CN109513947B - 一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械加工技术领域，其公开了一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，包括法兰外锥面粗车、法兰外锥面半精车和法兰外锥面精车；其中，所述法兰外锥面半精车和法兰外锥面精车均安排在同一台数控立车上进行；其中，所述法兰外锥面半精车至少分两次走刀切削完成，且所述法兰外锥面半精车的最后一次走刀切削的工艺参数与所述法兰外锥面精车的走刀切削的工艺参数相同；在所述法兰外锥面半精车结束后将所述法兰放置到高精度三坐标检测仪上进行检测，并记录法兰外锥面半精车加工的误差；在法兰外锥面精车时，将所述误差补偿到精车加工的走刀程序中。本发明实现了法兰外锥面的超高精度加工，并降低了生产成本、缩短了交货期。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺。
背景技术
如图1所述为某阀体部件中的具有锥面密封结构法兰，法兰材料为合金结构钢，法兰上设置有外锥面，法兰外锥面上设置有密封槽，法兰的两端面分别设置有定位内止口和定位外止口，在法兰的定位外止口还设置有与法兰内孔相连接的内锥孔。上述法兰属于大型法兰，其外径尺寸超过1米。由于法兰外锥面需要与阀体部件相配合，其外锥面的锥度及圆度要求较高，采用常规的车加工无法达到设计精度。
为了实现法兰外锥面与阀体部件的精密配合，一种可以考虑的加工方法是法兰外锥面在车加工后留一定的研磨余量，然后与阀体部件进行对合研磨，以实现良好的锥面配合精度。
但是，采用对合研磨的工艺方法需要设计制造专用的大型对合研磨工装，其一方面大型对合研磨工装的成本较高且制造周期长；另一方面对合研磨的劳动强度大、效率低，无法满足客户交货周期的要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，旨在实现法兰外锥面的超高精度加工，并降低生产成本、缩短交货期。具体的技术方案如下：
一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，包括依次设置的法兰粗车、法兰半精车和法兰精车；其中，所述法兰粗车包括法兰外锥面粗车，所述法兰半精车包括法兰外锥面半精车，所述法兰精车包括法兰外锥面精车；其中，所述法兰外锥面半精车和法兰外锥面精车均安排在同一台数控立车上进行；其中，所述法兰外锥面半精车至少分两次走刀切削完成，且所述法兰外锥面半精车的最后一次走刀切削的工艺参数与所述法兰外锥面精车的走刀切削的工艺参数相同；在所述法兰外锥面半精车结束后将所述法兰放置到高精度三坐标检测仪上进行检测，并记录法兰外锥面半精车加工的误差；在法兰外锥面精车时，将所述误差补偿到精车加工的走刀程序中。
上述加工工艺中，在法兰外锥面半精车的最后一次走刀切削中模拟精加工的工艺参数进行加工，并充分利用法兰外锥面半精车后的三坐标检测仪进行法兰外锥面半精车加工的误差检测，根据检测得到的误差数据，在法兰外锥面的精车工序中加以误差补偿，由此实现了法兰外锥面的超高精度加工，并降低了生产成本、缩短了交货期。
上述加工工艺，由立式数控车床的工作台本身转动引起的圆度误差、刀架上下移动引起的直线度误差、刀具的磨损引起的加工误差均能够得到消除或至少部分消除，因此提高了机床工艺系统的整体精度，相比传统的加工工艺，本发明的加工精度更高。
本发明中，所述误差包括所述法兰的外锥面在轴线方向上的锥度误差、所述法兰的外锥面在法兰圆周方向上的圆度误差。
作为本发明的进一步改进，将所述三坐标检测仪测得的锥度误差、圆度误差的离散数值，分别采用最小二乘法进行曲线拟合，形成误差曲线函数；编制加工程序时，将理论走刀路径轨迹函数减去误差曲线函数，形成法兰外锥面精加工的最终走刀路径。
上述采用最小二乘法对三坐标检测仪测得的离散误差数据进行曲线拟合，能够较为实际的反映出法兰外锥面的整体加工误差，从而为后续精加工的误差补偿提供可靠的数据，有利于进一步提高误差补偿的精度。
作为本发明的一种优选方案，采用最小二乘法数据处理软件对所述的锥度误差、圆度误差的离散数值进行曲线拟合，并形成所述的误差曲线函数。
其中，所述最小二乘法数据处理软件可以是美国微软公司的EXEL软件、美国MathWorks公司的MATLAB软件等。
上述采用最小二乘法数据处理软件进行误差数据的处理，相比常规利用公式进行计算的误差处理方法其效率更高，有利于进行一步缩短生产周期。
优选的，本发明中所述工艺参数相同包括切削速度相同、吃刀深度相同、进给量相同和使用的刀具相同。
上述在法兰半精车加工工序中，采用与法兰精车加工相同的切削速度、相同的吃刀深度、相同的刀具，能够实现精加工误差的真实反映，从而为最终的法兰外锥面的高精度加工提供有利条件。
优选的，所述法兰上标记有周向起始加工位置点，所述数控立车的工作台上设置有法兰的周向位置起始安装位置点；所述的三坐标检测仪的检测记录中，包含有所述误差相对于周向起始加工位置点的相对位置数据；所述工艺参数相同还包括法兰外锥面半精车和法兰外锥面精车时其法兰的起始加工位置点与数控立车的工作台上的起始安装位置点的相对位置相同。
优选的，在装夹法兰时，将所述法兰的起始加工位置点与所述数控立车的工作台上的起始安装位置点在圆周方向相对齐。
上述通过在法兰半精车加工阶段和法兰精车加工阶段设置相同的圆周方向装夹位置，可以在法兰半精车加工阶段更加逼真的模拟法兰精车加工的状态，从而获得更为准确的误差补偿数据。
作为本发明的进一步改进，所述法兰上位于法兰内锥孔的端面设置有若干数量沿圆周方向均匀分布的装夹用工艺螺纹孔，在所述法兰外锥面精车工序中，使用装夹定位工装，并以法兰上的内孔以及法兰内锥孔的端面为装夹定位基座对法兰进行装夹定位、用螺栓固定，以实现法兰一次性装夹后的法兰外锥面、法兰定位内止口、法兰定位外止口的同时精加工。
与常规的加工工艺相比较，本发明通过在法兰上设置工艺螺纹孔，实现了法兰外锥面、法兰定位内止口、法兰定位外止口在同一次装夹下的同时精加工，由此提高了法兰的整体加工精度。
优选的，所述法兰外锥面上的密封槽的加工在所述法兰外锥面精车后进行。
优选的，所述高精度三坐标检测仪的检测误差不大于0.01mm。
优选的，所述法兰粗车工序与所述法兰半精车工序之间设置有调质处理工序。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，在法兰外锥面半精车的最后一次走刀切削中模拟精加工的工艺参数进行加工，并充分利用法兰外锥面半精车后的三坐标检测仪进行法兰外锥面半精车加工的误差检测，根据检测得到的误差数据，在法兰外锥面的精车工序中加以误差补偿，由此实现了法兰外锥面的超高精度加工，并降低了生产成本、缩短了交货期。
第二，本发明的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，由立式数控车床的工作台本身转动引起的圆度误差、刀架上下移动引起的直线度误差、刀具的磨损引起的加工误差均能够得到消除或至少部分消除，因此提高了机床工艺系统的整体精度，相比传统的加工工艺，本发明的加工精度更高。
第三，本发明的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，采用最小二乘法对三坐标检测仪测得的离散误差数据进行曲线拟合，能够较为实际的反映出法兰外锥面的整体加工误差，从而为后续精加工的误差补偿提供可靠的数据，有利于进一步提高误差补偿的精度。
第四，本发明的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，采用最小二乘法数据处理软件进行误差数据的处理，相比常规利用公式进行计算的误差处理方法其效率更高，有利于进行一步缩短生产周期。
第五，本发明的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，在法兰半精车加工，采用与法兰精车加工相同的切削速度、相同的吃刀深度、相同的刀具，能够实现精加工误差的真实反映，从而为最终的法兰外锥面的高精度加工提供有利条件。
第六，本发明的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，通过在法兰半精车加工阶段和法兰精车加工阶段设置相同的圆周方向装夹位置，可以在法兰半精车加工阶段更加逼真的模拟法兰精车加工的状态，从而获得更为准确的误差补偿数据。
第七，本发明的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，通过在法兰上设置工艺螺纹孔，实现了法兰外锥面、法兰定位内止口、法兰定位外止口在同一次装夹下的同时精加工，由此提高了法兰的整体加工精度。
附图说明
图1是本发明中的一种具有锥面密封结构的大型法兰的结构示意图；
图2是装夹定位工装的结构示意图。
图中：1、法兰外锥面，2、密封槽，3、定位内止口，4、定位外止口，5、内锥孔，6、法兰内孔，7、工艺螺纹孔，8、装夹定位工装，9、螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至2所示为本发明的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺的实施例，包括依次设置的法兰粗车、法兰半精车和法兰精车；其中，所述法兰粗车包括法兰外锥面1粗车，所述法兰半精车包括法兰外锥面1半精车，所述法兰精车包括法兰外锥面1精车；其中，所述法兰外锥面1半精车和法兰外锥面1精车均安排在同一台数控立车上进行；其中，所述法兰外锥面1半精车至少分两次走刀切削完成，且所述法兰外锥面1半精车的最后一次走刀切削的工艺参数与所述法兰外锥面1精车的走刀切削的工艺参数相同；在所述法兰外锥面1半精车结束后将所述法兰放置到高精度三坐标检测仪上进行检测，并记录法兰外锥面1半精车加工的误差；在法兰外锥面1精车时，将所述误差补偿到精车加工的走刀程序中。
上述加工工艺中，在法兰外锥面1半精车的最后一次走刀切削中模拟精加工的工艺参数进行加工，并充分利用法兰外锥面1半精车后的三坐标检测仪进行法兰外锥面1半精车加工的误差检测，根据检测得到的误差数据，在法兰外锥面1的精车工序中加以误差补偿，由此实现了法兰外锥面1的超高精度加工，并降低了生产成本、缩短了交货期。
上述加工工艺，由立式数控车床的工作台本身转动引起的圆度误差、刀架上下移动引起的直线度误差、刀具的磨损引起的加工误差均能够得到消除或至少部分消除，因此提高了机床工艺系统的整体精度，相比传统的加工工艺，本实施例的加工精度更高。
本实施例中，所述误差包括所述法兰的外锥面1在轴线方向上的锥度误差、所述法兰的外锥面1在法兰圆周方向上的圆度误差。
作为本实施例的进一步改进，将所述三坐标检测仪测得的锥度误差、圆度误差的离散数值，分别采用最小二乘法进行曲线拟合，形成误差曲线函数；编制加工程序时，将理论走刀路径轨迹函数减去误差曲线函数，形成法兰外锥面1精加工的最终走刀路径。
上述采用最小二乘法对三坐标检测仪测得的离散误差数据进行曲线拟合，能够较为实际的反映出法兰外锥面1的整体加工误差，从而为后续精加工的误差补偿提供可靠的数据，有利于进一步提高误差补偿的精度。
作为本实施例的一种优选方案，采用最小二乘法数据处理软件对所述的锥度误差、圆度误差的离散数值进行曲线拟合，并形成所述的误差曲线函数。
其中，所述最小二乘法数据处理软件可以是美国微软公司的EXEL软件、美国MathWorks公司的MATLAB软件等。
上述采用最小二乘法数据处理软件进行误差数据的处理，相比常规利用公式进行计算的误差处理方法其效率更高，有利于进行一步缩短生产周期。
优选的，本实施例中所述工艺参数相同包括切削速度相同、吃刀深度相同、进给量相同和使用的刀具相同。
上述在法兰半精车加工工序中，采用与法兰精车加工相同的切削速度、相同的吃刀深度、相同的刀具，能够实现精加工误差的真实反映，从而为最终的法兰外锥面1的高精度加工提供有利条件。
优选的，所述法兰上标记有周向起始加工位置点，所述数控立车的工作台上设置有法兰的周向位置起始安装位置点；所述的三坐标检测仪的检测记录中，包含有所述误差相对于周向起始加工位置点的相对位置数据；所述工艺参数相同还包括法兰外锥面1半精车和法兰外锥面1精车时其法兰的起始加工位置点与数控立车的工作台上的起始安装位置点的相对位置相同。
优选的，在装夹法兰时，将所述法兰的起始加工位置点与所述数控立车的工作台上的起始安装位置点在圆周方向相对齐。
上述通过在法兰半精车加工阶段和法兰精车加工阶段设置相同的圆周方向装夹位置，可以在法兰半精车加工阶段更加逼真的模拟法兰精车加工的状态，从而获得更为准确的误差补偿数据。
作为本实施例的进一步改进，所述法兰上位于法兰内锥孔5的端面设置有若干数量沿圆周方向均匀分布的装夹用工艺螺纹孔7，在所述法兰外锥面1精车工序中，使用装夹定位工装8，并以法兰上的内孔6以及法兰内锥孔5的端面为装夹定位基座对法兰进行装夹定位、用螺栓9固定，以实现法兰一次性装夹后的法兰外锥面1、法兰定位内止口3、法兰定位外止口4的同时精加工。
与常规的加工工艺相比较，本实施例通过在法兰上设置工艺螺纹孔7，实现了法兰外锥面1、法兰定位内止口3、法兰定位外止口4在同一次装夹下的同时精加工，由此提高了法兰的整体加工精度。
优选的，所述法兰外锥面1上的密封槽2的加工在所述法兰外锥面1精车后进行。
优选的，所述高精度三坐标检测仪的检测误差不大于0.01mm。
优选的，所述法兰粗车工序与所述法兰半精车工序之间设置有调质处理工序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，其特征在于，包括依次设置的法兰粗车、法兰半精车和法兰精车；其中，所述法兰粗车包括法兰外锥面粗车，所述法兰半精车包括法兰外锥面半精车，所述法兰精车包括法兰外锥面精车；其中，所述法兰外锥面半精车和法兰外锥面精车均安排在同一台数控立车上进行；其中，所述法兰外锥面半精车至少分两次走刀切削完成，且所述法兰外锥面半精车的最后一次走刀切削的工艺参数与所述法兰外锥面精车的走刀切削的工艺参数相同；在所述法兰外锥面半精车结束后将所述法兰放置到高精度三坐标检测仪上进行检测，并记录法兰外锥面半精车加工的误差；在法兰外锥面精车时，将所述误差补偿到精车加工的走刀程序中；所述误差包括所述法兰的外锥面在轴线方向上的锥度误差、所述法兰的外锥面在法兰圆周方向上的圆度误差；将所述三坐标检测仪测得的锥度误差、圆度误差的离散数值，分别采用最小二乘法进行曲线拟合，形成误差曲线函数；编制加工程序时，将理论走刀路径轨迹函数减去误差曲线函数，形成法兰外锥面精加工的最终走刀路径。
2.根据权利要求1所述的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，其特征在于，采用最小二乘法数据处理软件对所述的锥度误差、圆度误差的离散数值进行曲线拟合，并形成所述的误差曲线函数。
3.根据权利要求1所述的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，其特征在于，所述工艺参数相同包括切削速度相同、吃刀深度相同、进给量相同和使用的刀具相同。
4.根据权利要求1所述的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，其特征在于，所述法兰上标记有周向起始加工位置点，所述数控立车的工作台上设置有法兰的周向位置起始安装位置点；所述的三坐标检测仪的检测记录中，包含有所述误差相对于周向起始加工位置点的相对位置数据；所述工艺参数相同还包括法兰外锥面半精车和法兰外锥面精车时其法兰的起始加工位置点与数控立车的工作台上的起始安装位置点的相对位置相同。
5.根据权利要求1所述的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，其特征在于，所述法兰上位于法兰内锥孔的端面设置有若干数量沿圆周方向均匀分布的装夹用工艺螺纹孔，在所述法兰外锥面精车工序中，使用装夹定位工装，并以法兰上的内孔以及法兰内锥孔的端面为装夹定位基座对法兰进行装夹定位、用螺栓固定，以实现法兰一次性装夹后的法兰外锥面、法兰定位内止口、法兰定位外止口的同时精加工。
6.根据权利要求1所述的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，其特征在于，所述法兰外锥面上的密封槽的加工在所述法兰外锥面精车后进行。
7.根据权利要求1所述的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，其特征在于，所述高精度三坐标检测仪的检测误差不大于0.01mm。
8.根据权利要求1所述的一种具有锥面密封结构的大型法兰的加工工艺，其特征在于，所述法兰粗车工序与所述法兰半精车工序之间设置有调质处理工序。
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