CN116944956A - 一种大直径法兰分段拼接加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大直径法兰分段拼接加工方法，用于机床加工大直径法兰，使用其上设置有圆孔的矩形测量工装辅助，包括以下步骤：S1：使用激光跟踪仪和定位工装定位大直径法兰圆心和机床相对位置；S2：按既定程序完成工件的第一段加工；S3：使用机床的测量头，执行自动测量程序，测量所述圆孔中心位置在工件坐标系中的坐标值；S5：将矩形测量工装的目视圆心位置设置为临时工件坐标系，使用机床的测量头，执行自动测量程序，自动测量所述圆孔在新坐标系下的坐标值和矩形工装直边与机床Y轴夹角；S6：自动测量程序计算工件圆心位置并设定为新工件坐标系原点；S7：拆除矩形测量工装；S8：在新工件坐标系下加工工件下一段；S9：重复步骤S3‑S8，直至加工完成。
Description
技术领域
本发明属于加工制造领域，具体涉及一种在分段加工大法兰工艺中，自动拼接圆弧的加工方法。
背景技术
端面法兰是保证密封容器密封性能的关键部件，由于大直径法兰(直径8m以上)尺寸过大，无法在常规铣床上整体加工，往往采用回转桁架一体式机床进行整体加工或专用机床分段式拼接加工。相比一体式机床整体加工，分段式拼接加工可有效降低加工成本和难度，具有较大优势。
分段式拼接加工工艺关键点在于各分段的拼接精度的保证。大直径法兰分段加工工艺中，法兰圆心未发生移动，仅机床移动换位。因此，法兰拼接精度的保证本质是不同机床加工工位下工件坐标系拟合精度的保证，即机床转移换位后高精度测量法兰圆心，建立工件坐标系加工各分段。常用的圆弧圆心测量方法有弦长弓高法和多点拟合法，弦长弓高法通过测量某段圆弧对应的弓高和弦长，利用勾股定理求得被测圆弧半径，从而定出法兰圆心；多点拟合法通过测量圆弧上多个点的位置坐标，使用最小二乘法拟合测量点所在圆弧的圆心位置及半径。使用两种方法时，由于各分段加工圆弧对应中心角角度较小，无法满足加工精度要求。以直径13米法兰为例，采用以上两种测量方法拟合圆心时，误差超过20—30mm。经过计算，两种方法一般需达到135°中心角才能满足要求。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种大直径法兰分段拼接加工方法，该方法可实现分段加工工艺中各分段基准的自动精准拟合，保证大法兰分段拼接精度，实现法兰密封面和密封槽的整体现场加工。
为实现上述目的，本发明采用如下方案：
本发明提供一种大直径法兰分段拼接加工方法，用于机床加工大直径法兰，使用其上设置有圆孔的矩形测量工装辅助，包括以下步骤：
S1：使用激光跟踪仪测量定位划线工装与大直径法兰圆心重合，固定定位划线工装并画出法兰密封槽分度圆位置线，机床对线定位，使机床Y轴指向大直径法兰圆心，定义大直径法兰圆形为工件坐标系圆心；
S2：按既定程序完成工件的第一段加工，将所述矩形测量工装固定在已加工面，使矩形测量工装直边与机床Y轴平行；
S3：使用机床的测量头，执行自动测量程序，测量所述圆孔中心位置在工件坐标系中的坐标值，通过自动测量程序自动得到工装孔中心与工件圆心的距离L以及孔心、圆心连线与机床Y轴的夹角α1；
S4：移动机床到下一段加工工位并调平；
S5：将矩形测量工装的目视圆心位置设置为临时工件坐标系，使用机床的测量头，执行自动测量程序，自动测量所述圆孔在新坐标系下的坐标值和矩形工装直边与机床Y轴夹角α2；
S6：自动测量程序计算工件圆心位置并设定为新工件坐标系原点；
S7：拆除矩形测量工装；
S8：在新工件坐标系下加工工件下一段；
S9：重复步骤S3-S8，直至加工完成。
在一些实施例中，本发明还包括以下技术特征：
步骤S1中，固定所述矩形测量工装前，利用千分表调整矩形测量工装直边与机床Y轴平行。
步骤S5具体为，根据计算得出的夹角α2和距离L，根据下式得到工件圆心位置的坐标(X0，Y0)：
X0＝Lsinα2
Y0＝Lcosα2
在步骤S3后，步骤S6前，还包括以下步骤，A1：测定机床刀头距拼接基准区的距离，并以此为基准计算法兰面加工厚度。
步骤A1具体为，机床分两次对刀，以待加工面为Z轴零坐标值面，建立机床工件坐标系，测量已加工基准面Z轴坐标值L1，L1即为待加工区域最终加工坐标值，以此保证法兰面的平面度。
本发明的有益效果是：
(1)以角度定值法为理论依据，实现了大直径法兰的高精度拼接加工，拼接精度可达0.15mm；
(2)结合自动测量工装和程序，实现了大直径法兰现场分段加工过程中各分段加工基准的自动拟合。
附图说明
图1是本发明实施例中角度定值法示意图；
图2是本发明实施例中定位划线工装示意图；
图3是本发明实施例中矩形辅助测量工装示意图；
图4是本发明实施例中拼接加工区域示意图；
图5是本发明实施例中平面拼接测量示意图；
图中，1-划线笔；2-定位杆；3-支撑架；4-测量支架；5-带圆孔的矩形辅助测量块；6-固定螺钉；7-螺母。
具体实施方式
为使本发明技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图对本发明实施例的技术方案进行完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
图1为本发明的理论依据，角度定值法示意图。在加工区铣出第一段圆弧和燕尾槽后，在燕尾槽内放置工装，调整工装侧边与Y轴平行后固定，子程序用测量头测工装孔位置(在G54下坐标)坐标值，得到向量斜边长的值L。
移动专机到新位置，调整机床。挪动过程前后法兰的原点与工装基准点位置不变，因此图中标记红色线长L为定值。在子程序打工装孔设置为G55，利用测头测出新建坐标系中工装基准点在红色坐标系中的坐标值，并计算出原点与测试工装基准点之间的连线与新坐标系中Y轴的夹角α。
根据新坐标系下工装基准点的坐标(x，y)跟夹角α及定值边长L，可以得出圆心坐标为关系式：X0＝Lsinα
Y0＝Lcosα
图2为本发明中的定位划线工装，工装由1-划线笔，2-定位杆，3-支撑架，4-测量支架组成，使用时结合激光跟踪仪测量数据调整测量支架与大直径法兰圆心重合并固定，调整2-定位杆，测量1-划线笔上方测量点距4-测量支架中心长度，使之与密封槽分度圆直径相同，测量完成后2-定位杆通过3-支撑架与测量支架固定。旋转2-定位杆在大直径法兰工装表面划线，完成定位工作。
图3为本发明中的辅助测量工装，包括：带圆孔的矩形辅助测量块5；固定螺母6；螺钉7。其中螺钉头与法兰燕尾槽尺寸相同，可装夹进法兰燕尾槽，带圆孔的矩形工装侧边与法兰机床Y轴平行后，通过螺钉紧固。
图4为本发明中机床拼接加工示意图。加工区域1完成加工后，安装矩形测量工装，用百分表调整矩形侧边与机床Y轴平行后固定工装；执行自动测量程序，测量工装圆孔中心坐标值；完成测量后移动机床至加工区域2，调平机床并使机床X轴对齐定位线；执行自动测量程序自动设定新机床工件坐标系坐标原点X值和Y值；开始加工区域2的加工工作。
图5为本发明中的平面拼接示意图。图4中加工区域2开始加工前，需测得定位固定后机床刀头距拼接基准区(如图5所示)的距离，并以此为基准计算法兰面加工厚度。机床分为两次对刀，以待加工面为Z轴零坐标值面，建立机床工件坐标系。测量已加工基准面Z轴坐标值L1，L1即为待加工区域最终加工坐标值，以此保证法兰面的平面度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”和“示例”等述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相对的实施例或示例中以合适的方式结合。
必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种大直径法兰分段拼接加工方法，用于机床加工大直径法兰，其特征在于，使用其上设置有圆孔的矩形测量工装辅助，包括以下步骤：
S1：使用激光跟踪仪测量定位划线工装与大直径法兰圆心重合，固定定位划线工装并画出法兰密封槽分度圆位置线，机床对线定位，使机床Y轴指向大直径法兰圆心，定义大直径法兰圆形为工件坐标系圆心；
S2：按既定程序完成工件的第一段加工，将所述矩形测量工装固定在已加工面，使矩形测量工装直边与机床Y轴平行；
S3：使用机床的测量头，执行自动测量程序，测量所述圆孔中心位置在工件坐标系中的坐标值，通过自动测量程序自动得到工装孔中心与工件圆心的距离L以及孔心、圆心连线与机床Y轴的夹角α1；
S4：移动机床到下一段加工工位并调平；
S5：将矩形测量工装的目视圆心位置设置为临时工件坐标系，使用机床的测量头，执行自动测量程序，自动测量所述圆孔在新坐标系下的坐标值和矩形工装直边与机床Y轴夹角α2；
S6：自动测量程序计算工件圆心位置并设定为新工件坐标系原点；
S7：拆除矩形测量工装；
S8：在新工件坐标系下加工工件下一段；
S9：重复步骤S3-S8，直至加工完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，固定所述矩形测量工装前，利用千分表调整矩形测量工装直边与机床Y轴平行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5具体为，根据计算得出的夹角α2和距离L，根据下式得到工件圆心位置的坐标(X0，Y0)：
X0＝Lsinα2
Y0＝Lcosα2
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3后，步骤S6前，还包括以下步骤，A1：测定机床刀头距拼接基准区的距离，并以此为基准计算法兰面加工厚度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A1具体为，机床分两次对刀，以待加工面为Z轴零坐标值面，建立机床工件坐标系，测量已加工基准面Z轴坐标值L1，L1即为待加工区域最终加工坐标值，以此保证法兰面的平面度。
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