专利名称：加工具有多个孔的板件的方法
技术领域：
本发明涉及一种加工具有多个孔的板件的方法。具体而言，本发明涉及用多轴数控钻加工具有多个孔的核电站蒸汽发生器管子支撑板的方法。
背景技术：
压水堆核电站蒸汽发生器管子支撑板(以下简称支撑板)是核反应堆内蒸汽发生器中支撑U型传热管的关键零件，是核质保1级产品。这种支撑板具有直径大，厚度薄， 原始表面不允许进行机械加工，其不平度允许在15mm内，钻孔数量多等特点。例如第二代 CPR1000支撑板直径约为3086mm，厚约观讓，重约2000多千克，钻孔后大约切除了支撑板 40%的重量，使得加工过程中支撑板的刚度在不断削减，容易发生凹凸变形。支撑板的这些特点使得对其进行钻孔的工艺有着特殊要求，除需保证支撑板钻孔后全部孔径、孔距的精度要求外，必须保证支撑板加工后表面的不平度变化< 5 6mm的要求。现有技术是采用普通摇臂钻床，单轴低速钻孔。支撑板安放在可旋转的专用平台上，没有约束整块板的X/Y方向的位移，孔位与孔间距由钻模保证，支撑板不压紧，以保证钻孔过程中工件可以自由伸展变形。钻孔顺序的排列采用“区域均勻对称减刚度法”把支撑板分成多个方格区；并按分布的半径划分成多个不同半径的环状区。先钻中心区，再沿半径逐步扩大到远离中心的环状区，向外延伸，直到加工最外面环上各区。随着技术的发展，采用大型多轴数控设备，用内冷涂层合金钻头高速钻孔技术的成熟，现有技术已不能适应当今支撑板的钻孔加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种在保证刚度要求以及加工后表面不平度要求的情况下， 加工具有定位孔以及多个通孔的板件的方法。尤其涉及加工采用四轴数控钻加工具有多个孔的核电站蒸汽发生器管子支撑板的方法。本发明的目的通过以下技术方案得以实现
本发明的一个实施例提供了一种加工具有多个孔的板件的方法，板件具有位于其中心处的基准孔，板件上的多个孔包括多个定位孔以及多个通孔，多个定位孔处于不同半径处， 多个通孔之间包括纵向孔距和横向孔距，板件上的多个通孔采用多轴数控加工机来加工， 所述方法包括以下步骤
步骤1 根据四轴数控加工机的相邻第一和第二钻轴以及第三和第四钻轴之间的最小距离和多个通孔之间的孔距确定第一基本矩阵和第二基本矩阵，由第一基本矩阵和第二基本矩阵组成基本矩阵组合，其中第一基本矩阵和第二基本矩阵的横向长度应当为横向孔距的整数倍并且应当大于相邻第一和第二钻轴以及第三和第四钻轴之间的最小距离，第一基本矩阵和第二基本矩阵的纵向长度应当为纵向孔距的整数倍； 步骤2 根据基本矩阵和基本矩阵组合将板件分成多个区域；
步骤3 对上述各个区域按上下、左右交错的原则，从中心向外缘对称地进行编号；以
及
4步骤4 根据编号顺序进行加工。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中所述步骤2 还包括以下步骤
步骤a 依据基本矩阵组合在板件中心部位划分出适合采用四个钻轴同时钻孔的第一区域；
步骤b 依据基本矩阵将上下边缘区域划分成适合采用同一主轴箱上的两个钻轴同时进行钻孔的第二区域；
步骤c 依据基本矩阵和基本矩阵组合将左右边缘区域划分成适合采用两个主轴箱上的各一个钻轴同时进行钻孔的第三区域；
步骤d 依据基本矩阵和基本矩阵组合将定位孔附近的未钻孔区域划分为用两个主轴箱上的各一个钻轴同时进行钻孔的第四区域；以及
步骤e 将板件横向近中心区域最顶部和最底部区域以及剩余的不能排列出四轴或者两轴钻孔区域划分成适合采用单个钻轴进行钻孔的第五区域。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中在步骤a 中，第一基本矩阵和第二基本矩阵之间的距离为横向孔距的整数倍并且大于第二钻轴和第三钻轴之间的最小距离。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中在步骤c-d 中，第三区域和第四区域采用两个主轴箱上的第二钻轴和第三钻轴同时进行钻孔，其中第二钻轴和第三钻轴之间的距离横向孔距的整数倍并且大于第二钻轴和第三钻轴之间的最
小距离。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中四轴数控加工机包括设置到第一主轴箱上的第一钻轴和第二钻轴以及设置到第二主轴箱上的第三和第四钻轴，第二区域位于板件的上边缘区域和下边缘区域，适合采用第一钻轴和第二钻轴或者第三钻轴和第四钻轴同时进行钻孔。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中第三区域位于板件的左边缘区域和右边缘区域。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中第四区域位于板件的定位孔补缺区域，定位孔补缺区域包括分别位于多个半径处的多个定位孔附近的多个区块。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中第五区域位于板件横向近中心的剩余孔区域以及剩余的不能排列出四轴或者两轴钻孔区域，适合采用第二钻轴或第三钻轴进行单轴钻孔。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中加工顺序采用的是从中心处至边缘、上下交错、左右同时加工的方式。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中第一基本矩阵或第二基本矩阵的面积在满足步骤1的条件下越小越有利于实现多轴钻孔的数量最大化和单轴钻孔数量的最小化。根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法，其中具有多个孔的板件为核电站蒸汽发生器管子支撑板。
根据本发明的上述实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法的益处在于钻孔顺序是从支撑板中心区逐步向外缘区域扩展，且上下、左右对称、交错分布。减少了由于钻孔引起的支撑板刚度削减集中在某一部位而产生的变形，保证了刚度和加工后不平度的要求。根据本发明的一个实施例提供的加工具有多个孔的板件的方法的益处还在于由于采用四个钻轴同时钻孔的数量占板件钻孔总数量的80%以上，单轴钻孔占板件钻孔数量的大约0. 255%，极大地提高了加工效率。
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。 图中
图1是根据本发明的一个特定实施例的一种支撑板上局部多个孔的排列方式。图2是四轴数控加工机结构的示意图。图3是利用图2中的四轴数控加工机加工具有如图1所示排列方式支撑板而采用的第一基本矩阵和第二基本矩阵及其组合的示意图。图4是采用如图3所示的基本矩阵和基本矩阵组合对第二代支撑板进行分区后的不同区域的示意图。
具体实施例方式图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。在本发明中，其中“向上”是指图4中X (+)所指的方向，“向下”是指图4中X (_) 所指的方向，“向左”是指图4中Y(+)所指的方向，“向右”是指图4中Υ(-)所指的方向。图1示出了根据本发明的一个特定实施例的一种支撑板上局部多个孔的排列方式。如图1所示，该支撑板上的孔沿X和Y方向的孔距为\和1，在根据本发明的该特定实施例中\等于Υο。图2示出了四轴数控加工机结构的示意图。如图2所示，多轴数控加工机包括设置在横梁上的左主轴箱和右主轴箱，其中左主轴箱中设置有第一钻轴Yl和第二钻轴Υ2，其中第二钻轴Υ2固定，右主轴箱设置有第三钻轴TO和第四钻轴Υ4，其中第三钻轴Υ3固定，其中第一钻轴Yl和第二钻轴Υ2以及第三钻轴TO和第四钻轴W之间距离LY1Y2、 Ly3y4的调节范围为150-400mm，第二钻轴Y2和第三钻轴TO之间的距离Ly2y3应大于600mm， 第一钻轴Yl在Y轴(横梁)上移动的范围是2100mm至-150mm，第二钻轴Y2与第一钻轴Yl 一起随着左主轴箱运动，第四钻轴料在￥轴(横梁)上移动的范围是150mm至-2100mm，第三钻轴Y3与第四钻轴W —起随着右主轴箱运动。在以下的描述中，LY1Y2fflin, LY3Y4min表示第一钻轴Yl和第二钻轴Y2以及第三钻轴TO和第四钻轴W间的最小距离，在下文统称地用 Ly表示，Lys表示两个主轴箱之间的最小距离。在本发明的实施例中，第一钻轴Yl和第二钻轴Y2加工支撑板左半边(Y坐标大于零)，第三钻轴TO和第四钻轴W加工右半边孔(Y坐标小于零)，I表示同一主轴箱同时工作的钻轴数。在加工具有多个孔的支撑板时，需要综合考虑支撑板选定行孔数HNy (对于圆形板件而言，选定行孔数可以不相同)以及孔沿纵向X方向和沿横向Y方向的孔距\和\， 以便基于孔距\和Ytl尽可能采用四轴同时钻孔，以提高钻孔的效率。下面将以第二代核电站蒸汽发生器管子支撑板CPR1000为例，来阐述如何使用本发明的方法来在其上进行高速钻孔。本领域人员已知的是，支撑板上的多个孔包括拉杆孔、流水孔和多叶孔。比如说，第二代核电站蒸汽发生器管子支撑板CPR1000具有9000多个孔(如图4所示)，其中包括14 个拉杆孔100a、100b、8972个多叶孔IOOc以及似4个流水孔，其直径D为大约3086mm。如图4所示，支撑板CPR1000的中心具有一个基准孔A，以基准孔A为中心，在沿第一半径Rl 的周缘处均勻地设置有6个拉杆孔100a，在沿第二半径R2的周缘处均勻地设置有8个拉杆孔IOOb0此夕卜，如图4所示，支撑板CPR1000在由附图标记B1L、B1R、B2R、B2L、33L、33R、 34L以及34R包围的区域中设置有似4个流水孔。再有，在支撑板CPR1000上除了 14个拉杆孔和4M个流水孔外，其余的地方均勻地设置有8972个多叶孔。在本发明的一个实施例中，支撑板CPR1000上的流水孔和多个多叶孔的孔距\等于Ytl，例如优选地，X0> Y0均等于大约 27. 43mm。当采用如图2所示的多轴数控加工机加工如上的支撑板CPR1000时。首先加工出 14个拉杆孔。随后根据支撑板CPR1000上拉杆孔、多叶孔和流水孔的布置和多轴数控加工机的第一、第二、第三以及第四钻轴的加工要求对支撑板进行加工。在本发明的一个实施例中，为了提高钻孔效率，尽可能采用四个钻轴同时钻孔，对于无法使用四轴钻孔的区域，尽可能采用两轴同时钻孔，对于无法采用多轴同时钻孔的区域，可使用单轴钻孔。具体而言， 第一钻轴Yl和第二钻轴Y2之间的间距以及第三钻轴TO和第四钻轴W之间的间距应当为 Y0整数倍，并且应当不小于它们之间的最小距离Lra2min或LY3Y4min。类似地，为保证能够用四个轴同时钻孔，第二钻轴Y2和第三钻轴TO之间的距离Ly2y3也应当为Ytl整数倍，并且应当大于它们之间的最小距离Lys。根据本发明的一个实施例，优选地，针对第一钻轴Y1和第二钻轴\的第一基本矩阵以及针对第三钻轴Y3和第四钻轴Y4的第二基本矩阵可根据下面的公式计算各自的Y向孔数Ny和X向孔数Nx
Ny=IX (1+INT (Ly/Y0))(1)
Nx=取合适的整数(例如1，2，3···)(2)
其中，Ly表示同第一钻轴和第二钻轴或者第三钻轴和第四钻轴的最小距离，INT表示求商后舍弃小数部分而取整数部分，圆整为整数的函数。在计算好第一基本矩阵和第二基本矩阵的Y向孔数Ny后，由第一基本矩阵和第二基本矩阵的组合并依据公式(3)和(4)对板件进行分区
M =INT(HNy / 2XNy)(3)
m =MOD (HNy / 2 X Ny)(4)
其中，HNy表示支撑板选定行孔数(由预先的设计决定)，MOD表示求两数相除后取余数，MOD是余数的函数，M表示板件选定行可排出基本矩阵组合的组数，m表示板件选定行用基本矩阵组合钻孔后边缘区域剩余孔数。具体区域判断如下 当M>=3时，可排四个钻轴同时进行钻孔；当M=2时，靠近中心的两个区域可排一个主轴箱上面的两个钻轴同时钻孔，远离中心两个区域可排四个钻轴同时进行钻孔；
当M=I时，只能排一个主轴箱上两个轴同时进行钻孔； 当M=O时，只能排一个主轴箱上的单个钻轴进行钻孔； 当m>0时的边缘区域，可排两个主轴箱上面的各一个钻轴同时进行钻孔。具体而言，当孔距)(。和Y。等于 27. 43匪，LY1Y2min等于 LY3Y4min等于 150mm，且Lys=600mm 时。第一基本矩阵的长度=第二基本矩阵的长度=6X27. 43mm=164. 58mm，该值稍微大于第一钻轴Yl和第二钻轴Y2以及第三钻轴TO和第四钻轴W之间的最小距离150mm。并且，当 X轴线的中心线上无孔时，第一基本矩阵和第二基本矩阵之间的距离应当为第一基本矩阵的长度和第二基本矩阵的长度之和的整数倍，并且应当大于第二钻轴Y2和第三钻轴TO之间的最小距离。当X轴中心线上有孔时，第一基本矩阵和第二基本矩阵之间的距离应当为第一基本矩阵的长度和第二基本矩阵的长度之和的整数倍再加1，并且应当大于第二钻轴 Y2和第三钻轴TO之间的最小距离。例如在一个实施例中，第一基本矩阵和第二基本矩阵之间的距离为MX 27. 43mm=658. 32mm，该值正好大于600mm。在选择好第一基本矩阵、第二基本矩阵以及基本矩阵组合后，遵照上、下、左、右对称，从支撑板中间向外缘扩展发散的原则，排列出52个编号为1L1R-52L52R的基本矩阵组合，52个编号为1L1R-52L52R的基本矩阵组合被称为第一区域，其适合采用四轴同时进行加工。如图4中所示，以ILlR为例子，图 4中以实心点的方式示出了采用第一基本矩阵和第二基本矩阵的矩阵组合加工时的坐标原点，其余2L2R-52L52R的多个基本矩阵组合中也以实心点的方式示出了对其进行加工时的坐标原点。此外，支撑板上边缘区域和下边缘区域受两主轴箱之间的距离Ly2y3必须大于 600mm限制，不能采用四周同时钻孔，可设计为第一钻轴Yl和第二钻轴Y2或第三钻轴TO和第四钻轴W两轴同时钻孔。在本发明的一个实施例中上边缘区域和下边缘区域排列有8 个编号为53-60的基本矩阵，8个编号为53-60基本矩阵区域被称为第二区域，其适合采用位于同一主轴箱上的两钻轴同时进行钻孔，如图4所示，也以实心点的方式示出了对其进行加工的坐标原点。此外，在排列四轴钻孔基本矩阵的组合时，支撑板上的左边缘区域和右边缘区域不能排出四轴钻孔区。在本发明的一个实施例中，左边缘区域和右边缘区域包括14个被编号为B1LB1R-B14LB14R的区域，这些区域被统称为第三区域，其适合采用第二钻轴Y2和第三钻轴Y3进行钻孔。如图4所示，左边缘区域和右边缘区域又包括许多孔，为此必须再将其分为若干小的区块，数控加工时均以每个小的区块最下面用实心点标注的孔位坐标为区块的编程原点。需要说明的是左边缘区域和右边缘区域也可以采用其他的非图4所示的区块分隔方法以及原点设置方法。再有，在排列四轴钻孔基本矩阵的组合时，必须避开位于中间的几个拉杆孔，并且补缺这些区域，这些区域被称为拉杆孔补缺区域(定位孔补缺区域)或者被统称为第四区域。这些区域在图4中被编号为8个C1LC1R-C8LC8R基本矩阵区域。在本发明的一个实施例中，第四区域优选地适合用第二钻轴Y2和第三钻轴Y3来钻孔。再有，在排列多轴钻孔基本矩阵的组合时，支撑板的横向(Y)近中心区域的最顶部区域Dl和最底部区域D2以及剩余的不能排列出四轴或者两轴钻孔(例如图4中标记为D2-D3的区域)的区域，此时需要采用单个钻轴进行钻孔，这些区域被划分为第五区域。本发明上述技术方案的优点是钻孔顺序是从支撑板中心区逐步向外缘区域扩展，且上下、左右对称、交错分布。减少了由于钻孔引起的支撑板刚度削减集中在某一部位而产生的变形。本发明上述技术方案的优点还在于由于采用四个钻轴同时钻孔的数量占板件钻孔总数量的80%以上，单轴钻孔占板件钻孔数量的大约0. 255%，极大地提高了加工效率。本发明上述技术方案的优点还在于区域设计规律性强，四轴钻孔区中每个基本矩阵左下方的一个孔为相对原点，上下对称分布设计就会使得许多区域的相对原点坐标是相同的，这样就能减少编程计算的工作量。
权利要求
1.一种加工具有多个孔的板件的方法，板件具有位于其中心处的基准孔，板件上的多个孔包括多个定位孔以及多个通孔，多个定位孔处于不同半径处，多个通孔之间包括纵向孔距和横向孔距，板件上的多个孔采用多轴数控加工机来加工，所述方法包括以下步骤步骤1 根据四轴数控加工机的相邻第一和第二钻轴以及第三和第四钻轴之间的最小距离和多个通孔之间的孔距确定第一基本矩阵和第二基本矩阵，由第一基本矩阵和第二基本矩阵组成基本矩阵组合，其中第一基本矩阵和第二基本矩阵的横向长度应当为横向孔距的整数倍并且应当大于相邻第一和第二钻轴以及第三和第四钻轴之间的最小距离，第一基本矩阵和第二基本矩阵的纵向长度应当为纵向孔距的整数倍； 步骤2 根据基本矩阵和基本矩阵组合将板件分成多个区域；步骤3 对上述各个区域按上下、左右交错的原则，从中心向外缘对称地进行编号；以及步骤4 根据编号顺序对板件进行加工。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤2还包括以下步骤步骤a 依据基本矩阵组合在板件中心部位划分出适合采用四个钻轴同时钻孔的第一区域；步骤b:依据基本矩阵将上下边缘区域划分成适合采用同一主轴箱上的两个钻轴同时进行钻孔的第二区域；步骤c 依据基本矩阵和基本矩阵组合将左右边缘区域划分成适合采用两个主轴箱上的各一个钻轴同时进行钻孔的第三区域；步骤d 依据基本矩阵和基本矩阵组合将定位孔附近的未钻孔区域划分为适合采用两个主轴箱上的各一个钻轴同时进行钻孔的第四区域；以及步骤e 将板件横向近中心区域最顶部和最底部区域以及剩余的不能排列出四轴或者两轴钻孔区域划分成适合采用单个钻轴进行钻孔的第五区域。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在步骤a中，第一基本矩阵和第二基本矩阵之间的距离为横向孔距的整数倍并且大于第二钻轴和第三钻轴之间的最小距离。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，在步骤c-d中，第三区域和第四区域采用两个主轴箱上的第二钻轴和第三钻轴同时进行钻孔，其中第二钻轴和第三钻轴之间的距离为横向孔距的整数倍并且大于第二钻轴和第三钻轴之间的最小距离。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于，四轴数控加工机包括设置到第一主轴箱上的第一钻轴和第二钻轴以及设置到第二主轴箱上的第三和第四钻轴，第二区域位于板件的上边缘区域和下边缘区域，适合采用第一钻轴和第二钻轴或者第三钻轴和第四钻轴同时进行钻孔。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于，第三区域位于板件的左边缘区域和右边缘区域。
7.根据权利要求4的方法，其特征在于，第四区域位于板件的定位孔补缺区域，定位孔补缺区域包括分别位于多个半径处的多个定位孔附近的多个区块。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，第五区域位于板件横向近中心的剩余孔区域以及剩余的不能排列出四轴或者两轴钻孔区域，适合采用第二钻轴或第三钻轴进行单轴钻孔。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，加工顺序采用的是从中心处至边缘、上下交错、左右同时加工的方式。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一基本矩阵或第二基本矩阵的面积在满足步骤1的条件下越小越有利于实现多轴钻孔的数量最大化和单轴钻孔数量的最小化。
11.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，具有多个孔的板件为核电站蒸汽发生器管子支撑板。
全文摘要
本发明涉及一种加工具有多个孔的板件的方法，该方法包括以下步骤根据基本矩阵和基本矩阵组合在板件中心部位划分出适合采用四轴同时钻孔的第一区域，将上下边缘区域划分成适合采用同一主轴箱两个钻轴同时钻孔第二区域，将左右边缘区域划分成适合两个主轴箱各用一个轴同时钻孔的第三区域，将定位孔附近未钻的孔划分为第四区域，即定位孔补缺区，用两个主轴箱的各用一个钻轴同时进行钻孔，最后将板件横向近中心区域最顶部和最底部区域以及剩余的不能排列出四轴或者两轴钻孔区域划分成适合采用单个钻轴进行钻孔的第五区域，对上述各个区域按上下、左右交错的原则，从中心向外缘对称地进行编号，根据编号顺序进行加工。
文档编号B23B35/00GK102284718SQ201110204808
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者孙家宁, 张嘉伟, 张江平, 贺明健 申请人:上海瑞纽机械装备制造有限公司