补半径下完成。螺栓掏空和螺纹修复过程中无废液排出，产生的废屑能通过安装在刀具一侧的吸屑装置4，实现自动收集。

进一步的，还包括：用以对刀具32进行全方位监控及远程操控的视频监控及远程操作组件5，其中：在取出压力容器法兰面上咬死螺栓及螺纹修复的过程中，视频监控及远程操作组件5的至少一个监测装置能够获取刀具刀头处的完整图像。具体实施时，视频监控及远程操作组件5的作用是实现加工过程的实时监控，通过远程操作台，可实现设备的远程操作，可以有效降低人员受照射剂量。

进一步的，还包括:用以与核电站压力容器法兰面上的螺孔位置相适配的定位套筒6，定位套筒6设置在床体1的底部。具体实施时，套筒设为两个，两套筒之间的距离和核电站法兰面螺栓孔之间的距离保持一致，因此可利用法兰本身的螺孔实现快速定位。

进一步的，还包括:用以对螺孔的螺纹轮廓线进行测量和找正的感应测头，其中：感应测头接触被测螺孔的螺纹轮廓，现场加工装置所具有的PLC控制器将记录感应测头所接触点的精确坐标。

具体实施时，通过感应测头和机床PLC系统协同控制实现上述功能，也就是当侧头指针接触被测轮廓，那么PLC将同步记录该点的精确坐标，通过多点的测量和记录，实现对已知轮廓的数值描述。感应测头对残余螺栓和螺孔进行多点检测用以找出螺栓掏空、螺纹修复中心以及螺纹修复的起牙点，通过在刀杆31上更换不同的刀具32，依次完成压力容器法兰面上咬死螺栓的取出及螺纹的修复作业，吸屑装置4在螺栓取出及螺纹修复过程中进行循环吸屑。

实施本发明的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，具有如下有益效果：

第一、床体集成机械传动机构和执行机构，机械传动机构包括主轴传动机构和三轴平动机构，设备集成度高，可实现螺栓的掏空、螺纹的修复等工作。

第二、采用的螺旋插补方式无需冷却液和润滑液，在一个工作循环中不更换刀具，提升现场加工修复的效率，解决频繁更换刀具和更换设备、效率低下的问题，安全可靠。

第三、所设置的视频监控及远程操作组件可实现本地或远程操作的自由切换，能够减少维修人员的辐射剂量。

第四、采用红外方式对中，精度高，速度快。

Claims (6)

1.一种用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，用以取出核电站压力容器法兰面上的卡涩螺栓并修复相应的螺孔，现场加工装置采用无冷无润滑螺旋插补铣工艺实现螺栓的掏空，螺栓的扩孔修复，其特征在于，包括：

床体；

设置在所述床体上的机械传动机构，所述机械传动机构包括主轴传动机构和三轴平动机构，所述主轴传动机构包括：主轴箱、设置在所述主轴箱中的主轴、与所述主轴相连的主轴同步带轮、一端与所述主轴同步带轮相连的同步带、与所述同步带的另一端相连的同步带轮以及连接在所述同步带轮上的主轴电机减速器；以及

用以通过材料去除的方式对工件进行成型的执行机构，所述执行机构至少包括：能够与所述主轴传动机构相连的刀杆、与所述刀杆相连的刀具；

还包括:用以对螺孔的螺纹轮廓线进行测量和找正的感应测头，其中：感应测头接触被测螺孔的螺纹轮廓，现场加工装置所具有的PLC控制器将记录感应测头所接触点的精确坐标；

通过多点的测量和记录，实现对已知轮廓的数值描述，感应测头对残余螺栓和螺孔进行多点检测用以找出螺栓掏空、螺纹修复中心以及螺纹修复的起牙点，通过在刀杆上更换不同的刀具，依次完成压力容器法兰面上咬死螺栓的取出及螺纹的修复作业；

现场加工装置切削卡涩螺栓时，所述刀具具有第一中心轴，所述刀具以所述第一中心轴为轴心进行自转，卡涩螺栓具有第二中心轴，所述刀具以所述第二中心轴为旋转轴进行公转。

2.如权利要求1所述的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，其特征在于，所述三轴平动机构至少包括：多台驱动电机、多条同步带、丝杠以及多条导轨，其中：所述驱动电机通过所述同步带的传动将转动传递给所述丝杠，然后通过所述导轨将转动转化为沿相互垂直三个方向上的直线运动以协同完成螺栓的掏空和螺纹的修复。

3.如权利要求1所述的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，其特征在于，现场加工装置修复卡涩螺栓对应的螺孔时，所述刀具在一定的插补半径下沿螺孔的螺纹轮廓线进行移动。

4.如权利要求1或2所述的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，其特征在于，还包括：用以收集螺栓掏空和螺纹修复过程中固废的吸屑装置，所述吸屑装置具有吸嘴，所述吸嘴移动的轴心线与待加工螺孔的轴线重合。

5.如权利要求4所述的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，其特征在于，还包括：用以对刀具进行全方位监控及远程操控的视频监控及远程操作组件，其中：在取出压力容器法兰面上咬死螺栓及螺纹修复的过程中，所述视频监控及远程操作组件的至少一个监测装置能够获取所述刀具的刀头处的完整图像。

6.如权利要求1或2所述的用于核电站压力容器法兰及螺孔修复的现场加工装置，其特征在于，还包括：用以与核电站压力容器法兰面上的螺孔位置相适配的定位套筒，所述定位套筒设置在所述床体的底部。