CN111015132B - 一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法 - Google Patents

Abstract

一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法，包括由门叶、支臂和支铰组成的弧形闸门，门叶、支臂和支铰进行前处理并检验，门叶、支臂和支铰第一次总拼进行划线，门叶固定在大型数控龙门镗铣床上加工，门叶、支臂和支铰第二次总拼进行检验，采用大型数控龙门镗铣床，结合三维设计和数控加工低弧形闸门弧形面板进行铣削加工，无需制作任何加工工装，节约制作工装所需时间，采用大型数控龙门镗铣床，可有效解决弧形闸门弧形面板加工成型精度差，加工质量差的问题，采用大型数控龙门镗铣床，可有效解决专用加工工装通用性差，针对不同尺寸的弧形闸门需要设计制作不同的专用工装的问题。

Description

一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，尤其是涉及一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法。

背景技术

水利水电工程高水头弧形闸门运行水头高，要求封水效果严密和可靠，通常设计要求对弧形面板进行机加工，保证外弧面尺寸和粗糙度要求。传统弧形闸门面板机加工方法采用制作专用工装来进行，工装制造耗时长，工装的制造质量直接影响到面板的加工精度，且需针对不同尺寸的弧形闸门需设计制作不同的专用工装，工装通用性不强。

高水头弧形工作闸门运行水头高，止水装置的封水效果要求很高，若在止水材料与止水面之间存在缝隙，闸门在正常工作状态下就会漏水并形成高速射流使闸门及埋件产生气蚀和磨损，引起闸门和启闭机的振动，危及闸门及启闭设备的安全。同时，设计要求闸门具备局部开启功能，设置了转铰式止水结构，保证闸门在任意位置可靠止水，防止门叶振动，对整个弧面精度提出了很高的质量要求，为减少止水材料的不均匀磨损，对弧面的表面粗糙度也提出了要求，这些要求决定了必须对弧面进行机械加工。加工工艺要求门叶、支臂和支铰焊接成型完成后，应采取有效的措施消除焊接应力，然后再进行弧形面板机加工，闸门弧面机加工质量和加工精度将直接影响到闸门整体受力情况、整体封水效果和转铰止水材料的工作寿命。

中国专利CN 202715868 U “弧形闸门面板加工装置”，该方案通过安装平台将闸门面板固定，闸门面板上有横向铣削小车，通过牵引装置在闸门面板上进行铣削加工，该方案加工工装占用空间较大，且闸门面板竖向稳定性较差，横向铣削小车在闸门面板上来回移动，振动较大，安全性差，且横向铣削小车存在加工死角加工精度也不高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法，解决弧形闸门加工质量和加工精度差，专用工装制作耗时长，且工装质量直接影响弧形闸门的加工精度的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法，包括由门叶、支臂和支铰组成的弧形闸门，门叶、支臂和支铰进行前处理并检验，门叶、支臂和支铰第一次总拼进行划线，门叶固定在大型数控龙门镗铣床上加工，门叶、支臂和支铰第二次总拼进行检验。

优选方案中，所述门叶、支臂和支铰进行前处理的方法为：

S1、通过平移台车装载门叶、支臂和支铰进入退火炉；

S2、在门叶、支臂和支铰上均匀布置多个温度传感器；

S3、退火炉升温、恒温和降温严格按热处理要求曲线进行。

优选方案中，所述门叶、支臂和支铰第一次总拼进行划线的方法：

A1、检测门叶退火后的曲率半径和扭曲情况；

A2、检测支臂连接板的角度和扭曲情况；

A3、根据检测的数据计算出最优机加工组合尺寸；

A4、门叶、支臂和支铰进行初步的机加工划线；

A5、对门叶上的门叶与支臂连接板和支铰上的支铰与支臂连接板以及支臂进行机加工，为第一次总拼提供准确的连接面；

A6、检验门叶、支臂和支铰加工合格后进行整体总拼；

A7、以支铰轴孔中心为基准，采用经纬仪配合激光划线仪对门叶上的门叶弧面、节间连接板和侧水封座进行划线。

优选方案中，所述门叶的加工方法：

B1、将门叶平吊放置于大型数控龙门镗铣床台面上，门叶中的门叶弧面朝上；

B2、通过等高块垫平，水准仪测量门叶各个点是否在同一水平线上，进行精调；

B3、找正门叶四个角上的点，检查门叶弧面弧顶高度，保证节间连接板的接合面垂直，检查各加工面加工余量；

B4、按图纸在门叶四周划水平线和接合面加工线，在门叶的两端和中间焊接六条固定支撑腿，保证门叶固定压紧；

B5、输入加工程序到大型数控龙门镗铣床PLC程序中，进行机加工；

B6、机加工分为空车检查轨迹、粗加工、半精加工、精加工；

B7、检验表面光洁度，采用激光跟踪仪整平面检测弧度尺寸。

优选方案中，所述门叶、支臂和支铰第二次总拼进行检验的方法：

C1、将门叶、支铰和支臂拼装连接；

C2、检测门叶之间节间间隙、弧面半径等外形尺寸和表面粗糙度是否满足设计和规范要求；

C3、检测支臂两端与门叶和支铰连接处是否平整密贴；

C4、检测无误验收合格，检测有误则整改纠正。

本发明提供了一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法的有益效果，

1、采用大型数控龙门镗铣床，结合三维设计和数控加工低弧形闸门弧形面板进行铣削加工，无需制作任何加工工装，节约制作工装所需时间；

2、采用大型数控龙门镗铣床，可有效解决弧形闸门弧形面板加工成型精度差，加工质量差的问题；

3、采用大型数控龙门镗铣床，可有效解决专用加工工装通用性差，针对不同尺寸的弧形闸门需要设计制作不同的专用工装的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明弧形闸门结构图；

图2是本发明弧形闸门退火热处理曲线示意图；

图中：门叶1；门叶弧面101；吊耳102；门叶与支臂连接板103；支臂2；支铰3；支铰与支臂连接板301。

具体实施方式

实施例1

如图1~2所示，一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法，包括由门叶1、支臂2和支铰3组成的弧形闸门，门叶1、支臂2和支铰3进行前处理并检验，门叶1、支臂2和支铰3第一次总拼进行划线，门叶1固定在大型数控龙门镗铣床上加工，门叶1、支臂2和支铰3第二次总拼进行检验，由此方法，采用两次拼装，先加工闸门各连接面再进行门叶弧面101的加工，此加工方法能保证弧形闸门设计要求，运用大型数控龙门镗铣床对弧形闸门进行机加工，其加工质量稳定可控、精度高，节省工期和工程成本，通过选择不同的龙门镗铣床和门叶1、支臂2的合理分节，且基本上能满足任何尺寸闸门的加工，通用性强。

优选方案中，所述门叶1、支臂2和支铰3进行前处理的方法为：

S1、通过平移台车装载门叶1、支臂2和支铰3进入退火炉；

S2、在门叶1、支臂2和支铰3上均匀布置多个温度传感器；

S3、退火炉升温、恒温和降温严格按热处理要求曲线进行，由此方法，退火消除应力，保证各部件升温时温差不超过90℃，恒温时不超过50，如果超过则立即通过降缓升温速度或局部切断加热电源来调整温差，而降温时冷却速度太缓，可通过去除密封装置或适当升高钢门来加快门叶1、支臂2和支铰3散热速度。

优选方案中，所述门叶1、支臂2和支铰3第一次总拼进行划线的方法：

A1、检测门叶1退火后的曲率半径和扭曲情况；

A2、检测支臂2连接板的角度和扭曲情况；

A3、根据检测的数据计算出最优机加工组合尺寸；

A4、门叶1、支臂2和支铰3进行初步的机加工划线；

A5、对门叶1上的门叶与支臂连接板103和支铰3上的支铰与支臂连接板301以及支臂2进行机加工，为第一次总拼提供准确的连接面；

A6、检验门叶1、支臂2和支铰3加工合格后进行整体总拼；

A7、以支铰3轴孔中心为基准，采用经纬仪配合激光划线仪对门叶1上的门叶弧面101、节间连接板和侧水封座进行划线，由此方法，通过检测的数据对各部件计算出最优机加工加工，加工出门叶与支臂连接板103与支铰与支臂连接板301以及支臂2的两端，将支臂2的两端抵靠在门叶与支臂连接板103和支铰与支臂连接板301上进行第一次拼装，然后通过经纬仪配合激光划线仪对门叶1门叶弧面101、节间连接板和侧水封座进行划线。

优选方案中，所述门叶1的加工方法：

B1、将门叶1平吊放置于大型数控龙门镗铣床台面上，门叶1中的门叶弧面101朝上；

B2、通过等高块垫平，水准仪测量门叶1各个点是否在同一水平线上，进行精调；

B3、找正门叶1四个角上的点，检查门叶弧面101弧顶高度，保证节间连接板的接合面垂直，检查各加工面加工余量；

B4、按图纸在门叶1四周划水平线和接合面加工线，在门叶1的两端和中间焊接六条固定支撑腿，保证门叶1固定压紧；

B5、输入加工程序到大型数控龙门镗铣床PLC程序中，进行机加工；

B6、机加工分为空车检查轨迹、粗加工、半精加工、精加工；

B7、检验表面光洁度，采用激光跟踪仪整平面检测弧度尺寸，由此方法，将门叶1通过六条支撑腿固定，确保门叶1牢固压紧，完全无滑动，无晃动，然后通过大型数控龙门镗铣床对门叶1上的门叶弧面101进行加工，保证了门叶弧面101的加工质量与加工精度。

优选方案中，所述门叶1、支臂2和支铰3第二次总拼进行检验的方法：

C1、将门叶1、支铰3和支臂2拼装连接；

C2、检测门叶1之间节间间隙、弧面半径等外形尺寸和表面粗糙度是否满足设计和规范要求；

C3、检测支臂2两端与门叶1和支铰3连接处是否平整密贴；

C4、检测无误验收合格，检测有误则整改纠正，由此方法，将加工完成的各部件通过连接板进行连接拼装，检查外形尺寸，表面粗糙度是否满足设计和规范要求，无误后将各部件焊接在一起，保证焊接质量。

实施例2

结合实施例1进一步说明，如图1~2所示，泄洪底孔弧形工作闸门采用双主纵梁、直支臂焊接结构，门叶1为П型双腹板主纵梁、支臂2为箱型结构型式。门叶1分为左右两节对称制作，中间采用高强螺栓连接，工地水密焊止水，面板宽4886mm。闸门面板侧止水采用常规方头 P 形橡塑复合橡胶止水，底部使用Ι型条型水封，门楣止水使用Ω型水封，为防止闸门启闭过程中门楣处射水，在门楣主止水座板下方设置一道转铰止水。

退火炉采取全封闭方形结构，一端装有上下移动钢门，通过平移台车装运工件进出炉体，炉体净空尺寸为5000mm×5000mm×18000mm高×宽×长，最大承重为100吨。炉体基础为混凝土，底部砌一层耐火砖，上面铺设一层保温材料，炉体周边外侧采用红砖砌墙，钢板整体包裹，内侧砌一层耐火混凝土作里衬，中间铺设一层耐火砖保温材料作为隔热层，外贴一层保温材料隔热。

数控龙门移动式加工中心进给采用双驱动机构，两个交流伺服电机，配合德国高钢高扭短减速机，实现无间隙传动，机床运动采用光栅尺形成全闭环控制。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次定位装夹后进行多工序加工。工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成铣、镗、钻等多种工序，大大减少了工件装夹时间，对形状复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果，泄洪底孔弧门单节加工最大外形尺寸为 7488×2443×1841mm长×宽×高，门叶加工所选用 CMC40120mr3 型数控龙门移动式加工中心，其工作台尺寸 4000×12000mm，两立柱间距 5180mm，完全满足加工需求。

实施例3

结合实施例1和2进一步说明，如图1~2所示，弧形闸门机加工总体步骤：门叶1和支臂2退火后的几何尺寸复核划线→门叶与支臂连接板103、支臂2间连接板、支铰与支臂连接板301机加工→门叶1和支臂2、支铰3第一次总拼→门叶弧面101加工划线→门叶弧面101机加工→门叶1、支臂2、支铰3第二次总拼、验收。

门叶1退火后主要检测门叶曲率半径、扭曲、与支臂3连接的 4 个连接板的角度和扭曲，根据检测的数据计算出最优机加工组合尺寸，并进行初步的机加工划线。对门叶与支臂连接板103、支臂2间连接板、支铰与支臂连接板301进行机加工，为闸门第一次总拼提供准确的连接工作面。

支臂2和门叶1、支铰3连接面机加工验收合格后进行整体第一次总拼，以支铰3轴孔中心为基准，采用经纬仪配合激光划线仪对门叶弧面101和节间连接板、侧水封座板进行划线。

门叶101机加工详细加工流程：1第一次总拼主要检测门叶1曲率半径、扭曲、与支臂2连接的4个连接板的角度、扭曲和加工余量，检验合格后，平吊放于加工中心台面上，门叶弧面101朝上，等高块垫平，水准仪测量各个点是否在同一水平线上，进行精调；2找正工件4个角上的点，然后检查弧顶高度，并注意接合面垂直，检查各加工面加工余量；3按图划四周水平线，接合面加工线，在两端及中间焊六条固定支撑腿，用斜撑连接固定，确保门叶牢固压紧，完全无滑动，无晃动；4将曲半径，圆点坐标，加工精度控制数据输入数控龙门铣PLC程序中，空车运行一次，检查激光点轨迹，满足弧面加工，加工方向从中间往两端进行；5主轴装夹φ160R10刀盘，先空试车走运行轨迹，再开始粗加工弧面，加工工序每刀行走宽度为150mm；6整体粗加工弧面过程结束后，根据图纸尺寸和要求检查工件弧面加工余量和光洁度，然后根据工件尺寸和要求编制空试车走运行轨迹，半精铣加工弧面工序，每刀行走宽度为20mm；7整体半精铣加工弧面过程结束后，根据图纸尺寸和要求检查工件弧面加工精铣加工余量，然后根据工件尺寸和要求空试车走运行轨迹，精铣加工工件弧面工序，每刀行走宽度为5mm；8整体弧面加工程序完成，去毛倒刺，清理铁屑，开始检验工序，采用表面光洁度表对照，检验表面光洁度是否达到图纸要求。主轴装百分表，根据图纸设计要求，由加工中心走程序，检测数据，确认数据无误后，再用激光跟踪仪整平面检测弧度尺寸确保尺寸没有偏差；9最后依次加工节间连接板、侧水封座板和吊耳102。

所有机加工面加工完成后并检验合格后进行第二次总拼，经检测，节间间隙、弧面半径等外形尺寸和表面粗糙度满足设计和规范要求，支臂2两端与门叶1、支铰与支臂连接板301组合面之间平整密贴，机加工质量很好。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法，包括由门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）组成的弧形闸门，其特征是：门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）进行前处理并检验，将所述门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）第一次总拼进行划线，所述门叶（1）固定在大型数控龙门镗铣床上加工，门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）第二次总拼进行检验；

所述门叶（1）的加工方法：

B1、将门叶（1）平吊放置于大型数控龙门镗铣床台面上，门叶（1）中的门叶弧面（101）朝上；

B2、通过等高块垫平，水准仪测量门叶（1）各个点是否在同一水平线上，进行精调；

B3、找正门叶（1）四个角上的点，检查门叶弧面（101）弧顶高度，保证节间连接板的接合面垂直，检查各加工面加工余量；

B4、按图纸在门叶（1）四周划水平线和接合面加工线，在门叶（1）的两端和中间焊接六条固定支撑腿，保证门叶（1）固定压紧；

B5、输入加工程序到大型数控龙门镗铣床PLC程序中，进行机加工；

B6、机加工分为空车检查轨迹、粗加工、半精加工、精加工；

B7、检验表面光洁度，采用激光跟踪仪整平面检测弧度尺寸；

所述门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）第一次总拼进行划线的方法：

A1、检测门叶（1）退火后的曲率半径和扭曲情况；

A2、检测支臂（2）连接板的角度和扭曲情况；

A3、根据检测的数据计算出最优机加工组合尺寸；

A4、门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）进行初步的机加工划线；

A5、对门叶（1）上的门叶与支臂连接板（103）和支铰（3）上的支铰与支臂连接板（301）以及支臂（2）进行机加工，为第一次总拼提供准确的连接面；

A6、检验门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）加工合格后进行整体总拼；

A7、以支铰（3）轴孔中心为基准，采用经纬仪配合激光划线仪对门叶（1）上的门叶弧面（101）、节间连接板和侧水封座进行划线。

2.根据权利要求1所述一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法，其特征是：所述门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）进行前处理的方法为：

S1、通过平移台车装载门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）进入退火炉；

S2、在门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）上均匀布置多个温度传感器；

S3、退火炉升温、恒温和降温严格按热处理要求曲线进行。

3.根据权利要求1所述一种用大型数控龙门镗铣床加工弧形闸门的方法，其特征是：所述门叶（1）、支臂（2）和支铰（3）第二次总拼进行检验的方法：

C1、将门叶（1）、支铰（3）和支臂（2）拼装连接；

C2、检测门叶（1）之间节间间隙、弧面半径和表面粗糙度是否满足设计和规范要求；

C3、检测支臂（2）两端与门叶（1）和支铰（3）连接处是否平整密贴；

C4、检测无误验收合格，检测有误则整改纠正。

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