CN114700514B - 一种换热管与管板封口焊后内孔加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热管与管板封口焊后内孔加工方法，换热管与管板封口焊后内孔加工装置包括底座、主轴箱、加长刀杆、加工钻头和锁紧装置，各换热管轴线均与水平面平行，底座可在水平面上相对待加工产品移动或固定，主轴箱在底座上且可相对于底座在水平面沿垂直于换热管轴线的方向移动或相对底座升降；加长刀杆两端分别与主轴箱上的输出轴、加工钻头固定且同轴设置，加工钻头可调至与换热管轴线在水平面平行，扩、铰孔钻头均设有导向段；锁紧装置启动时将底座与主轴箱锁紧，加工钻头包括扩孔和铰孔钻头，扩孔加工时锁紧装置启动，铰孔加工时锁紧装置关闭。采用上述加工方法缩短了找正时间，提高了加工效率。

Description

一种换热管与管板封口焊后内孔加工装置及方法
技术领域
本发明属于核电快堆蒸发器加工领域，具体涉及一种换热管与管板封口焊后内孔加工装置及方法。
背景技术
目前，对蒸发器换热管与管板封口焊后进行内孔加工，采用落地镗铣床的镗杆驱动加工刀具对其进行加工，而换热管与管板封口焊后，由于焊接变形的原因，使得换热管在焊接前的位置发生了变化，虽然发生的位置度变化不大，但是对于后续的对换热管内孔的加工时，机床镗杆就要对每一个换热管的位置进行重新找正，以保证加工完成的内孔与换热管外圆同心。落地镗铣床的镗杆在内孔加工时，必须经过调整镗铣床的主轴，将镗杆的轴线调整至与换热管的轴线重合，才能加工出与换热管外圆同心的内孔，否则将会发生内孔与换热管外圆不同心，甚至出现加工孔与换热管外圆偏斜。每台蒸发器的换热管少至600多个，甚至可以达到10000多个密集排列，加工时需要对每个换热管都进行找正，加工效率低。
因此，需要一种新的技术以解决现有技术中对换热管与管板封口焊后的内孔的加工效率低的问题。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种换热管与管板封口焊后内孔加工装置机方法，其具有找正时间短，加工效率高的效果。
本发明采用了以下技术方案：
一种换热管与管板封口焊后内孔加工装置，包括底座、主轴箱、加长刀杆、加工钻头和锁紧装置，换热管与管板封口焊后形成待加工产品，所述待加工产品水平放置且各所述换热管轴线均与水平面平行，所述底座可在水平面上相对所述待加工产品移动和固定，所述主轴箱安装在所述底座上，所述主轴箱可相对于所述底座在水平面上沿垂直于所述换热管轴线的方向上移动，所述主轴箱还可相对所述底座升降运动；
所述主轴箱上设有输出轴，所述加长刀杆的两端分别与所述输出轴、所述加工钻头固定连接，所述输出轴、所述加长刀杆、所述加工钻头同轴设置，所述输出轴可沿所述换热管轴线方向伸出或缩回，所述加工钻头可调节至与所述换热管轴线在水平面平行，所述加工钻头包括扩孔钻头和铰孔钻头，所述扩孔钻头在靠近所述换热管的一端设有用于加工导向的第一导向段，所述铰孔钻头在靠近所述换热管的一端设有用于加工导向的第二导向段；
所述锁紧装置启动时将所述底座与所述主轴箱在水平方向上锁紧，扩孔加工时所述锁紧装置启动，所述扩孔钻头与所述加长刀杆固定连接；铰孔加工时所述锁紧装置关闭，所述铰孔钻头与所述加长刀杆固定连接。
作为本发明技术方案的进一步改进，还包括滚轮架，所述滚轮架设有若干成对设置的滚轮，所述管板位于所述成对设置的两滚轮之间，所述管板的直径大于两滚轮之间的间距。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述底座在水平面上设有滑动副，所述主轴箱可沿所述滑动副移动。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述扩孔钻头上靠近所述第一导向段的一端设有用于扩孔加工的第一加工段，所述第一导向段的直径小于所述第一加工段的直径，所述第一导向段的长度L为15mm~18mm。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述铰孔钻头上靠近所述第二导向段的一端设有用于铰孔加工的第二加工段，所述第二导向段的直径小于所述第二加工段的直径，所述第二导向段的长度小于所述第二加工段的长度。
作为本发明技术方案的进一步改进，还包括调节装置，所述调节装置包括水平仪、水平测量表和水平尺，所述水平仪用于将所述换热管调整至水平排列；
调节时，所述水平测量表可拆卸地安装在所述输出轴上，所述水平尺与同一层的所述换热管连接，所述水平测量表与所述水平尺连接。
一种换热管与管板封口焊后内孔加工方法，包括如上所述的换热管与管板封口焊后内孔加工装置，包括以下步骤：
S1.将待加工产品水平放置并安装加工钻头，其中，扩孔加工时将扩孔钻头安装在加长刀杆上，铰孔加工时将铰孔钻头安装在加长刀杆上；
S2.确定底座与换热管管口端面之间的位置并固定底座，使得输出轴与所述换热管轴线在水平面平行，同时使加工钻头与待加工产品之间具有换刀距离；
S3.水平和/或升降移动主轴箱的位置至扩孔钻头或铰孔钻头的轴线与换热管轴线重合；
S4.扩孔加工：扩孔加工时启动锁紧装置将主轴箱与底座在水平方向上锁紧，调整输出轴的长度至第一导向段插入一换热管内，启动主轴箱并开启输出轴的自动进给进行扩孔加工；
S5.铰孔加工：铰孔加工时关闭锁紧装置使主轴箱与底座在水平方向不锁紧，调整输出轴的长度至第二导向段插入一换热管内，启动主轴箱并开启输出轴的自动进给进行铰孔加工。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S1中，将待加工产品置于滚轮架上时采用水平仪调整待加工产品的位置，使待加工产品中各换热管之间的轴线在水平方向上互相平行，根据待加工产品的位置、主轴箱的进给长度、加长刀杆和加工钻头的总长确定底座的位置，将加长刀杆和扩孔钻头或铰孔钻头装配在一起后安装在输出轴上。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S2中，换刀距离为40~60mm。
作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S3中，进行加工前在输出轴上安装水平测量表，使水平尺与同一层的换热管平行设置，底座为机械滑台，移动机械滑台至水平测量表与水平尺连接，通过水平测量表的读数调整主轴箱位置，使得加工钻头的轴线与换热管轴线在水平方向上平行，调整完成后取下水平测量表与水平尺。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
加长刀杆可适配不同的加工钻头，如扩孔钻头和铰孔钻头，可以实现快速装卸加工钻头，从而可减少装卸加工钻头的时间，提高加工效率；扩孔加工时主轴箱相对底座不锁紧，在加工过程中主轴箱可相对底座产生微小移动，同时加长刀杆的削弱了加工钻头的刚性，使得加工钻头在加工过程中出现微小偏移或微小便宜的趋向时，加长刀杆的使用以及主轴箱不锁紧的设置方式的共同作用可以阻止加工钻头的偏移，即使加工钻头在加工前与换热管的轴线有微小偏移，在加长刀杆的使用以及主轴箱不锁紧的设置方式的共同作用下也可以在加工过程中逐渐使两轴线偏移至重合，不需要调整输出轴轴线与每个待加工换热管内孔轴线重合，大大减少了找正时间，从而提高了加工效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：
图1是本发明整体结构示意图；
图2是扩孔钻头结构示意图；
图3是调整时水平仪与待加工产品结构示意图；
图4是调整时水平测量表和水平尺结构示意图。
附图标记：
1-底座；
2-主轴箱；21-输出轴；22-操作手柄；
3-加长刀杆；
4-加工钻头；41-扩孔钻头；411-第一导向段；412-第一加工段；
5-换热管；
6-滚轮架；61-滚轮；
7-水平仪；
8-水平测量表；
9-水平尺。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
参照图1至图4，一种换热管与管板封口焊后内孔加工装置，包括底座1、主轴箱2、加长刀杆3、加工钻头4和锁紧装置，本方案中选用的机床为为主轴刚性较弱的滑台式万向摇臂钻床，该机床的主轴锥孔为莫氏4#，可以实现加工的自动进给，本方案的换热管5与管板封口焊后的内孔加工装置位于此机床上，底座1可优选为机械滑台，换热管5与管板封口焊后形成待加工产品，所述待加工产品水平放置且各所述换热管5轴线均与水平面平行，将待加工产品设置为卧式加工工位，机床加工时，刀具进给方向为水平方向，所述底座1可在水平面上相对所述待加工产品移动和固定，所述主轴箱2安装在所述底座1上，所述主轴箱2可相对于所述底座1在水平面上沿垂直于所述换热管5轴线的方向上移动，所述主轴箱2还可相对所述底座1升降运动，主轴箱2上设有操作手柄22或水平移动手轮，通过调整操作手柄22可驱使主轴箱2相对底座1沿水平方向运动，其中运动方向包括沿平行于换热管5轴线方向的水平运动，以及沿垂直于换热管5轴线方向的水平运动，还包括沿竖直方向上的升降运动。
所述主轴箱2上设有输出轴21，所述加长刀杆3的两端分别与所述输出轴21、所述加工钻头4固定连接，加长刀杆3可适配不同规格的加工钻头4，可以实现快速装卸加工钻头4，从而可减少装卸加工钻头4的时间，提高加工效率，所述输出轴21、所述加长刀杆3、所述加工钻头4同轴设置，所述输出轴21可沿所述换热管5轴线方向伸出或缩回，输出轴21在伸出或缩回过程中的速度可根据实际加工情况而调节，所述加工钻头4可调节至与所述换热管5轴线在水平面平行，所述加工钻头4包括扩孔钻头41和铰孔钻头，所述扩孔钻头41在靠近所述换热管5的一端设有用于加工导向的第一导向段411，所述铰孔钻头在靠近所述换热管5的一端设有用于加工导向的第二导向段，以换热管5待加工内孔直径而确定加工钻头4导向尺寸及直径尺寸，同时，为了减少刀具切削过程中的振动和机床的性能对内孔加工过程的影响，更加便于加工出与换热管5外圆同心的内孔，本方案中的扩孔刀具的切削刃为6刃直槽的结构。
所述锁紧装置启动时将所述底座1与所述主轴箱2在水平方向上锁紧，扩孔加工时所述锁紧装置启动，所述扩孔钻头41与所述加长刀杆3固定连接；铰孔加工时所述锁紧装置关闭，所述铰孔钻头与所述加长刀杆3固定连接，扩孔加工时主轴箱2相对底座1不锁紧，在加工过程中主轴箱2可相对底座1产生微小移动，同时加长刀杆3的削弱了加工钻头4的刚性，使得加工钻头4在加工过程中出现微小偏移或微小便宜的趋向时，加长刀杆3的使用以及主轴箱2不锁紧的设置方式的共同作用可以阻止加工钻头4的偏移，即使加工钻头4在加工前与换热管5的轴线有微小偏移，在加长刀杆3的使用以及主轴箱2不锁紧的设置方式的共同作用下也可以在加工过程中逐渐使两轴线偏移至重合，不需要调整输出轴21轴线与每个待加工换热管5内孔轴线重合，从而避免影响加工效率。减少了主轴箱2及底座1的提供的刚性对加工过程的干扰，只需给加长刀杆3提供扭矩和轴向力，不需要对加长刀杆3的定位进行干涉，减少了找正时间。
输出轴21上靠近加长刀杆3的一端设有输出轴21连接柄，加长刀杆3包括挡圈、钢球、过渡套、紧定螺钉、刀杆杆体、钻头连接柄、滑套、固定螺栓和连接键，通过挡圈、过渡套和紧定螺钉将输出轴21连接柄和刀杆杆体可拆卸固定连接，钻头连接柄安装在刀杆杆体上靠近加工钻头4的一端用于固定加工钻头4，卸载加长刀杆3时，用手向左移动滑套，同时向右拉动刀杆，此时安装在输出轴21连接柄中的钢球在过渡套的作用下，向外圆方向移动到达滑套的空置区域，从而脱离了输出轴21连接柄的约束，同时过渡套及刀杆杆体也向右移动而离开输出轴21连接柄，从而实现快速拆卸加长刀杆3，可按照与拆卸加长刀杆3相反的顺序快速安装加长刀杆3。
具体地，本方案的换热管5与管板封口焊后的内孔加工装置还包括滚轮架6，所述滚轮架6设有若干成对设置的滚轮61，各滚轮61的轴线相互平行且平行于于水平面的方向，所述管板位于所述成对设置的两滚轮61之间，所述管板的直径大于两滚轮61之间的间距，便于水平放置待加工产品以使各所述换热管5轴线均与水平面平行。
具体地，所述底座1在水平面上设有滑动副，所述主轴箱2可沿所述滑动副移动，在底座1的竖直方向上还设有导向杆或导轨，通过调整操作手柄22或水平移动手轮可驱使主轴箱2分别沿滑动副、导轨或导向杆移动，便于调整主轴箱2上的输出轴21的位置，从而便于调整钻头的位置。
具体地，所述扩孔钻头41上靠近所述第一导向段411的一端设有用于扩孔加工的第一加工段412，所述第一导向段411的直径小于所述第一加工段412的直径，便于第一导向段411插入换热管5内孔内，同时也便于调整扩孔钻头41的轴线与换热管5的轴线重合，减少找正的时间，提高加工效率，所述第一导向段411的长度L为15mm~18mm，所述第一导向段411直径为d=D-(0.02~0.05)mm，其中，D为待加工换热管5内孔尺寸。所述铰孔钻头上靠近所述第二导向段的一端设有用于铰孔加工的第二加工段，所述第二导向段的直径小于所述第二加工段的直径，便于第二导向段插入换热管5内孔内，同时也便于调整铰孔钻头的轴线与换热管5的轴线重合，减少找正的时间，提高加工效率，所述第二导向段的长度小于所述第二加工段的长度，铰孔钻头的导向尺寸的选择可参照扩孔钻头41的导向尺寸。
具体地，本方案的换热管5与管板封口焊后的内孔加工装置还包括调节装置，所述调节装置包括水平仪7、水平测量表8和水平尺9，所述水平仪7用于将所述换热管5调整至水平排列，调整时先将待加工产品放置在滚轮架6上，利用水平仪7将待加工产品调整水平，并使待加工的各换热管5转到水平排列状态；在调节过程中时，所述水平测量表8可拆卸地安装在所述输出轴21上，所述水平尺9与所述同一层的所述换热管5连接，所述水平测量表8与所述水平尺9连接，调节过程结束后将水平测量表8和水平尺9取下后再进行内孔加工。
一种换热管与管板封口焊后的内孔加工方法，包括如上所述的换热管与管板封口焊后内孔加工装置，包括以下步骤：
S1.将待加工产品水平放置并安装加工钻头，其中，扩孔加工时将扩孔钻头安装在加长刀杆上，铰孔加工时将铰孔钻头安装在加长刀杆上。将待加工产品置于滚轮架上时采用水平仪调整待加工产品的位置，使待加工产品中各换热管之间的轴线在水平方向上互相平行，根据待加工产品的位置、主轴箱的进给长度、加长刀杆和加工钻头的总长确定底座的位置，将加长刀杆和扩孔钻头或铰孔钻头装配在一起后安装在输出轴上。
S2.确定底座与换热管管口端面之间的位置并固定底座，使得输出轴与所述换热管轴线在水平面平行，同时使加工钻头与待加工产品之间具有换刀距离，换刀距离一般为40~60mm。
S3.水平和/或升降移动主轴箱的位置至扩孔钻头或铰孔钻头的轴线与换热管轴线重合，进行加工前在输出轴上安装水平测量表，使水平尺与同一层的换热管平行设置，底座为机械滑台，移动机械滑台至水平测量表与水平尺连接，通过水平测量表的读数调整主轴箱位置，使得加工钻头的轴线与换热管轴线在水平方向上平行，调整完成后取下水平测量表与水平尺，其中，水平测量表可优选为百分表。还可使用支撑芯棒以辅助调整，在已调整水平的同一排换热管中插入支撑芯棒，并在支撑芯棒上放置一块水平尺，然后启动机床使底座延着水平方向移动，并在输出轴上吸附水平测量表的测量表座，使水平测量表的测头与水平尺接触，通过读取水平测量表的读数调整底座和主轴箱的位置，使得底座与主轴箱水平移动至与换热管轴线在水平方向保持平行，一般情况下找正的平行度的范围为0.02~0.05mm。
S4.扩孔加工：在扩孔加工过程中，启动机床后手动操作机床上主轴箱的进给手柄，调整输出轴的长度至第一导向段伸入一换热管内时，缓慢地将安装有带前置导向的扩孔钻头的第一导向段插入待加工换热管孔内，在启动主轴箱并开启输出轴的自动进给进行扩孔加工前，观察第一导向段与待加工换热管内孔之间的间隙是否偏离较大，若观察到偏离较大时，用手轻轻驱动机床主轴箱的水平移动手轮，使其间隙基本均匀，然后锁住主轴箱与底座，即启动锁紧装置将主轴箱与底座在水平方向上锁紧，然后启动主轴的自动进给进行扩孔加工，其中，扩孔加工时输出轴的转速可优选为113转/分钟，进给量可优选为0.3mm/转。
S5.铰孔加工：在铰孔加工过程中，启动机床后手动操作机床的进给手柄，调整输出轴的长度至第二导向段插入一换热管内时，缓慢地将安装有带前导向的铰孔钻头的第二导向段伸入待加工换热管孔内，同时观察第二导向段与待加工换热管内孔之间的间隙是否偏离较大，若观察到偏离较大时，用手轻轻驱动机床主轴箱的水平移动手轮，使其间隙基本均匀，铰孔加工时关闭锁紧装置使主轴箱与底座在水平方向不锁紧，然后直接启动主轴的自动进给进行铰孔加工，其中，输出轴转速可优选为113转/分钟，进给量可优选为0.1mm/转。
对与相同数量的换热管与管板封口焊后的换热管内孔加工过程，采用本方案进行2小时的找正时间即可完成采用移动镗铣床进行8小时找正时间的工作量，缩短了找正时间。同时，采用本方案时每个换热管内孔进行扩孔和铰孔加工的加工时间为3分钟，与使用移动镗铣床时每个换热管内孔进行扩孔和铰孔加工的加工时间为6分钟对比，缩短了加工时间，极大地提高了工作效率。
本发明所述的一种换热管与管板封口焊后内孔加工装置及方法的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：包括换热管与管板封口焊后内孔加工装置，所述换热管与管板封口焊后内孔加工装置包括底座、主轴箱、加长刀杆、加工钻头和锁紧装置，换热管与管板封口焊后形成待加工产品，所述待加工产品水平放置且各所述换热管轴线均与水平面平行，所述底座可在水平面上相对所述待加工产品移动和固定，所述主轴箱安装在所述底座上，所述主轴箱可相对于所述底座在水平面上沿垂直于所述换热管轴线的方向上移动，所述主轴箱还可相对所述底座升降运动；
所述主轴箱上设有输出轴，所述加长刀杆的两端分别与所述输出轴、所述加工钻头固定连接，所述输出轴、所述加长刀杆、所述加工钻头同轴设置，所述输出轴可沿所述换热管轴线方向伸出或缩回，所述加工钻头可调节至与所述换热管轴线在水平面平行，所述加工钻头包括扩孔钻头和铰孔钻头，所述扩孔钻头在靠近所述换热管的一端设有用于加工导向的第一导向段，所述铰孔钻头在靠近所述换热管的一端设有用于加工导向的第二导向段；
所述锁紧装置启动时将所述底座与所述主轴箱在水平方向上锁紧，扩孔加工时所述锁紧装置启动，所述扩孔钻头与所述加长刀杆固定连接；铰孔加工时所述锁紧装置关闭，所述铰孔钻头与所述加长刀杆固定连接；
换热管与管板封口焊后内孔加工方法包括以下步骤：
S1.将待加工产品水平放置并安装加工钻头，其中，扩孔加工时将扩孔钻头安装在加长刀杆上，铰孔加工时将铰孔钻头安装在加长刀杆上；
S2.确定底座与换热管管口端面之间的位置并固定底座，使得输出轴与所述换热管轴线在水平面平行，同时使加工钻头与待加工产品之间具有换刀距离；
S3.水平和/或升降移动主轴箱的位置至扩孔钻头或铰孔钻头的轴线与换热管轴线重合；
S4.扩孔加工：扩孔加工时启动锁紧装置将主轴箱与底座在水平方向上锁紧，调整输出轴的长度至第一导向段插入一换热管内，启动主轴箱并开启输出轴的自动进给进行扩孔加工；
S5.铰孔加工：铰孔加工时关闭锁紧装置使主轴箱与底座在水平方向不锁紧，调整输出轴的长度至第二导向段插入一换热管内，启动主轴箱并开启输出轴的自动进给进行铰孔加工。
2.根据权利要求1所述的换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：所述换热管与管板封口焊后内孔加工装置还包括滚轮架，所述滚轮架设有若干成对设置的滚轮，所述管板位于所述成对设置的两滚轮之间，所述管板的直径大于两滚轮之间的间距。
3.根据权利要求1所述的换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：所述底座在水平面上设有滑动副，所述主轴箱可沿所述滑动副移动。
4.根据权利要求1所述的换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：所述扩孔钻头上靠近所述第一导向段的一端设有用于扩孔加工的第一加工段，所述第一导向段的直径小于所述第一加工段的直径，所述第一导向段的长度L为15mm~18mm。
5.根据权利要求1所述的换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：所述铰孔钻头上靠近所述第二导向段的一端设有用于铰孔加工的第二加工段，所述第二导向段的直径小于所述第二加工段的直径，所述第二导向段的长度小于所述第二加工段的长度。
6.根据权利要求1所述的换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：所述换热管与管板封口焊后内孔加工装置还包括调节装置，所述调节装置包括水平仪、水平测量表和水平尺，所述水平仪用于将所述换热管调整至水平排列；
调节时，所述水平测量表可拆卸地安装在所述输出轴上，所述水平尺与同一层的所述换热管连接，所述水平测量表与所述水平尺连接。
7.根据权利要求1所述的换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：步骤S1中，将待加工产品置于滚轮架上时采用水平仪调整待加工产品的位置，使待加工产品中各换热管之间的轴线在水平方向上互相平行，根据待加工产品的位置、主轴箱的进给长度、加长刀杆和加工钻头的总长确定底座的位置，将加长刀杆和扩孔钻头或铰孔钻头装配在一起后安装在输出轴上。
8.根据权利要求1所述的换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：步骤S2中，换刀距离为40~60mm。
9.根据权利要求1所述的换热管与管板封口焊后内孔加工方法，其特征在于：步骤S3中，进行加工前在输出轴上安装水平测量表，使水平尺与同一层的换热管平行设置，底座为机械滑台，移动机械滑台至水平测量表与水平尺连接，通过水平测量表的读数调整主轴箱位置，使得加工钻头的轴线与换热管轴线在水平方向上平行，调整完成后取下水平测量表与水平尺。
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