浮动盘管换热器
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龙门移动式多轴数控钻床在加工管桥式钛制换热器产品中的应用点击：1744 日期：[ 2014-04-26 21:35:31 ] |
| 龙门移动式多轴数控钻床在加工管桥式钛制换热器产品中的应用 王德伟 （宝钛集团有限公司装备设计制造公司，陕西宝鸡721014） 摘要：通过应用多轴数控钻床，使钛制换热器产品加工效率及质量得到了明显提高，该加工技术在化工、制碱、制盐等行业的装备制造中有着广泛的实际意义。 关键词：数控钻床；钛制换热器；管板；折流板 1·前言 宝钛集团有限公司装备设计制造公司是从事钛制压力容器设备制造的专业生产厂家，主要产品有换热器、反应釜、塔器等非标产品，其中换热器产品占公司总产品数量的40%左右。钛制换热器主要部件管板及折流板（根据产品规格及技术条件）的加工量占整个产品的30%~60%，同时也是产品质量控制中的关键部分。2003年本装备设计制造公司与设备制造厂家山东法因公司进行工艺技术交流，提出产品加工工艺技术条件，法因公司根据要求进行新的设计，经审核确认后，最终生产制造出满足非标孔距尺寸等技术条件的四轴龙门移动式数控钻床，该设备的工艺技术结构是国内首创[1,2]。 2·钛钢复合管板、折流板的传统加工方法及不足 管板、折流板的换热管管孔的传统加工方法是采用普通摇臂钻床加工，其加工方法存在不足： 1）加工效率低，工人劳动强度大。 以加工一块直径3700 mm管板（管板孔直径25 mm、孔数量为4700个）为例，全部孔加工成型需要28天。换热器产品有2块相同的管板，有折流板4~12块，折流板管孔直径、数量与管板相同，如果以单机台考虑2部件加工成型至少需要2个月时间。可见用摇臂钻床加工的工效低下，工人的劳动强度较大。 2）加工工序多，工序时间长，整体加工周期长。 为保证每个孔的中心距尺寸，在加工时考虑孔加工定位精度，通常采用在模板上人工画线，在镗床进行精加工孔，以此作为引孔板，或在管板上直接人工画线的方法。孔的实际加工采用3道工序，即先钻孔、再进行扩孔加工、最后进行铰孔。管板、折流板孔的加工周期占整个设备的制作周期的1/3以上。 3）孔加工时定位精度低，孔中心距尺寸误差大，产品质量无法从根本上得到保证。 如上所述，孔中心距的工艺技术方法主要凭借人的实际经验及简单工具来实现，在实际生产中通过上述方法确保孔中心距尺寸很难做到，从而导致1台设备中，2管板之间的孔中心线无法同心，整个设备的制造质量无法从根本上获得保证。 3·多轴数控钻床的结构特点 1）数控钻床主要部件的结构更新，提高设备整体动静刚性。 数控钻床主要部件床身及龙门架采用钢板及型钢焊接结构，取代了传统的铸铁及铸造结构。焊接结构的优点有：制造周期短，省去了制造木模和铸造工序，不易出废品，焊接件在设计上自由度大，便于产品更新，扩大规模和改进结构；并达到与铸造相同、甚至更好的结构特性，同时焊接床身的刚性高于铸造床身。采用有限元法计算焊接床身和铸造床身的刚度（见表1）。 从表1看出，焊接床身的刚度高于铸造床身。另外，焊接床身采用钢板、其弹性模量E为2×105MPa，而铸铁弹性模量为1.2×105MPa，两者几乎相差一倍。因此采用钢板焊接床身有利于增大固有频率。龙门横梁的变形比例为2%~3%。 2）机械传动系统主要部件优化，设备结构得到简化，确保了设备的位置精度。 多轴数控钻床的传动系统中龙门架的移动（X方向）、动力头部件的移动（Y方向）、主轴部件的移动（Z方向）均采用高承载能力的直线滚动导轨副导向，运动及动力传递采用高精度滚珠丝杠副取代传统钻床的滑动导轨及梯形丝杠。设备结构得到简化，设备的位置精度得到保证。 滚动导轨的磨擦系数小于0.005，静摩擦力较小，很接近动摩擦力。磨擦发热少，磨损少，精度保持好。由于润滑油的作用，使得摩擦力随着速度提高而增大，有效避免了低速爬行，从而提高了定位精度和运动平稳性。直线滚动导轨副采用了四列圆弧接触型，差动滑移量小、自调整性能高、承载负荷大。 滚珠丝杠副的优点有：具有高传动效率，达90%~96%，为普通丝杠的2~4倍（比较结果见图1）；运动平稳，启动时无颤动，低速时无爬行；寿命长；磨损小、精度保持性好；可预紧消隙，提高系统的刚性。 3）独创合理的钻销动力头结构，实现主轴在规定范围内的无级调速，保证高质量的加工精度。 动力头结构如图2所示。采用变频电机经齿轮减速驱动独立主轴，实现变频无级变速，钻削动力头为D50型自控行程动力头，进给为位移式自控行程。 其主运动所采用电动机至主轴传动中经一级变速的方式，满足主轴有较宽的调速范围要求，而且主轴在低速区有较大的恒扭矩输出，从某一转速起至最高速则为恒功率输出，即这个工作区内任何转速皆能传递全功率（转速计算示意图见图3）。 4）设备软件为独有开发，其内容丰富，程序编辑简单便利，实用性强。 设备数控系统采用西班牙FAGOR8055；设备运行过程中可联机编程，又可以实时监控机床的运行状态，监控界面内容丰富；软件的工作平台为Windows98，有良好的交互性，操作简单，支持鼠标和键盘操作；资源管理清晰明确，工件程序的打开和保存均采用通话对话框，可在任何目录下打开或保存文件，程序均为独立的PMZ文件，可异地编程直接拷贝至本机使用；具有强大的编辑功能，可在全屏幕编辑程序，程序格式简单明确易掌握，支持用户坐标系；利用程序处理可以轻松的把PWZ文件转化为CNC8055M能接受的PIM零件程序，与8055的上位机程序完全兼容。具有显示图形的功能，可以检验编程的正确性。 5）设备床身及龙门架定位基准加工精度可靠，机械及电器元件配置高，设备整体技术性能优良、稳定。 设备床身及龙门架采用钢结构形式，并进行整体去应力退火，使得设备具有足够的动、静刚性；设备安装基准采用精镗、精刨、人工刮研等方法，检测采用激光干涉仪等先进可靠的检测手段进行检测；机械关键件如：直线导轨、滚珠丝杠（法国NBFF及台湾上银）；电器元件如：变频器（德国西门子），其他按钮、指示灯等电器元件（法国施耐德）。 4·多轴数控钻床在实际加工中的应用 1）设备具有钻、铰普通摇臂钻床的功能，适用性广泛。 设备配有4个动力头，可装夹4个普通麻花钻头，动力头为滑台式结构，适用于不同孔中心距的非标零部件的加工，刀具成本低，适用性较强。 2）设备加工工件尺寸范围大，可实现小规格工件多件一次装卡进行钻削，利用率高。设备工作台尺寸为4500 mm（长）×4000 mm（宽），可实现加工最大工件尺寸4000 mm×4000mm，加工工件厚度300 mm，最大钻孔直径Φ50mm，当工件尺寸小于2000 mm时可一次装卡4块工件进行钻削。 3）设备定位精度高、辅助工序少，加工效率高，工件加工周期短，工人劳动强度低。 设备定位精度全长≤0.08 mm，重复定位精度全长≤0.04 mm，设备加工精度超过国标GB151中管板、折流板的精度要求。同时摇臂钻床加工的定位辅助工序可全部节省，钻、扩两道工序在数控钻床一道工序完成。同样以加工一块直径3700 mm管板（管板孔直径25 mm、孔数量为4700个）为例，数控钻床全部孔加工成型仅需要10天。 4）设备CAD编程简单实用，便于掌握。可通过CAD编程导入数据，若图形无错误，即可传入CNC进行加工。 5）设备功能齐全、操作简单，安全及使用性能好，操作工人的劳动强度低。 设备软件提供了与CAD软件进行数据通讯的接口，真正做到了CAM，CAD编程能使CAD所绘制图形直接输入数控系统实现自动编程。整个过程自动化程度高，工人劳动强度明显降低。 设备使用的工艺技术参数见表2、表3。其中表2为常用材质的换热器管板不同孔径钻削进给量推荐值；表3为常用材质的换热器管板不同孔径钻削转速推荐值。 5·结语 管桥式钛制换热器的主要部件，通过采用多轴数控钻床的加工，使得产品的技术质量从根本上得到保证并提高。缩短了产品整个制作周期，大大降低了工人劳动强度及生产制造成本。由此可见，多轴数控钻床是钛制换热器产品加工的有效工艺技术方法。 参考文献 [1]李金伴,马伟民.实用数控技术手册（第一版）[M].北京:化学工业出版社,2007 [2]郑国伟,刘希金,刘波等.数控机床故障检测与维修问答（第一版）[M].北京:机械工业出版社,2007 |
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