特大型圆弧面的数控加工方法

　　一、前言

　　国家重点水利枢纽工程--黄河小浪底排沙洞弧门三扇，明流洞弧门三扇(包括与之配套的门槽、门楣、门坎)共计六组套。它们外形尺寸大，较重，技术要求高，制造难度大。本文重点介绍明流洞弧门门叶的弧面加工工装制造与弧面加工过程。

　　明流洞弧门单重407t，弧门门叶高12 000mm，宽8 000mm 弧面迎水面半径R=20 000±2mm，平面度≤□200:0.15，表面粗糙度Ra12.5µm，分左、右两瓣制造，并退火，整体加工。出厂前，要将门坎在厂内进行组装，检查结合面的密封精度并验收。

　　二、弧门门叶外圆加工工装设计与制造

　　一般大型水利工程机械零件的加工都是将加工件安装在用成型钢材组焊的工装上，切削装置和刀具沿加工件移动进行切削加工。

　　明流洞弧门门叶外圆加工工装设计是在原加工排沙洞弧门门叶工装基础上进行了改造，如图1所示;加长了铣削床身13、支臂11、中心轴7。工装两支臂在加工过程中要求每节成对加工，长度保证误差在±1mm的范围内。中心轴7与工装活动支铰6、两支臂11及铣削床身13组装一体后要保证各件的水平度和与连接件的垂直度要求。中拖板19大拖板15与床身13分别进行配刮与研磨，保证其水平度和垂直度误差≤0.05mm(全长范围内)。

　　1.弧门门叶 2.起吊门架 3.弓形卸扣 4.弧门支架 5.活动支铰 6.工装活动支铰 7.中心轴 8.工装固定支铰 9.底座 10弧门支架 11.长支臂 12.短支臂 13.铣削床身 14.传动齿轮齿条副 15.大拖板 16.变速箱 17.进刀箱 18.手动轮 19.中拖板 20.动力头 21.铣刀盘 22.定位板座 23.手动葫芦 24.定位板 25.钢丝绳 26.找正盘 27.定位盘 28.找正顶针

　　图1 加工弧门门叶外圆工装

　　工装上设计有找正工具，以中心轴为基准通过找正盘26，找正顶针28分别找正弧门两边弧面外圆加工的基准线。

　　工装上下移动依靠手动葫芦23、起吊门架2、弓形卸扣3及钢丝绳25控制。工装动力头在铣削弧门时，依靠定位板座22、定位板24连接固定。

　　传动齿轮、齿条副14，变速箱16控制动力头横向走刀和速度调整。进刀箱17控制动力头20进刀量。也可手动或微调。

　　三、弧门门叶外圆加工

　　1. 将组装好的弧门门叶1支架4活动支铰5连接成一个整体，按图1(弧门工作位置)用支架10支承、固定并找正，要求弧面曲率半径R=20 000mm 留5～8mm 加工余量。

　　2. 将中心轴7、定位盘27分别装在弧门活动支铰5孔中，利用找正盘26和拉尺及划针，划出弧门两边加工线(要求拉尺在70N拉力作用下使用)。

　　3. 分别将工装活动支铰6、固定支铰8、装在中心轴7上，并固定在底座9上。连接组装好的两支臂、件11、12以及床身13(床身上的动力头、变速箱、进刀箱、大拖板、中拖板等应预先装配完整并试好车)。

　　4. 弧门两侧面分别焊上可调的定位板24，工装短支臂对应固定定位板座22。起吊门架焊在弧门顶部，挂上手动葫芦及钢丝绳，如图1所示。

　　5. 利用装在床身上的找正顶针28，以划好的弧门加工线为基准，工装以中心轴7为圆心，上下转动检查顶针与弧门两侧面加工线是否重合，如果尺寸有偏差，可调整两支臂，使顶针与加工线吻合。

　　6. 弧门进行铣削时应由上向下进行，每次按定位板距150mm 位移后固定。第一刀为粗铣，留1～2mm余量，第二刀为精铣，铣到尺寸要求。

　　四、弧门加工工装设计要点

　　动力头、铣刀盘中心线应垂直弧门弧面的切线方向，方能进行铣削加工弧门，因为动力头在床身上滑动并垂直床身，因此，床身与短支臂的连接，必须有一夹角才能满足加工精度，如图2所示。

1.床身头部连接板 2.支臂中心线 3.支臂头部连接板 4.床身中心线

图2 床身与支臂连接

　　所以，床身中心与支臂中心在制造安装时要求偏移2°03'夹角。

　　弧门弧面在加工过程中因走刀是一排排进行，刀盘有效加工宽度为150mm，刀盘直径为250mm(走刀宽度为刀盘直径的3/5)如图3所示，1为加工后弧门轮廓线，2为加工前弧门轮廓线，其加工后的平面度为：

　　CD=OA-OC=20 000-19 999.86=0.14≤0.15(mm)

图3 加工后的平面度

　　经生产加工后检验弧门平门度符合产品设计要求。