CN111665106B - 一种球形燃料元件制样设备和工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球形燃料元件制样设备和工艺，设备包括：底座，设置于热室内部；加工工具驱动组件，安装于所述底座上，用于球形燃料元件制样的工具可拆卸地传动安装于所述加工工具驱动组件，且所述加工工具驱动组件带动其上的工具做旋转或直线运动；工件驱动组件，待制样工件可拆卸地传动安装于所述工件驱动组件上，且所述工件驱动组件带动其上的待制样工件做直线运动；电控组件，设置于所述热室的外部，所述电控组件与所述加工工具驱动组件和所述工件驱动组件分别通过电缆相连接；所述电缆包括动力电缆和信号线缆，所述信号线缆为屏蔽电缆。从而解决了球形燃料元件制样缺少专用设备、人工操作困难，操作风险较大的技术问题。

Description

一种球形燃料元件制样设备和工艺
技术领域
本发明涉及核技术应用领域，尤其涉及一种球形燃料元件制样设备和工艺。
背景技术
在核反应领域中，球形燃料元件可用于高温气冷堆、熔盐堆等核反应堆，由TRISO型包覆燃料颗粒弥散在基体材料(如石墨等)中，直径约为60mm，而TRISO包覆颗粒由直径约为500μm的UO2燃料核芯颗粒和四层包覆层构成。因此，为了研究球形燃料元件在反应堆中运行后微观结构和性能，需要对辐照后的球形燃料元件进行检测。
由于辐照后的球形燃料元件具有高放射性，无法在常规实验室中采用常规设备进行检测。热室是处理对人体和环境具有危害的高放射性物质的封闭专用设施，具有放射性或者沾染放射性物质尤其是属于髙放射性的样品，必须在热室内进行相关的检测工作。辐照后的球形燃料元件具有高放射性，则辐照后球形燃料元件的检测工作必须在热室内进行。
为了进行辐照后球形燃料元件的检测工作，需要完成从球形燃料元件中钻取样柱、切割样柱和攻丝连接部件的样品制备工作，但是，由于样品制备工作也必须在热室内进行，目前缺少专用的核燃料样品制备设备，而工作人员直接操作需要配备辐射隔离装备，人工操作困难，且存在较大的安全风险。
发明内容
本发明的目的是通过一种球形燃料元件制样设备和工艺，以至少部分解决球形燃料元件制样缺少专用设备、人工操作困难，操作风险较大的技术问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
一种球形燃料元件制样设备，包括：
底座，所述底座设置于热室内部；
加工工具驱动组件，所述加工工具驱动组件安装于所述底座，用于球形燃料元件制样的工具可拆卸地传动安装于所述加工工具驱动组件上，且所述加工工具驱动组件带动其上的工具做旋转或直线运动；
工件驱动组件，待制样工件可拆卸地传动安装于所述工件驱动组件上，且所述工件驱动组件带动其上的待制样工件做直线运动；
电控组件，所述电控组件设置于所述热室的外部，所述电控组件与所述加工工具驱动组件和所述工件驱动组件分别通过电缆相连接；所述电缆包括动力电缆和信号线缆，所述信号线缆为屏蔽电缆。
进一步地，所述加工工具驱动组件包括：
动力头驱动电机，所述动力头驱动电机与所述电控组件通过所述电缆相连接；
动力头固定件，所述动力头固定件与所述动力头驱动电机的主轴传动连接，且用于球形燃料元件制样的工具可拆卸地安装于所述动力头固定件上。
进一步地，所述动力头固定件包括：
套筒，所述套筒为径向开口可调结构；
卡盘，所述卡盘安装于所述套筒的外周，所述工具通过所述卡盘固定于所述套筒内。
进一步地，所述工件驱动组件包括：
工作台，所述工作台上安装有沿横向延伸的滑轨；
X轴驱动电机，所述X轴驱动电机的输出轴传动连接有传动螺母，所述传动螺母可滑动地安装于所述滑轨上，并在所述X轴驱动电机的驱动下沿所述滑轨移动；
Z轴驱动电机，所述Z轴驱动电机的输出轴传动连接有丝杠，所述丝杠与所述传动螺母相螺合；
工件装夹卡具，所述工件装夹卡具安装于所述传动螺母上，且待制样工件装夹于所述工件装夹卡具上。
进一步地，所述工件装夹卡具为定心夹块。
进一步地，还包括防尘罩，所述防尘罩将所述热室分隔为加工区和非加工区；
所述加工区与所述非加工区之间安装有滑轨，所述防尘罩可滑动地安装于所述滑轨上，且所述防尘罩朝向非加工区的一侧安装有把手。
进一步地，还包括吸尘器，所述吸尘器设置于所述热室的非加工区内，且通过吸尘管路与所述加工区相连通。
进一步地，还包括：
接样盒，所述接样盒的开口与所述工件驱动组件的卸料位置相对应；
粉尘收集盒，所述粉尘收集盒设置于所述接样盒的下层。
进一步地，还包括：
刀具架，所述刀具架设置于所述热室内，并位于所述工件驱动组件的旁侧，用于球形燃料元件制样的工具挂接于所述刀具架上。
本发明还提供一种球形燃料元件制样工艺，基于如上所述的设备，包括以下步骤：
判断制样类型；
当所述制样类型为从球形燃料元件中钻取样柱，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设置Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
打开防尘罩，将取样钻头安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴分别运行至原点位，通过机械手将球形燃料元件安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩；
控制X轴和Z轴分别移动至对正位，以使工作台处于取样刀具与待制样工件对正位置；
控制Z轴以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，控制X轴和Z轴自动退回至原点位；
取下样球；
当所述制样类型为从球形燃料元件中进行样柱切割，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
通过机械手打开防尘罩，将切割刀具安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴运行至原点位；
将样柱放入样柱夹块中，再将样柱夹块安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩；
设定样柱尺寸，并控制X轴和Z轴分别移动至对正位，以便工作台处于切割刀具与样柱对正位置；
控制X轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，X轴自动退回至原点位；
取下样柱；
控制X轴和Z轴移动至装刀位，通过机械手取下切割刀具；
控制X轴和Z轴运行至原点位，并完成切割；
当所述制样类型为从球形燃料元件中进行攻丝，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
利用机械手打开防尘罩，将钻孔刀具安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴运行至原点位；
将球形燃料元件安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩；
控制X轴和Z轴移动至对正位，以便工作台处于钻孔刀具与样球对正位置；
控制Z轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴自动退回至装刀位；
松开工件驱动组件，控制X轴和Z轴运行至原点位；
取下钻孔刀具，设定Z轴进给速度0.35mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点2mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
将攻丝部件安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴移动至对正位，以使工作台处于攻丝部件与样球对正位置；
控制Z轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴停止进给；
打开防尘罩，松开燃料元件球，控制电主轴停止；
取出连接了攻丝部件的元件球；
控制X轴和Z轴运行至原点位，完成攻丝。
本发明所提供的球形燃料元件制样设备包括设置于热室内部的底座、加工工具驱动组件和工件驱动组件等；在工作过程中，加工工具驱动组件可安装所需加工工具，并带动加工工具做所需要的运动，工件驱动组件能够用于安装待取样工件，并带动其上的工件做所需要的运动，从而通过工具和工件的运动配合，实现指定类型的取样。同时，该设备包括置于热室外部的电控组件，所述电控组件与所述加工工具驱动组件和所述工件驱动组件分别通过电缆相连接，所述电缆包括动力电缆和信号线缆，所述信号线缆为屏蔽电缆。热室内部分能够通过机械手进行操作，且能够满足耐辐照的要求，热室外的部分能够实现对热室内部分的远程自动控制。这样，通过该球形燃料元件制样设备能够实现样品、夹具及附件的安装和拆卸操作动作通过主从机械手完成，加工过程的进给和启停通过远程控制系统对设备的伺服机构进行控制，完成对球形燃料元件钻取样柱、切割样柱和攻丝连接部件的工作。从而解决了球形燃料元件制样缺少专用设备、人工操作困难，操作风险较大的技术问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明所提供的球形燃料元件制样设备一种具体实施方式的结构示意图。
附图标记如下：
1-动力头驱动电机 2-动力头固定件 3-工作台
4-工件装夹卡具 5-刀具架 6-收集盒 7-防尘罩 8-吸尘器
9-触摸屏控制面板 10-电控柜
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明所提供的球形燃料元件制样设备能够实现样品、工具等的安装和拆卸操作动作通过主从机械手完成，加工过程的进给和启停通过远程控制系统对设备的伺服机构进行控制，完成对球形燃料元件钻取样柱、切割样柱和攻丝连接部件的工作。
在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明所提供的球形燃料元件制样设备包括底座、加工工具驱动组件、工件驱动组件和电控组件；其中，所述底座设置于热室内部，所述加工工具驱动组件安装于所述底座上，用于球形燃料元件制样的工具可拆卸地传动安装于所述加工工具驱动组件上，且所述加工工具驱动组件带动其上的工具做旋转或直线运动；待制样工件可拆卸地传动安装于所述工件驱动组件上，且所述工件驱动组件带动其上的待制样工件做直线运动；所述电控组件设置于所述热室的外部，所述电控组件与所述加工工具驱动组件和所述工件驱动组件分别通过电缆相连接；所述电缆包括动力电缆和信号线缆，所述信号线缆为屏蔽电缆。
电控组件包括触摸屏控制面板9和电控柜10，电控组件的控制参数包括加工工具驱动组件中主轴伺服电机的启停、转速及进给量，以及工件驱动组件中X轴伺服电机、Z轴伺服电机的启停、转速及进给量。
其中，热室内的组件和热室外的电控组件之间的动力电缆和信号电缆通过热室专用贯穿件进行连接，以实现电缆连接的同时必须保证热室的密封，且信号电缆必须采用屏蔽电缆以保证热室内外信号的传输。
具体地，所述加工工具驱动组件包括动力头驱动电机1和动力头固定件2，其中，所述动力头驱动电机1与所述电控组件通过所述电缆相连接，所述动力头固定件2与所述动力头驱动电机1的主轴传动连接，且用于球形燃料元件制样的工具可拆卸地安装于所述动力头固定件2上。动力头驱动电机1通过电控组件的指令运动，以实现转速、开关的调节，从而根据制样类型实现制样工具的转动或直线运动。
为了提高制样工具的安装可靠性和便利性，所述动力头固定件2包括套筒和卡盘，所述套筒为径向开口可调结构，所述卡盘安装于所述套筒的外周，所述工具通过所述卡盘固定于所述套筒内。
其中，卡盘可以具体为弹性套夹的结构形式，该弹性筒夹的柄部与动力头驱动电机1的主轴通过标准的锥度定心结构安装；弹性筒夹端采用自定心结构，可以避免因钻柄外径偏差带来的定心误差，且可互换装夹钻样、切割和攻丝连接的钻具、刀具和部件；套筒螺母外加专用的扳手套筒，便于机械手用加长扳手进行松紧操作。
具体地，所述工件驱动组件包括工作台3、X轴驱动电机、Z轴驱动电机和工件装夹卡具4；其中，所述工作台3上安装有沿横向延伸的滑轨；所述X轴驱动电机的输出轴传动连接有传动螺母，所述传动螺母可滑动地安装于所述滑轨上，并在所述X轴驱动电机的驱动下沿所述滑轨移动；所述Z轴驱动电机的输出轴传动连接有丝杠，所述丝杠与所述传动螺母相螺合；所述工件装夹卡具4安装于所述传动螺母上，且待制样工件装夹于所述工件装夹卡具4上。
上述工作台3具体为伺服十字工作台3，主体零件为高精度滑轨和丝杆组件，由X轴驱动电机和Z轴驱动电机驱动，以实现取样机在X轴和Z轴方向上的移动进给功能，具体地，X轴驱动电机和Z轴驱动电机均为伺服电机，驱动电机与电气组件通信连接，并在电气组件的指令下调整运动参数。
上述工件装夹卡具4为定心夹块，该工件装卡夹具采用高精度定心夹块，可用于装夹球形燃料元件或样柱夹具，使得元件球外径的尺寸偏差不影响钻样和攻丝连接时的定心精度，提高了加工精度和工件的适用范围。
在加工过程中，由于涉及到钻孔、切割等加工，会产生大量的粉尘，为了避免粉尘污染，该设备还包括防尘罩7，所述防尘罩7将所述热室分隔为加工区和非加工区；所述加工区与所述非加工区之间安装有滑轨，所述防尘罩7可滑动地安装于所述滑轨上，且所述防尘罩7朝向非加工区的一侧安装有把手。也就是说，防尘罩7将加工区域隔离出来，避免加工过程中粉尘的扩散。防尘罩7设计有移动滑轨和便于机械手操作的带孔把手，实现机械手操作防尘罩7的打开和闭合。
进一步地，还包括吸尘器8，所述吸尘器8设置于所述热室的非加工区内，且通过吸尘管路与所述加工区相连通。吸尘器8工作时防护罩内为微负压，可以防止粉尘从防护罩的缝隙处向外扩散。
进一步地，该设备还包括接样盒和粉尘收集盒6，所述接样盒的开口与所述工件驱动组件的卸料位置相对应，所述粉尘收集盒6设置于所述接样盒的下层。也就是说，收集盒组件为双层结构，上层为带有小孔的接样盒，下层为粉尘收集盒6，这种结构保证制备样品时样品表面不沾染制样过程中产生的粉尘。
为了便于机械手抓取和工具更换，该设备还包括刀具架5，所述刀具架5设置于所述热室内，并位于所述工件驱动组件的旁侧，用于球形燃料元件制样的工具挂接于所述刀具架5上。该刀具架5是用来放置钻具和刀具的，以便于机械手抓取钻具和刀具。
也就是说，该设备的主体部分包括底座、动力头伺服电主轴、弹性筒夹组件、伺服十字工作台组件等，其中动力伺服电主轴、弹性筒夹、伺服十字工作台、防尘罩7和收集盒均为模块式组件，能够通过热室吊车和机械手进行拆卸和安装，保证设备热室内的部件在发生故障时能进行无接触维修和更换。设备的辅助附件包括工件装卡夹具、防尘罩7、收集盒组件、取样钻头、切割片组件、刀具架5、吸尘器8及其组件等。
其中，用于取样的工具包括钻头和切割片等，取样钻头为中空结构，钻头烧焊金刚石刀头，钻柄为圆柱体，可装夹在弹性筒夹上，钻头中部设置有方便机械手装夹的四方结构。切割片由切割片转轴、金刚石切割片、紧固螺母组成，切割片转轴端部为圆柱体，可装夹在弹性筒夹上。转轴中部设置有方便机械手装夹的四方结构。
所述设备主轴旋转由伺服电主轴实现，X轴进给、Z轴进给通过伺服电机实现，另外设置有位置传感装置。所述设备伺服电机和位置传感器都安装在制样设备上，放置于热室内部，触摸屏和电控柜10均安放在热室外。吸尘电机由热室外的控制器控制启停。所述设备钻样和钻底孔工作时，伺服电机主轴通过弹性筒夹带动钻头旋转。Z轴进给电机通过工作台3带动元件球沿轴向进给，通过Z轴位置传感器轴向定位。
所述设备进行切割工作时，伺服电主轴通过弹性筒夹带动切割片旋转。Z轴进给电机通过工作台3带动样柱沿轴向进给，通过Z轴位置传感器轴向定位。X轴进给电机通过工作台3带动样柱沿径向进给，通过X轴位置传感器径向定位。
所述设备进行攻丝连接工作时，伺服电主轴通过弹性筒夹带动元件球连接杆旋转。Z轴进给电机通过工作台3带动元件球沿轴向进给，进给速度与主轴转速锁定并同步，通过Z轴位置传感器轴向定位。
并且，所述设备底座、伺服电主轴、伺服十字工作台、弹性筒夹组件、元件夹具、刀具架5等均为耐辐照材料，所用电缆均为耐辐照电缆，电缆连接采用金属防水电连接器，满足耐辐照要求和清污时的防水要求。
在上述具体实施方式中，本发明所提供的球形燃料元件制样设备包括设置于热室内部的底座、加工工具驱动组件和工件驱动组件等；在工作过程中，加工工具驱动组件可安装所需加工工具，并带动加工工具做所需要的运动，工件驱动组件能够用于安装待取样工件，并带动其上的工件做所需要的运动，从而通过工具和工件的运动配合，实现指定类型的取样。同时，该设备包括至于热室外部的电控组件，所述电控组件与所述加工工具驱动组件和所述工件驱动组件分别通过电缆相连接，所述电缆包括动力电缆和信号线缆，所述信号线缆为屏蔽电缆。热室内部分能够通过机械手进行操作，且能够满足耐辐照的要求，热室外的部分能够实现对热室内部分的远程自动控制。这样，通过该球形燃料元件制样设备能够实现样品、夹具及附件的安装和拆卸操作动作通过主从机械手完成，加工过程的进给和启停通过远程控制系统对设备的伺服机构进行控制，完成对球形燃料元件钻取样柱、切割样柱和攻丝连接部件的工作。从而解决了球形燃料元件制样缺少专用设备、人工操作困难，操作风险较大的技术问题。
除了上述设备，本发明还提供一种基于上述设备的球形燃料元件制样工艺，该制样工艺包括以下步骤：
判断制样类型；
当所述制样类型为从球形燃料元件中钻取样柱，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设置Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
打开防尘罩7，将取样钻头安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴分别运行至原点位，通过机械手将球形燃料元件安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩7；
控制X轴和Z轴分别移动至对正位，以使工作台3处于取样刀具与待制样工件对正位置；
控制Z轴以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，控制X轴和Z轴自动退回至原点位；
取下样球。
当所述制样类型为从球形燃料元件中进行样柱切割，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
通过机械手打开防尘罩7，将切割刀具安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴运行至原点位；
将样柱放入样柱夹块中，再将样柱夹块安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩7；
设定样柱尺寸，并控制X轴和Z轴分别移动至对正位，以便工作台3处于切割刀具与样柱对正位置；
控制X轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，X轴自动退回至原点位；
取下样柱；
控制X轴和Z轴移动至装刀位，通过机械手取下切割刀具；
控制X轴和Z轴运行至原点位，并完成切割。
当所述制样类型为从球形燃料元件中进行攻丝，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
利用机械手打开防尘罩7，将钻孔刀具安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴运行至原点位；
将球形燃料元件安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩7；
控制X轴和Z轴移动至对正位，以便工作台3处于钻孔刀具与样球对正位置；
控制Z轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴自动退回至装刀位；
松开工件驱动组件，控制X轴和Z轴运行至原点位；
取下钻孔刀具，设定Z轴进给速度0.35mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点2mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
将攻丝部件安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴移动至对正位，以使工作台3处于攻丝部件与样球对正位置；
控制Z轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴停止进给；
打开防尘罩7，松开燃料元件球，控制电主轴停止；
取出连接了攻丝部件的元件球；
控制X轴和Z轴运行至原点位，完成攻丝。
以下结合具体实施例对本发明所提供的制样工艺进行进一步说明。
具体实施例一，本发明所提供的制样工艺通过如下步骤完成从球形燃料元件中的钻取样柱工艺。
点击触摸屏的“取样”按钮，触摸屏进入取样操作界面；
在取样操作界面的参数设置模块中设置X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设置X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设置Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，点击“X轴装到位”X轴自动运行至装刀位，点击“Z轴装刀位”Z轴自动运行至装刀位；
用机械手打开防尘罩7，将16mm的取样钻头安装到弹性筒夹上并用刀具扳手锁紧；
在触摸屏上选择“16mm取样刀具”并点击“取样刀具就位”；
点击“Z轴原点位”，Z轴自动运行至原点位后点击“X轴原点位”，X轴自动运行至原点位；
机械手操作将球形燃料元件安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩7；
在触摸屏上点击“样球到位”，点击“X轴对正位”，X轴自动移动至对正位后点击“Z轴对正位”，Z轴自动移动至对正位，十字工作台处于取样刀具与样球对正位置；
在触摸屏上点击“Z轴目标位”，Z轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴自动退回至原点位。
点击“X轴原点位”，X轴退回至原点位。
机械手操作取下样球。
点击“X轴装刀位”X轴自动移动至装刀位，再点击“Z轴装刀位”Z轴自动移动至装刀位，机械手操作取下取样刀具，并从刀具中取出样柱。
点击“Z轴原点位”，Z轴自动运行至原点位后点击“X轴原点位”，X轴自动运行至原点位后，点击“完成取样”，结束取样程序。
具体实施例二：本发明所提供的制样工艺通过如下步骤完成样柱切割。
点击触摸屏的“切割”按钮，触摸屏进入切割操作界面；
在切割操作界面的参数设置模块中设置X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设置X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设置Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，点击“X轴装到位”X轴自动运行至装刀位，再点击“Z轴装刀位”，Z轴自动运行至装刀位；
用机械手打开防尘罩7，将切割刀具安装到弹性筒夹上并用刀具扳手锁紧；
在触摸屏上点击“切割刀具就位”；
点击“Z轴原点位”，Z轴自动运行至原点位后点击“X轴原点位”，X轴自动运行至原点位。
机械手操作将样柱放入样柱夹块中，再将样柱夹块安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩7；
在触摸屏上点击样柱尺寸“16mm”，点击“X轴对正位”，X轴自动移动至对正位后点击“Z轴对正位”，Z轴自动移动至对正位，十字工作台处于切割刀具与样柱对正位置；
在触摸屏上点击“X轴目标位”，X轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，X轴自动退回至原点位；
机械手操作取下样柱；
点击“X轴装刀位”X轴自动移动至装刀位，再点击“Z轴装刀位”Z轴自动移动至装刀位，机械手操作取下切割刀具；
点击“Z轴原点位”，Z轴自动运行至原点位后点击“X轴原点位”，X轴自动运行至原点位后，点击“完成切割”完成切割程序；
具体实施例三：本发明所提供的制样工艺通过如下步骤完成攻丝安装部件；
点击触摸屏的“钻孔”按钮，触摸屏进入钻孔操作界面；
设置X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设置X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设置Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，点击“X轴装刀位”X轴自动运行至装刀位，再点击“Z轴装刀位”，Z轴自动运行至装刀位；
用机械手打开防尘罩7，将钻孔刀具安装到弹性筒夹上并用刀具扳手锁紧；
在触摸屏上点击“钻孔刀具就位”；
点击“Z轴原点位”，Z轴自动运行至原点位后点击“X轴原点位”，X轴自动运行至原点位；
机械手操作将球形燃料元件安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩7；
在触摸屏上点击“样球到位”，点击“X轴对正位”，X轴自动移动至对正位后点击“Z轴对正位”，Z轴自动移动至对正位，十字工作台处于钻孔刀具与样球对正位置；
在触摸屏上点击“Z轴目标位”，Z轴自动以进给速度运行至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴自动退回至装刀位；
机械手操作松开弹性筒夹；
点击“Z轴原点位”，Z轴自动运行至原点位后点击“X轴原点位”，X轴自动运行至原点位；
机械手操作取下钻孔刀具；
点击“完成钻孔”，自动跳转至攻丝界面；
设定Z轴进给速度0.35mm/s；
设置X轴装刀位为距离X轴原点2mm，设置Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，点击“X轴装到位”X轴自动运行至装刀位，再点击“Z轴装刀位”，Z轴自动运行至装刀位；
机械手操作将攻丝部件安装到弹性筒夹上并锁紧；
在触摸屏上点击“攻丝刀具就位”，点击“X轴对正位”，X轴移动至对正位后点击“Z轴对正位”，Z轴移动至对正位，十字工作台处于攻丝部件与样球对正位置；
在触摸屏上点击“Z轴目标位”，Z轴自动以进给速度运行至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴停止进给；
机械手操作打开防尘罩7，松开燃料元件球，点击触摸屏的“电主轴准停”；
机械手操作取出连接了攻丝部件的元件球；
点击“Z轴原点位”，Z轴运行至原点位后点击“X轴原点位”，X轴自动运行至原点位；
点击“完成攻丝”完成攻丝安装部件程序。
这样，通过该球形燃料元件制样设备能够实现样品、夹具及附件的安装和拆卸操作动作通过主从机械手完成，加工过程的进给和启停通过远程控制系统对设备的伺服机构进行控制，完成对球形燃料元件钻取样柱、切割样柱和攻丝连接部件的工作。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种球形燃料元件制样设备，其特征在于，包括：
底座，所述底座设置于热室内部；
加工工具驱动组件，所述加工工具驱动组件安装于所述底座上，用于球形燃料元件制样的工具可拆卸地传动安装于所述加工工具驱动组件上，且所述加工工具驱动组件带动其上的工具做旋转或直线运动；
工件驱动组件，待制样工件可拆卸地传动安装于所述工件驱动组件上，且所述工件驱动组件带动其上的待制样工件做直线运动；
电控组件，所述电控组件设置于所述热室的外部，所述电控组件与所述加工工具驱动组件和所述工件驱动组件分别通过电缆相连接；所述电缆包括动力电缆和信号线缆，所述信号线缆为屏蔽电缆；
所述加工工具驱动组件包括动力头驱动电机和动力头固定件，所述动力头驱动电机与所述电控组件通过所述电缆相连接，所述动力头固定件与所述动力头驱动电机的主轴传动连接，且用于球形燃料元件制样的工具可拆卸地安装于所述动力头固定件上；所述动力头固定件包括套筒和卡盘，所述卡盘为弹性筒夹，所述套筒为径向开口可调结构，所述卡盘安装于所述套筒的外周，所述工具通过所述卡盘固定于所述套筒内；
所述工件驱动组件包括工作台、X轴驱动电机、Z轴驱动电机和工件装夹卡具，所述工作台为伺服十字工作台，所述工作台上安装有沿横向延伸的滑轨；所述X轴驱动电机的输出轴传动连接有传动螺母，所述传动螺母可滑动地安装于所述滑轨上，并在所述X轴驱动电机的驱动下沿所述滑轨移动；所述Z轴驱动电机的输出轴传动连接有丝杠，所述丝杠与所述传动螺母相螺合；所述工件装夹卡具安装于所述传动螺母上，且待制样工件装夹于所述工件装夹卡具上；
所述弹性筒夹、伺服十字工作台为模块式组件；
所述球形燃料元件制样设备的球形燃料元件制样工艺，包括以下步骤：
判断制样类型；
当所述制样类型为从球形燃料元件中钻取样柱，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设置Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
打开防尘罩，将取样钻头安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴分别运行至原点位，通过机械手将球形燃料元件安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩；
控制X轴和Z轴分别移动至对正位，以使工作台处于取样刀具与待制样工件对正位置；
控制Z轴以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，控制X轴和Z轴自动退回至原点位；
取下样球；
当所述制样类型为从球形燃料元件中进行样柱切割，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
通过机械手打开防尘罩，将切割刀具安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴运行至原点位；
将样柱放入样柱夹块中，再将样柱夹块安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩；
设定样柱尺寸，并控制X轴和Z轴分别移动至对正位，以便工作台处于切割刀具与样柱对正位置；
控制X轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，X轴自动退回至原点位；
取下样柱；
控制X轴和Z轴移动至装刀位，通过机械手取下切割刀具；
控制X轴和Z轴运行至原点位，并完成切割；
当所述制样类型为从球形燃料元件中进行攻丝，则进一步包括以下步骤：
设定X轴进给速度10mm/s，Z轴进给速度10mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点54mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
利用机械手打开防尘罩，将钻孔刀具安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴运行至原点位；
将球形燃料元件安装到工件装卡夹具中，锁紧夹具并闭合防尘罩；
控制X轴和Z轴移动至对正位，以便工作台处于钻孔刀具与样球对正位置；
控制Z轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴自动退回至装刀位；
松开工件驱动组件，控制X轴和Z轴运行至原点位；
取下钻孔刀具，设定Z轴进给速度0.35mm/s；
设定X轴装刀位为距离X轴原点2mm，设定Z轴装刀位为距离Z轴原点55mm，控制X轴和Z轴分别运行至装刀位；
将攻丝部件安装到工件驱动组件上并锁紧；
控制X轴和Z轴移动至对正位，以使工作台处于攻丝部件与样球对正位置；
控制Z轴自动以进给速度运动至目标位，到达目标位后电主轴自动停止，Z轴停止进给；
打开防尘罩，松开燃料元件球，控制电主轴停止；
取出连接了攻丝部件的元件球；
控制X轴和Z轴运行至原点位，完成攻丝。
2.根据权利要求1所述的球形燃料元件制样设备，其特征在于，所述工件装夹卡具为定心夹块。
3.根据权利要求1-2任一项所述的球形燃料元件制样设备，其特征在于，还包括防尘罩，所述防尘罩将所述热室分隔为加工区和非加工区；
所述加工区与所述非加工区之间安装有滑轨，所述防尘罩可滑动地安装于所述滑轨上，且所述防尘罩朝向非加工区的一侧安装有把手。
4.根据权利要求3所述的球形燃料元件制样设备，其特征在于，还包括吸尘器，所述吸尘器设置于所述热室的非加工区内，且通过吸尘管路与所述加工区相连通。
5.根据权利要求1-2任一项所述的球形燃料元件制样设备，其特征在于，还包括：
接样盒，所述接样盒的开口与所述工件驱动组件的卸料位置相对应；
粉尘收集盒，所述粉尘收集盒设置于所述接样盒的下层。
6.根据权利要求1-2任一项所述的球形燃料元件制样设备，其特征在于，还包括：
刀具架，所述刀具架设置于所述热室内，并位于所述工件驱动组件的旁侧，用于球形燃料元件制样的工具挂接于所述刀具架上。
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