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【摘 要】本文提出了在现有的生产条件下，基于激光跟踪测量技术加工封头接管嘴的装夹找正及余量借偏方法，对封头的批量生产及封头类零件接管嘴的加工具有重要的参考价值。
【关键词】压力容器封头；接管嘴；空间角度；激光跟踪仪
0.前言
某压力容器封头具有尺寸大、重量重、制造复杂、作用重要的特点，几何精度、加工精度要求都很高，大大超过常规产品的要求。在该零件的加工过程中，遇到最大的困难之一就是接管嘴的加工，而合理的装夹找正方案显得尤为重要，是保证产品质量和提高加工效率的重要前提。某压力容器封头两接管嘴成对称分布，如图1所示，纬度方向角度均为40°，两接管嘴轴线为空间角度，在水平面内投影的夹角为107°±1°，且轴线向心性有一定的要求，这为加工找正带来极大困难。无论采用何种工夹附具及检测设备，加工找正就必须解决上述两个角度的回转及刀具回转轴线同被加工接管嘴轴线的重合问题[1]，如何找正及检测两轴线是否重合是主要解决的难题。
图1 封头零件图
1.基于激光跟踪仪测量技术的加工
考虑到车间的现有加工条件及生产进度的安排，课题组通过认真研究，在无回转工作台的落地镗床或可转工作台的尺寸、回转精度不能满足被加工接管嘴位置精度要求的情况下，经与激光检测技术人员进行讨论，可基于激光跟踪仪测量技术，为找正装夹提供准确的数据。
1.1激光跟踪仪测量原理
第三代激光跟踪仪T3代表了世界上最先进的激光跟踪技术，当跟踪头发出的激光照射到反射镜的中心时，反射镜可使入射到反射镜中心的光沿原路返回；未处于反射镜中心时，跟踪头会自动转动，直到激光照到反射镜的中心为止，跟踪头内部的侧长系统和测角系统就会分别测出反射镜中心到跟踪头的长度和跟踪头转动的角度，从而测量出反射镜中心的坐标[2]。
1.2建立坐标系
1.2.1测量坐标系的建立
为了避免转站引起的测量误差，先将激光跟踪仪放置于工件内腔，在机床主轴平面内，使主轴沿机床坐标系的X’、Y’ 方向移动，测量不同方向上的点至少两个，建立测量坐标系的XY平面的平行平面。
通过摸点测量已精加工内腔球面部分，利用SpatialAnalyzer测量软件拟合出工件球心，并以球心为坐标原点，X、Y、Z轴的方向与机床坐标系的X’、Y’、Z’ 轴方向一致，建立测量坐标系。
1.2.2工件坐标系的建立
通过挂垂线的方式将封头四个凸台的中分线引至封头端面上，测量每条端面引线上的点，通过拟合测量点，建立工件xy平面的平行平面。
以拟合工件的球心为原点，端面引线为x、y轴方向，选z轴垂直于xy平面且方向向上，建立工件坐标系。
1.3找正方法
通过建立测量坐标系和工件坐标系，得到机床坐标系、测量坐标系及工件坐标系之间的相互关系，通过激光跟踪仪测量计算，可为找正提供精确的数据。
零件找正过程如下：
1）接管角度找正，使被加工接管嘴轴线与刀具回转轴线相平行。工件在吊装之前，通过激光跟踪仪测量，在封头外部画出两接管嘴所在位置的经度线。通过调节顶在四个吊耳处的液压千斤顶，使工件水平转动，同时利用机床运行程序检查刻线，使误差在1mm之内。
2）工件找平，使工件xy平面与机床主轴平面垂直。取工件下端面四个支撑点附近的四点，测量出各点到测量坐标系XY平面的相对高度值，并作记录。采用压表的方式，通过调节四个支撑处的可调垫铁，使该处高度变化满足测量值。
3）刀具回转轴线定位，通过1）、2）操作，工件找正已完成，这时，需要调节万向角铣头角度，使其回转轴线与被加工接管嘴轴线重合。采用压表检测刀杆角度的方法，定位40°纬度角，然后将靶标固定于刀杆端面，运行40°纬度角程序，测量出刀杆运动轨迹角度，通过程序误差补偿实现刀杆实际角度与运动轨迹角度的统一。
1.4余量借偏
按上述方法找正压紧后，运行数控加工程序，在接管嘴端面处进行内外圆试切。发现毛坯余量不足且分布不均，故需要进行余量借偏。
基于激光跟踪仪测量技术，对封头内腔、两接管嘴及其过度圆角进行全面摸点测量，利用系统自带SpatialAnalyzer测量软件进行球体、圆柱体及圆弧回转体的拟合，并将基于UG NX6.0所建立的三维实体模型导入其中，进行余量大小及分布情况判别，如图2所示。通过接管嘴的余量分布图，可以清楚的看到余量大小情况及余量不足之处所在的具体位置，这样就可以有针对性的进行精确调整。
根据给出的经度、纬度两个方向的调整数据，利用调铁及液压千斤顶进行精确调整，调整方法与上述找正方法相同，先进行经度方向调整，再进行纬度方向调整，最后对刀杆进行精确调整定位。结果如满足预期目标，就可以运行数控程序，进行接管嘴的加工，如果不能满足预期目标，需重复上述余量借偏工作，直至满足预期目标。
图2 实测数据拟合模型与封头理论三维模型对比
2.总结
激光跟踪仪测量技术的应用使我们在现有的生产条件下可以高精度地加工各类封头接管嘴，满足实际生产需要。解决了检测刀具回转轴线与接管嘴轴线重合的难题，实现了因余量不足及分布不均的借偏目的。同时免去了新置设备及制造辅助工装的时间，极大地降低了加工成本，有效地保证了产品的交货期，为同类产品接管嘴的加工积累了丰富的经验。
【参考文献】
[1]王光明.空间角度孔的加工[J].现代制造工程，1986，（01）.
[2]孙大许，马强，闫勇刚，刘万里，梁智勇.激光跟踪测量系统原理及在制造业中的应用[J].机械，2005，（08）.
【关键词】压力容器封头；接管嘴；空间角度；激光跟踪仪
0.前言
某压力容器封头具有尺寸大、重量重、制造复杂、作用重要的特点，几何精度、加工精度要求都很高，大大超过常规产品的要求。在该零件的加工过程中，遇到最大的困难之一就是接管嘴的加工，而合理的装夹找正方案显得尤为重要，是保证产品质量和提高加工效率的重要前提。某压力容器封头两接管嘴成对称分布，如图1所示，纬度方向角度均为40°，两接管嘴轴线为空间角度，在水平面内投影的夹角为107°±1°，且轴线向心性有一定的要求，这为加工找正带来极大困难。无论采用何种工夹附具及检测设备，加工找正就必须解决上述两个角度的回转及刀具回转轴线同被加工接管嘴轴线的重合问题[1]，如何找正及检测两轴线是否重合是主要解决的难题。
图1 封头零件图
1.基于激光跟踪仪测量技术的加工
考虑到车间的现有加工条件及生产进度的安排，课题组通过认真研究，在无回转工作台的落地镗床或可转工作台的尺寸、回转精度不能满足被加工接管嘴位置精度要求的情况下，经与激光检测技术人员进行讨论，可基于激光跟踪仪测量技术，为找正装夹提供准确的数据。
1.1激光跟踪仪测量原理
第三代激光跟踪仪T3代表了世界上最先进的激光跟踪技术，当跟踪头发出的激光照射到反射镜的中心时，反射镜可使入射到反射镜中心的光沿原路返回；未处于反射镜中心时，跟踪头会自动转动，直到激光照到反射镜的中心为止，跟踪头内部的侧长系统和测角系统就会分别测出反射镜中心到跟踪头的长度和跟踪头转动的角度，从而测量出反射镜中心的坐标[2]。
1.2建立坐标系
1.2.1测量坐标系的建立
为了避免转站引起的测量误差，先将激光跟踪仪放置于工件内腔，在机床主轴平面内，使主轴沿机床坐标系的X’、Y’ 方向移动，测量不同方向上的点至少两个，建立测量坐标系的XY平面的平行平面。
通过摸点测量已精加工内腔球面部分，利用SpatialAnalyzer测量软件拟合出工件球心，并以球心为坐标原点，X、Y、Z轴的方向与机床坐标系的X’、Y’、Z’ 轴方向一致，建立测量坐标系。
1.2.2工件坐标系的建立
通过挂垂线的方式将封头四个凸台的中分线引至封头端面上，测量每条端面引线上的点，通过拟合测量点，建立工件xy平面的平行平面。
以拟合工件的球心为原点，端面引线为x、y轴方向，选z轴垂直于xy平面且方向向上，建立工件坐标系。
1.3找正方法
通过建立测量坐标系和工件坐标系，得到机床坐标系、测量坐标系及工件坐标系之间的相互关系，通过激光跟踪仪测量计算，可为找正提供精确的数据。
零件找正过程如下：
1）接管角度找正，使被加工接管嘴轴线与刀具回转轴线相平行。工件在吊装之前，通过激光跟踪仪测量，在封头外部画出两接管嘴所在位置的经度线。通过调节顶在四个吊耳处的液压千斤顶，使工件水平转动，同时利用机床运行程序检查刻线，使误差在1mm之内。
2）工件找平，使工件xy平面与机床主轴平面垂直。取工件下端面四个支撑点附近的四点，测量出各点到测量坐标系XY平面的相对高度值，并作记录。采用压表的方式，通过调节四个支撑处的可调垫铁，使该处高度变化满足测量值。
3）刀具回转轴线定位，通过1）、2）操作，工件找正已完成，这时，需要调节万向角铣头角度，使其回转轴线与被加工接管嘴轴线重合。采用压表检测刀杆角度的方法，定位40°纬度角，然后将靶标固定于刀杆端面，运行40°纬度角程序，测量出刀杆运动轨迹角度，通过程序误差补偿实现刀杆实际角度与运动轨迹角度的统一。
1.4余量借偏
按上述方法找正压紧后，运行数控加工程序，在接管嘴端面处进行内外圆试切。发现毛坯余量不足且分布不均，故需要进行余量借偏。
基于激光跟踪仪测量技术，对封头内腔、两接管嘴及其过度圆角进行全面摸点测量，利用系统自带SpatialAnalyzer测量软件进行球体、圆柱体及圆弧回转体的拟合，并将基于UG NX6.0所建立的三维实体模型导入其中，进行余量大小及分布情况判别，如图2所示。通过接管嘴的余量分布图，可以清楚的看到余量大小情况及余量不足之处所在的具体位置，这样就可以有针对性的进行精确调整。
根据给出的经度、纬度两个方向的调整数据，利用调铁及液压千斤顶进行精确调整，调整方法与上述找正方法相同，先进行经度方向调整，再进行纬度方向调整，最后对刀杆进行精确调整定位。结果如满足预期目标，就可以运行数控程序，进行接管嘴的加工，如果不能满足预期目标，需重复上述余量借偏工作，直至满足预期目标。
图2 实测数据拟合模型与封头理论三维模型对比
2.总结
激光跟踪仪测量技术的应用使我们在现有的生产条件下可以高精度地加工各类封头接管嘴，满足实际生产需要。解决了检测刀具回转轴线与接管嘴轴线重合的难题，实现了因余量不足及分布不均的借偏目的。同时免去了新置设备及制造辅助工装的时间，极大地降低了加工成本，有效地保证了产品的交货期，为同类产品接管嘴的加工积累了丰富的经验。
【参考文献】
[1]王光明.空间角度孔的加工[J].现代制造工程，1986，（01）.
[2]孙大许，马强，闫勇刚，刘万里，梁智勇.激光跟踪测量系统原理及在制造业中的应用[J].机械，2005，（08）.