CN112775625B - 一种大型法兰的现场加工工艺及其加工装置 - Google Patents
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Abstract
一种大型法兰的现场加工工艺及其加工装置，属于机械加工技术领域。它解决了原有大法兰加工中技术、检测方式及精度的问题。包括以下加工工艺步骤；S5，调平铣削机床后加工第一区段，铣密封面及燕尾槽；S6，移动至下一区段调整水平后固定铣削机床，电脑通过数据拟合出这一区段燕尾槽加工路径；S7，使用法兰密封面磨削机对铣削机床移动后的上一区段进行磨削处理；S8，使用激光跟踪仪对加工完平面进行Z值的测量，找出Z平面的整体趋势，确定下一段加工的Z值，并输入控制铣削机床的电脑中；S9，电脑根据三维测头及输入的Z值确定出铣削机床最终的加工路径，重复S6、S7、S8、S9步骤直至加工完成。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，特别是涉及一种大型法兰的现场加工工艺及其加工装置。
背景技术
目前我国的大型真空容器罐体多使用分段制造后运输至设备安装现场组焊的工艺手段制成，受焊接热变形影响，其罐口法兰端面的平面度变差，直接影响容器密封性。法兰需要进行现场二次加工，二次加工时所使用的加工设备体积较大，并且存在安装调整难度较大，自动化程度低，整体可靠性差，加工范围较小等无法有效解决的问题。并且随着现在各种大型设备升级改造，需加工的法兰直径不断增大，原来的设备及工艺已经不能满足当下大型法兰对于机械加工需要。而且加工后零件需要四个人同时操作才可以进行检验，不仅操作繁琐而且检验精度也得不到保证。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种大型法兰的现场加工工艺及其加工装置，解决了原有大法兰加工中技术、检测方式及精度的问题，达到降低生产难度、提高加工质量、减少人工、提高检验及加工精度的目的。
本发明所采取的技术方案是：
一种大型法兰的现场加工工艺，其特征在于：包括以下加工工艺步骤；
S1，在现场利用激光跟踪仪对机加工大法兰机床地面进行测量取点，利用平行垫铁把待加工法兰放置面调整水平；
S2，现场安装并调试好待加工的大型法兰后，使用激光跟踪仪和电子水平仪配合找出大型法兰圆心；
S3，安装好转动调整支座及桁架支臂；
S4，确认路径没问题后，稳定转动调整支座及铣削机床；
S5，利用跟踪仪找到待加工法兰平面最低点，然后确定出初始加工区段；
S6，加工第一区段，铣密封面及燕尾槽底槽及燕尾槽，铣削完成后铣削机床回零，换刀具磨加工完燕尾槽；
S7，完成后铣削后，松开机床工装台面，移动至下一区段调整水平后固定铣削机床，移动后位置让铣削机床零点处于上一加工区段的尾端内；利用三维测头和对刀仪对加工完燕尾槽进行检测，电脑通过数据拟合出这一区段燕尾槽加工路径；
S8，使用法兰密封面磨削机对铣削机床移动后的上一区段进行磨削处理，消除区段之间的接刀痕；
S9，磨削完成后，将磨削机移除，关机锁紧各轴移动机床；调平并紧固机床在下一段待加工区段内；
S10，移动机床调平后，利用测头对已加工平面及未加工平面进行取点测量，确定下一段加工平面的Z值坐标，并开始加工。重复S6、S7、S8、S9、S10，直至加工完成。
一种大型法兰的现场加工装置，包括铣削机床、机床工装台面、桁架支臂、桁架转动台、转动调整支座、法兰密封面磨削机、多个法兰底座垫块及多种检测设备；所述桁架支臂一端固定安装在桁架转动台上，所述桁架转动台安装在转动调整支座上，所述转动调整支座放置在大型法兰中心处，所述机床工装台面固定安装在桁架支臂另一端上，机床工装台面上放置有铣削机床，所述机床工装台面和桁架支臂上均放有多种检测设备，所述法兰密封面磨削机放置在大型法兰的加工平面上，多个法兰底座垫块环绕设置在大型法兰下端用于支撑和固定大型法兰。
本发明的有益效果在于：
1、传统的法兰加工现场采用悬臂结构与加工刀具配合，只能进行定长加工，对法兰高低不平的表面加工时，无法找正，加工精度不高，本发明改变原有了的生产条件，弥补原生产工艺的缺陷，以加工机床的方式找正圆心，较传统人工找正精度高，能够达到更精准、更高效、更便捷地加工并检验大型法兰的目的。
2、本发明利用激光跟踪仪、电子水平仪、对刀仪以及三维侧头等检测设备对加工进行检验跟踪，大大提高了加工与检测工作的精度及效率。
3、本发明检测采用分段加工、分段检测、整体拟合的加工方式；将大型法兰的待加工区域进行区域划分，分段区域检测，电脑整体分析拟合的方式控制整个加工过程刀具运动轨迹。
附图说明
图1是本发明轴测图；
图2是本发明俯视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是本发明法兰密封面磨削机结构示意图；
图5是图4的侧视图；
图6是图5的A-A剖切图；
图7是图4的仰视图；
图8是本发明法兰密封面磨削机仰视轴测图；
其中：1-铣削机床；2-机床工装台面；3-大型法兰；4-法兰底座垫块；5-桁架支臂；6-桁架转动台；7-转动调整支座；8-法兰密封面磨削机；81-移动轮；82-移动轮座；83-支撑板；84-底部导向柱；85-侧板一；86-侧向轮；87-侧向轮轴；88-手柄；89-侧板二；810-侧板三；811-侧板三；812-张紧推轮；813-电机；814-安装支撑座；815-磨削刀具；816-轴承支撑座；817-磨削主轴；818-传动带轮；819-带轮压盖；820-轴承；821-安装座；822-移动轮轴；823-皮带；9-地脚。
具体实施方式
本加工方式适用于直径5米值15米的大型法兰产品的加工。
如图1～图3所示，一种大型法兰的现场加工工艺，包括以下加工工艺步骤；
S1，在现场利用激光跟踪仪对机加工大法兰机床地面进行测量取点，利用平行垫铁把待加工法兰放置面调整水平；
S2，现场安装并调试好待加工的大型法兰3后，使用激光跟踪仪和电子水平仪配合找出大型法兰3圆心；
S3，安装好转动调整支座7及桁架支臂5；
S4，确认路径没问题后，稳定转动调整支座7及铣削机床1；
S5，利用跟踪仪找到待加工法兰平面最低点，然后确定出初始加工区段；
S6，加工第一区段，铣密封面及燕尾槽底槽及燕尾槽，铣削完成后铣削机床1回零，换刀具磨加工完燕尾槽；
S7，完成后铣削后，松开机床工装台面2，移动至下一区段调整水平后固定铣削机床1，移动后位置让铣削机床1零点处于上一加工区段的尾端内；利用三维测头和对刀仪对加工完燕尾槽进行检测，电脑通过数据拟合出这一区段燕尾槽加工路径；
S8，使用法兰密封面磨削机8对铣削机床1移动后的上一区段进行磨削处理，消除区段之间的接刀痕；
S9，磨削完成后，将磨削机移除，关机锁紧各轴移动机床；调平并紧固机床在下一段待加工区段内；
S10，移动机床调平后，利用测头对已加工平面及未加工平面进行取点测量，确定下一段加工平面的Z值坐标，并开始加工。重复S6、S7、S8、S9、S10，直至加工完成。
在S2中，激光跟踪仪测量出整个大型法兰3待加工面在现场坐标系的中Z轴的坐标值，找到大型法兰3待加工面的Z坐标的最小处并标记，利用电子水平仪以最低点为参照在大型法兰3内壁打出水平线，电子水平仪打出的水平线后，利用激光跟踪仪参照以电子水平仪打出的水平线为基准测定出该平面下内壁的直径，电脑通过测量数据找到内壁圆环的圆心。
在S7中，铣削机床1每次行进的加工长度为1米，当完成1米范围的加工后，将铣削机床1整体延加工轨迹逆时针移动，移动至下一个待加工区段。
在S6中，铣削机床1加工后，大型法兰3密封面平面度优于1.5mm，且在1000mm内平面度优于0.12mm。
在S8中，法兰密封面磨削机8抛光后，光洁度优于Ra1.6。
工作过程：
①首先，在现场利用激光跟踪仪对机加工大法兰机床地面进行测量取点，将现场地面拟合为现场Z平面。在大型法兰3内焊接地脚9，在地脚9上部安装转动调整支座7，然后利用电子水平仪调整好转动调整支座7的上平面与室内Z水平。调整好转动调整支座7与现场地面之间的水平后，在转动调整支座7上放置并固定一个激光跟踪仪，将激光跟踪仪的靶镜放置在大型法兰3的待加工平面上，测量出整个大型法兰3待加工面在现场坐标系的中Z轴的坐标值，找到大型法兰3待加工面的Z坐标的最小处并标记。利用电子水平仪以最低点为参照在大型法兰3内壁打出水平线，电子水平仪打出的水平线后，利用激光跟踪仪参照以电子水平仪打出的水平线为基准测定出该平面下内壁的直径，电脑通过测量数据找到内壁圆环的圆心，将转动调整支座7的轴线调整到与圆环的圆心重合，调整好后将桁架支臂5固定在转动调整支座7的上部。电脑利用待加工面的水平测量值以及内壁的测量数据，拟合出大型法兰3加工过程中待加工区域铣削机床1所走行的燕尾槽圆弧加工轨迹，然后在桁架支臂5的端部安装一个带划线的工具，试转一圈，判断电脑给出的运动轨迹是否与图纸中大法兰密封槽所在位置是否相符，同时也检验电脑给出的轨迹是否偏离出大型法兰3待加工面。当铣削机床1的加工轨迹无异议时，将机床工装台面2与桁架支臂5连接，并机床工装台面2放置在大型法兰3的待加工面上方的相应位置，然后利用电子水平仪调整铣削机床1相对于现场地面的平行度，调整好铣削机床1水平并固定后方可进行该区段的加工。
②在对划分的第一个区段进行加工时，铣削机床1上面的刀具按电脑预先设定移动半径进行工作。燕尾槽的加工位置也是通过电脑拟合出来的。在加工大型法兰3密封面的时候，电脑会根据安装在刀具跟对刀仪触碰的检测数据给出刀具的加工深度，确保加工的精度，在完成该阶段密封面及密封槽的铣削加工后，铣削机床1回零，将铣削刀具换成磨削刀具，对已加工的密封槽面进行磨削处理，将所加工的燕尾槽磨削至所需要的平面度及粗糙度要求(密封槽底面抛光，光洁度优于Ra1.6)
③铣削机床1每次行进的加工长度为1米。当完成1米范围的加工后，将铣削机床1整体延加工轨迹逆时针移动，移动至下一个待加工区段。然后利用法兰密封面磨削机8对上一区段的铣削加工的密封面进行磨削(密封面磨削加工跟随铣削机床的加工)。移动后的铣削机床1零位应满足其初始位置在前一段大型法兰3已加工的平面上，以便于刀具找正基准。利用电子水平仪将铣削机床1底部支撑座及铣削机床1的XY平面调整至所需要的水平度，当铣削机床1的XY平面满足所需要的水平度后，将铣削机床1底座进行紧固。利用机加刀柄夹持的三维测头将上一段密封槽的轮廓检测出来，电脑通过三维测头及⑤中激光跟踪仪的检测数据拟合出接下来需要加工区段的密封槽轮廓的刀具加工轨迹，然后利用对刀仪将刀具的Z坐标与大型法兰3的待加工面的Z坐标关联起来，铣削机床1刀具的Z坐标根据对刀仪的测量数据调整好后，电脑通过三维测头、⑤中激光跟踪仪以及对刀仪的检测数据拟合出接下来需要加工区段的密封槽轮廓及密封面的加工轨迹，然后对当前区段法兰密封面及密封槽进行加工。
④铣削机床1完成一端加工并移动铣削机床1至下一段位置后，利用法兰密封面磨削机8对大型法兰3铣削加工完的密封面进行磨削，目的在于将大型法兰3已铣削加工的密封面(大型法兰3密封面加工后平面度优于1.5mm，且在1000mm内平面度优于0.12mm；大型法兰3密封面抛光，光洁度优于Ra1.6)进行抛光磨削。法兰密封面磨削机8的加工跟随铣削机床1的加工。
⑤当法兰密封面磨削机8加工完成后，将已加工完区域及其之前所有加工完所有区域利用激光跟踪仪进行检测，电脑对工件整个平面的高度变化趋势得以了解，电脑根据这一趋势给出铣削机床1下一加工范围内刀具Z轴加工轨迹。重复上述步奏、不断的将以划分好的区域进行铣削及磨削加工直至完成大型法兰3的密封面及密封槽整体铣削及磨削加工。
如图4～图8所示，一种大型法兰的现场加工装置，包括铣削机床1、机床工装台面2、桁架支臂5、桁架转动台6、转动调整支座7、法兰密封面磨削机8、多个法兰底座垫块4及多种检测设备；所述桁架支臂5一端固定安装在桁架转动台6上，所述桁架转动台6安装在转动调整支座7上，所述转动调整支座7放置在大型法兰3中心处，所述机床工装台面2固定安装在桁架支臂5另一端上，机床工装台面2上放置有铣削机床1，所述机床工装台面2、桁架支臂5、转动调整支座7上均放有多种检测设备，所述法兰密封面磨削机8放置在大型法兰3的加工平面上，多个法兰底座垫块4环绕设置在大型法兰3下端用于支撑和固定大型法兰3。
法兰密封面磨削机8加工追随铣削机床1的加工，所述铣削机床1为三轴智能数控机床。
所述多种检测设备包括划针、电子水平仪、激光跟踪仪、三维测头以及对刀仪，所述划针安装在桁架支臂5另一端上，所述激光跟踪仪安装在转动调整支座7上，所述三维测头和对刀仪放置在机床工装台面2上。
如图6～图8所示，所述法兰密封面磨削机8包括安装座821、两个电机813、两个磨削刀具815及四个移动轮81；所述两个电机813均固定在安装座821上，两个电机813均通过传动机构带动磨削刀具815旋转，所述两个磨削刀具815前后并排且左右对向设置，(用于加工法兰加工面上的梯形槽，该梯形槽短边在上，两个磨削刀具815同时加工梯形槽的两面)并转动安装在安装座821上，两个磨削刀具815最下端下平面等高，两个磨削刀具815底面和法兰密封槽底面平齐，所述安装座821沿着磨削弧线方向前后均安装有两个移动轮81。移动轮81沿法兰加工面移动。
所述法兰密封面磨削抛光机还包括两个轴承支撑座816、两个磨削主轴817及两个轴承820；所述两个磨削主轴817均倾斜设置，每个磨削主轴817下端均用于安装磨削刀具815并利用垫圈和内六角螺钉固定两者，每个磨削主轴817通过轴承820转动安装在轴承支撑座816上，所述两个轴承支撑座816均通过六角螺钉固定在安装座821上。
所述安装座821上沿左右方向开设有上下贯通的方形孔，对向安装的所述两个磨削刀具815分别安装在对应的方形孔内。
所述法兰密封面磨削抛光机还包括两个安装支撑座814；所述两个安装支撑座814分别设置在安装座821的方形孔内，每个安装支撑座814下端均与对应的轴承支撑座816焊接连接，两个安装支撑座814用于支撑对应的电机813。
每个所述传动机构包括述皮带823、两个传动带轮818及两个带轮压盖819；所述电机813和对应的磨削主轴817上端上分别固定安装有传动带轮818和用于固定传动带轮818的带轮压盖819，两个传动带轮818之间通过皮带823传动连接。
所述法兰密封面磨削抛光机还包括侧板一85、侧板二89、四个侧向轮86及四个侧向轮轴87；所述安装座821底面左侧通过螺钉固定有侧板二89，安装座821底面右端通过螺钉固定有侧板一85，所述侧板一85和侧板二89上各通过两个侧向轮轴87安装对应的侧向轮86，所述四个侧向轮轴87的轴线均沿上下设置。所述侧板二89跟侧板三810为内嵌结构，可以通过张紧推轮12转动可以使侧板三810在侧板二89内滑动达到张紧法兰侧壁的目的。
如图6、图8所示，张紧推轮812一端设有两个同轴且间隔设置的圆轮，所述侧板三810上设有用于卡住两个圆轮的卡槽，张紧推轮812另一端设有把手，转动把手通过两个圆轮推动侧板三810移动，使安装座821两侧的侧向轮86夹持张紧法兰侧壁。
侧向轮86放置在法兰平面的里面两侧，起到移动导向的作用，避免移动偏移，影响加工效果。
所述法兰密封面磨削抛光机还包括两个支撑板83，所述两个支撑板83一侧面均与侧板一85右侧面固定连接，两个支撑板83上表面均与安装座821底面固定连接，起到加强筋的作用。
所述法兰密封面磨削抛光机还包括两个手柄88，所述两个手柄88分别固定设置在安装座821的左右两侧面上。
所述法兰密封面磨削抛光机还包括两个移动轮座82，所述两个移动轮座82分别固定安装在安装座821左右两侧面上，每个移动轮座82上均通过移动轮轴22安装有移动轮81。
所述安装座821底面前后两端中部均设有底部导向柱84。法兰加工面不平整，底部导向柱84起到防倾倒作用，避免磨削刀具815偏摆，保证磨削刀具815在法兰的梯形槽内均匀运动。
在操作过程中：工人事先将磨削组件放置在要准备加工的大型法兰3上，工人开启电机813，电机813带动磨削刀具815转动，操作者推动推力手柄88使机床向前匀速运动。
磨削的作用在于加工出密封面所需要的粗糙度，并在加工过程中去除密封面加工过程中接刀高点特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大型法兰的现场加工工艺，其特征在于：包括以下加工工艺步骤；
S1，在现场利用激光跟踪仪对机加工大法兰机床地面进行测量取点，利用平行垫铁把待加工法兰放置面调整水平；
S2，现场安装并调试好待加工的大型法兰(3)后，使用激光跟踪仪和电子水平仪配合找出大型法兰(3)圆心；其中，在S2中，激光跟踪仪测量出整个大型法兰(3)待加工面在现场坐标系的中Z轴的坐标值，找到大型法兰(3)待加工面的Z坐标的最小处并标记，利用电子水平仪以最低点为参照在大型法兰(3)内壁打出水平线，电子水平仪打出的水平线后，利用激光跟踪仪参照以电子水平仪打出的水平线所在平面为基准测定出该平面下内壁的直径，电脑通过测量数据找到内壁圆环的圆心；
S3，安装好转动调整支座(7)及桁架支臂(5)；
S4，确认路径没问题后，稳定转动调整支座(7)及铣削机床(1)；
S5，利用跟踪仪找到待加工法兰平面最低点，然后确定出初始加工区段；
S6，加工第一区段，铣密封面及燕尾槽底槽及燕尾槽，铣削完成后铣削机床(1)回零，换刀具磨加工完燕尾槽；
S7，完成后铣削后，松开机床工装台面(2)，移动至下一区段调整水平后固定铣削机床(1)，移动后位置让铣削机床(1)零点处于上一加工区段的尾端内；利用三维测头和对刀仪对加工完燕尾槽进行检测，电脑通过数据拟合出这一区段燕尾槽加工路径；
S8，使用法兰密封面磨削机(8)对铣削机床(1)移动后的上一区段进行磨削处理，消除区段之间的接刀痕；其中，所述法兰密封面磨削机(8)包括安装座(821)、两个电机(813)、两个磨削刀具(815)及四个移动轮(81)；所述两个电机(813)均固定在安装座(821)上，两个电机(813)均通过传动机构带动磨削刀具(815)旋转，所述两个磨削刀具(815)前后并排且左右对向设置并转动安装在安装座(821)上，两个磨削刀具(815)底面和法兰密封槽底面平齐，所述安装座(821)前后两端均安装有两个移动轮(81)；
S9，磨削完成后，将磨削机移除，关机锁紧各轴移动机床；调平并紧固机床在下一段待加工区段内；
S10，移动机床调平后，利用测头对已加工平面及未加工平面进行取点测量，确定下一段加工平面的Z值坐标，并开始加工，重复S6、S7、S8、S9、S10，直至加工完成。
2.根据权利要求1所述的一种大型法兰的现场加工工艺，其特征在于：在S7中，铣削机床(1)每次行进的加工长度为1米，当完成1米范围的加工后，将铣削机床(1)整体延加工轨迹逆时针移动，移动至下一个待加工区段。
3.根据权利要求1所述的一种大型法兰的现场加工工艺，其特征在于：在S6中，铣削机床(1)加工后，大型法兰(3)密封面平面度优于1.5mm，且在1000mm内平面度优于0.12mm。
4.根据权利要求1所述的一种大型法兰的现场加工工艺，其特征在于：在S8中，法兰密封面磨削机(8)抛光后，光洁度优于Ra1.6。
5.一种大型法兰的现场加工装置，其特征在于：包括铣削机床(1)、机床工装台面(2)、桁架支臂(5)、桁架转动台(6)、转动调整支座(7)、法兰密封面磨削机(8)、多个法兰底座垫块(4)及多种检测设备；所述桁架支臂(5)一端固定安装在桁架转动台(6)上，所述桁架转动台(6)安装在转动调整支座(7)上，所述转动调整支座(7)放置在大型法兰(3)中心处，所述机床工装台面(2)固定安装在桁架支臂(5)另一端上，机床工装台面(2)上放置有铣削机床(1)，所述机床工装台面(2)、桁架支臂(5)和转动调整支座(7)上均放有多种检测设备，所述法兰密封面磨削机(8)放置在大型法兰(3)的加工平面上，多个法兰底座垫块(4)环绕设置在大型法兰(3)下端用于支撑和固定大型法兰(3)。
6.根据权利要求5所述的一种大型法兰的现场加工装置，其特征在于：所述多种检测设备包括划针、电子水平仪、激光跟踪仪、三维测头以及对刀仪，所述划针安装在桁架支臂(5)另一端上，所述激光跟踪仪安装在转动调整支座(7)上，所述三维测头和对刀仪放置在机床工装台面(2)上。
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