TK6920數控鏜銑床加工水電閘門技術

李 亮

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

TK6920數控鏜銑床加工水電閘門技術

李 亮

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

TK6920數控鏜銑床是在加工大型工件中應用廣泛，精度及生產效率高的先進設備。水電弧形工作閘門弧面半徑大，弧面面積大，運用TK6920數控鏜銑床配合萬能銑頭可一次裝夾完成弧面的粗精加工。平面閘門節間有凹槽凸臺、節間連接面連接螺栓孔、水封面、主輪孔等加工，TK6920數控鏜銑床配合數控回轉工作臺及垂直銑頭可一次裝夾完成所有工序的粗精加工。

數控鏜銑床；水電弧形與平面閘門；加工

1 加工弧形閘門

觀音巖工程左沖砂底孔弧形工作閘門，孔口尺寸4 m×4 m，底檻高程為1 028 m，閘門設計水頭為106 m，總水壓力38 333 kN，封水寬度為5 m，弧門半徑9 m，門葉分2個制造單元制造，閘門封水形式為沖壓水封+常規水封，主水封為伸縮式沖壓水封止水，常規水封為“P60”橡塑水封，針對弧門的特性，弧門的加工歩聚如下：

1.1 門葉加工工藝分析

弧門的半徑為9 000 mm，寬度為4 968 mm，其材料為Q345B，總重約為32 000 kg，共分為2節制造加工。利用西門子TK6920數控落地鏜銑床配合萬能銑頭（任意角度旋轉，旋轉精度為6’）加工，不僅保證弧面精度，而且大大提高了加工速率。底節弧長3 531.6 mm，對應的圓心角為22.483°，頂節門葉弧長為3 099 mm，對應的圓心角為19.729°，弧面公差精度要求為0～-1 mm，表面粗糙度為12.5。根據精度要求合理等分弦長K（即每次刀盤的吃刀寬度），選擇等分圓心角為 θ=0.8°（θ=2×arcsin（K/2/R）），對應的 K=125.663 mm，弧面公差為△=R×［1-cos（θ/2）］，代入公式得△=0.219 mm，與 CAD 放樣的公差一致，符合圖紙公差要求。

1.2 門葉加工坐標計算

（1）底節加工通過CAD放樣坐標，刀盤刀尖至萬能銑頭回轉軸的旋轉中心距離L=300，R+L=9300。

CAD放樣圖見圖1

圖1 放樣圖

（2）底節加工通過三角函數計算坐標

函數坐標 Yn=（R+L）× sin［（nθ）］；Zn=-（R+L）×｛1-cos（nθ）｝；

R為弧門半徑，L為萬能銑頭上盤銑刀刀尖到回轉軸的距離，n∈｛0，1，2…｝，θ角從 0°開始依次增加0.8°（弧門分節處通過圓心）。

計算坐標數據見表1。

（3）頂節門葉坐標計算

頂節門葉坐標計算與底節門葉計算方法相同。

表1

1.3 工件找正及裝夾

（1）先根據鉚工事先畫好的基準線，用劃線尺找正弧面水平方向，再找正X軸方向，用百分表接觸毛坯表面拉平，然后找正弧面，使基準線與圓心的連線與機床Y軸垂直（因弧門分節處通過圓心），找正弧面的坐標如下（表2）：

表2

（2）毛坯加工余量為5 mm，為保證面板加工后厚度不小于圖紙尺寸，用百分表找正弧面后的機床工件坐標數據與表2對應的Z值的差值在0～-5。

（3）確認找正后，再用墊片墊在弧門與墊塊有空隙的地方，選用合適的受力位置，用壓板把弧門壓緊在固定工作臺上。

1.4 刀具選擇

采用平面刀盤直徑為160 mm，9片YT5的三角刀片銑削（三角型刀片排屑量好，散熱塊，價格便宜，YT5的材質適合加工Q345B鋼材）[2]，最大處加工量為5 mm，采用300 r/min的轉速，進給率300 mm/min加工。

1.5 對刀

首先機床回零，手動調整萬能銑頭起始角度，與第一刀的角度相同為0°，根據找正的數據選擇對刀點，設置工件坐標系原點（G55 X0 Y0 Z0）[6]

1.6 編程加工

后續每加工完一等分弦長，先調整萬能銑頭的角度與坐標值對應的角度相同，按照相應的數值編好數控程序加工（表3）。

表3

2 加工平面閘門

阿海水電站平面定輪滾動閘門門葉總長12 800 mm，寬 6 950 mm，高 1 575 mm，總重 133 619 kg，主要分5節加工。單節長6 950 mm，寬3 200 mm，高1 575 mm。節間采用凹槽與凸臺配合定位，螺栓連接，水封采用“P60”橡塑水封，主輪踏面與水封的垂直距離尺寸公差在1 mm之內，從而保證水封壓縮5 mm，達到封水的效果。

平面定輪滾動門葉加工歩聚：

2.1 門葉工藝分析

（1）主要加工內容：銑削水封座板、銑削節間面、銑削凹槽與凸臺、鏜削φ260的主輪孔、鏜削φ300與φ306的吊耳梨形孔、銑削斜端面。

（2）加工精度要求：門葉橫向直線度≤2.0、門葉底緣直線度≤0.5、門葉底緣傾斜度≤1.0。

（3）零件特點分析：該零件主要由平面及孔系組成，其中4-φ260H9 4個內孔的表面粗糙度要求較高，為Ra1.6；而凹槽及凸臺配合要求更高，凹槽與凸臺長度方向配合要求精度為500K7與500h6，節間面要求平面度精度各為1 mm，節間面平行度要求精度為1 mm。TK6920數控落地鏜銑床配合回轉工作臺（B軸及V軸），單節門葉裝夾一次加工完所有工序。按照先面后孔、先粗后精、先基面后控制面的原則確定加工順序。加工工序為：先銑削連接水封面→銑削節間連接面（包含凹槽或凸臺）→旋轉工作臺180°用同樣的方法加工節間面（包含凹槽或凸臺）→工作臺旋轉90°（180°）鏜削φ260的主輪孔。

2.2 門葉找正及裝夾

門葉擺放在回轉工作臺的墊塊上，用水平儀以門葉邊梁4個角找正水平，保證其扭曲3.5 mm之內及加工后節間之間面板的錯臺2 mm之內，按照鉚工劃好的節間連接面的粗基準拉直，用壓板在合適位置壓好。

2.3 刀具選擇

數控加工中，銑削平面零件內外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關參數的經驗數據如下：①銑刀半徑RD應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑 R min，一般取 RD=（0.8～0.9）R min；②零件的加工高度 H＜（1/4～1/6）RD[2]，以保證刀具有足夠的剛度；③用平底立銑刀銑削底部時，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑R e=R-r，即直徑為d=2R e=2（R-r）[5]，編程時取刀具半徑為 R e=0.95（R r）。對于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。刀具選擇應考慮工件的材質及吃刀量，粗加工刀具、精加工刀具，面、凹槽、凸臺加工刀具，主輪孔鏜刀。根據零件特點所選銑刀（表4）。

表4

2.4 對刀

加工平面門葉時，以水平儀找正的邊梁平均值對刀設為原點（G55 Y0）。

2.5 加工

（1）以原點起刀10 mm加工水封座板面（E面），（保證水封平面度0.5mm之內）如圖2所示：

圖2

（2）以鉚工劃好的粗基準線加工完其中一節間連接面，工作臺旋轉180°，再加工另一節間連接面（保證兩節間連接面的平行度在0.5 mm）。

（3）以加工好的水封座板及節間連接面加工凹槽及凸臺（保證兩節門葉組裝后凹槽與凸臺配合緊密，同時保證水封的整體平面度及主輪的平面度）。

（4）以加工好的水封座板及節間連接面為基準加工主輪孔（保證主輪孔與水封的高差0.5 mm之內，整體組裝時所有主輪的平面度在1 mm之內）。

（5）加工底節斜面，配合萬能銑頭，萬能銑頭往上旋轉9.46°進行加工底節斜面（保證與門槽底坎角度配合，圖3）。

圖3 門葉底節斜端面角度圖

3 結語

大型弧門與大型平面滾動閘門的加工精度與加工成本一直是水工產品加工的一大難題。大型弧門若采用傳統的弧面數控編程加工方式及平面閘門采用多次裝夾，則加工時間過長，降低精度，阻礙生產進度，增加制造成本。而TK6920數控鏜銑床采用數字化控制實現四軸聯動配備萬能銑頭，在大型弧門加工采用等分弦長加工及平面閘門一次裝夾加工中各個方面都占優勢，從裝夾上減少裝夾次數，簡化工序，達到節約時間，一次裝夾加工多個工步，減少二次裝夾產生的累計誤差，在水電閘門大型工件加工中非常實用。

[1]趙長旭.數控加工工藝課程指導書[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[2]艾興，肖詩綱.切削用量簡明手冊[M].3版.北京：機械工業出版社，2004.

[3]鄭貞平，喻德，張小紅.UGNX 5.0數控加工典型范例[M].北京：電子工業出版社，2008.

[4]李業農.數控機床及其應用[M].北京：國防工業出版社，2008.

[5]余英良.數控機床加工技術[M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]周保牛.數控銑削與加工中心技術[M].北京：高等教育出版社，2007.

TV663

B

1672-5387（2017）10-0059-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.020

2017-07-21

李 亮（1985-），男，助理工程師，從事水利水電設備機械加工工作。