一种连铸扇形段框架空间孔的加工及测量方法与流程

本发明涉及空间孔加工和测量领域，尤其涉及一种连铸扇形段框架空间孔的加工及测量方法。

背景技术：

把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢，完成这一过程所需的设备叫连铸设备。通常连铸设备包括扇形段和水平段，扇形段和水平段配合使用能实现垂直浇筑成型水平输出铸钢。

连铸扇形段上框架的主要作用是安装连铸扇形辊，对于结构新颖的扇形段上框架，其空间孔的加工和测量尚无可参考方法。因此，有必要研究出一种连铸扇形段框架空间孔的加工及测量方法，以解决空间孔的加工和测量。

技术实现要素：

本发明提供了一种连铸扇形段框架空间孔的加工及测量方法，转换基准将无法直接测量的尺寸和角度，显化为能直接测量的尺寸，使得空间孔能加工可测量，确保准确的空间孔位置要求。

实现本发明目的的技术方案如下：

一方面，提供一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、在连铸扇形段框架靠近空间孔的侧面固定至少一个工艺块；

步骤二、先将连铸扇形段框架竖立于工作台，再铣出侧加工基准面和上加工基准面，其中，侧加工基准面与上加工基准面垂直，侧加工基准面为所述侧面的相对侧面；

步骤三、先将连铸扇形段框架从竖立状态调整到水平状态并放置于工作台，再加工基准孔和工艺基准面，其中：工艺基准面是在所述工艺块表面加工形成的，工艺基准面与侧加工基准面的夹角为α1，工艺基准面与空间孔中心线平行；基准孔的位置是通过第一组尺寸确定的；

步骤四、首先将连铸扇形段框架从水平状态调整到以工艺基准面为水平基准面放置于工作台，然后通过第二组尺寸确定空间孔的位置，接着在空间孔的位置加工空间孔，最后通过第三组尺寸铣出空间孔的端面。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一的工艺块为多个，多个工艺块沿连铸扇形段框架的高度方向呈矩阵排列；

每个工艺块的高度小于连铸扇形段框架的1/5高度。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中，基准孔的位置是通过尺寸确定的，包括：

从上加工基准面向下垂直量取尺寸l2、得到第一横线；

从侧加工基准面向所述工艺块方向水平量取尺寸l0+l1、得到第一竖线；

第一横线与第一竖线的交点即为基准孔的位置。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三的尺寸l0为侧加工基准面与连铸扇形段框架中心之间的水平距离；

所述步骤三的尺寸l1为连铸扇形段框架中心线与所述基准孔位置之间的水平距离。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四通过第二组尺寸确定空间孔的位置，包括：

从基准孔内壁竖向最远点向工艺基准面方向垂直量取尺寸la+d2/2、得到第二横线；

从连铸扇形段框架的纵向基准面量取纵向尺寸、得到第二竖线；

第二横线和第二竖线在空间孔初始端面的交点即为空间孔的位置。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四通过第三组尺寸铣出空间孔的端面，包括：

从基准孔内壁横向最远点向上加工基准面方向水平量取尺寸lb、得到空间孔的端面；

以工艺基准面为水平基准面放置于工作台后，铣削空间孔的初始端面；

铣削过程中不断量取从基准孔的内壁横向最远点向上加工基准面方向水平量取尺寸，直至量取尺寸为lb时停止铣削加工；

停止铣削加工时的铣削加工表面为铣削空间孔的端面。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三工艺基准面在加工结束后还进行复核，复核过程包括：

在工艺基准面上不同工艺块任意选两点跑坐标y；

打表机检x值；

x值与计算值ytanα比较，相等则确定α1=α，其中α为空间孔中心线与竖直线之间的夹角，竖直线平行于侧加工基准面。

另一方面，提供一种连铸扇形段框架空间孔的测量方法，包括：

采用几何作图，将无法测量的空间角度α和尺寸l3、尺寸l2转换为可以直接测量的尺寸α1、尺寸la、尺寸lb；

测量尺寸α1、尺寸la、尺寸lb；

其中：空间角度α为空间孔中心线与竖直线之间的夹角，竖直线平行于侧加工基准面；尺寸l3为连铸扇形段框架中心线与空间孔中心线之间的水平距离；尺寸l2为上加工基准面与空间孔端面之间的垂直距离；

其中：尺寸α1为工艺基准面与侧加工基准面的夹角，尺寸la为以工艺基准面为水平基准面放置于工作台状态下、基准孔内壁竖向最远点与空间孔内壁竖向最近点的距离，尺寸lb为以工艺基准面为水平基准面放置于工作台状态下、基准孔内壁横向最远点与空间孔端面的距离。

在本发明的实施例中，空间角度α转换为尺寸α1的转化代数式为：

α1=arctan(x/y)=α式（1）；

式（1）中，y为工艺基准面上不同工艺块任意选两点的跑坐标，x为打表机检值；

尺寸l3转换为尺寸la的转化代数式为：

la=(l3-l1)cosα+(l2-l4)sinα-d2/2+d1/2式（2），

尺寸l2转换为尺寸lb的转化代数式为：

lb=(l2-l4)cosα-(l3-l1)sinα+d1/2式（3）；

式（2）和式（3）中：l1为连铸扇形段框架中心线与所述基准孔位置之间的水平距离；l2为上加工基准面与基准孔中心线之间的垂直距离；l3为连铸扇形段框架中心线与空间孔中心线之间的水平距离；l4为上加工基准面与空间孔端面之间的垂直距离；d1为基准孔的直径；d2为空间孔的直径。

在本发明中，至少具有如下技术效果或优点：

本发明采用转换基准将无法直接测量的尺寸和角度，显化为能直接测量的尺寸，有效解决了空间孔无法加工和测量的缺陷，进而实现空间孔能加工可测量，并确保准确的空间孔位置。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法流程图；

图2为本公开实施例提供的一种连铸扇形段框架空间孔的测量方法流程图；

图3为本公开实施例提供的连铸扇形段框架的仰视图；

图4为本公开实施例提供的连铸扇形段框架的主视图；

图5为本公开实施例提供的连铸扇形段框架的俯视图；

图6为图5的a-a剖视图；

图7为图4的c向视图；

图8为图4的d-d剖视图；

图9为连铸扇形段框架的待加工空间孔部位指示图；

图10为本公开实施例提供的转换基准原理图；

图11为加工空间孔时连铸扇形段框架安装示意图；

附图标记，1-连铸扇形段框架；11-工艺块；12-侧加工基准面；13-上加工基准面；14-基准孔；15-工艺基准面；16-空间孔；17-连铸扇形段框架的中心线；18-竖直线；2-第一横线；3-第一竖线；4-第二横线；5-第二竖线。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

请参阅图1，图1为本公开实施例提供的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法流程图，本公开实施例的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、在连铸扇形段框架1靠近空间孔16的侧面固定至少一个工艺块11；

步骤二、先将连铸扇形段框架1竖立于工作台，再铣出侧加工基准面12和上加工基准面13，其中，侧加工基准面12与上加工基准面13垂直，侧加工基准面12为侧面的相对侧面；

步骤三、先将连铸扇形段框架1从竖立状态调整到水平状态并放置于工作台，再加工基准孔14和工艺基准面15，其中：工艺基准面15是在工艺块11表面加工形成的，工艺基准面15与侧加工基准面12的夹角为α1，工艺基准面15与空间孔16中心线平行；基准孔14的位置是通过第一组尺寸确定的；

步骤四、首先将连铸扇形段框架1从水平状态调整到以工艺基准面15为水平基准面放置于工作台，然后通过第二组尺寸确定空间孔16的位置，接着在空间孔16的位置加工空间孔16，最后通过第三组尺寸铣出空间孔16的端面。

请参阅图3，图3为连铸扇形段框架1的仰视图，图3的左部分为非驱动侧，图3的右部分为驱动侧。请参阅图4，图4为连铸扇形段框架1的主视图，图4中明显可知上加工基准面13。

请参阅图5，图5为连铸扇形段框架1的俯视图。请参阅图6，图6为图5的a-a剖视图。

请参阅图7，图7为图4的c向视图。图7中标示有上加工基准面13和连铸扇形段框架的中心线17。图7中可以看出，连铸扇形段框架的中心线17与基准孔14的中心之间距离为450±0.2mm，上加工基准面13的宽度为100mm，上加工基准面13与基准孔14的中心之间距离为855±0.2mm，连铸扇形段框架的中心线17与右侧上加工基准面13的侧面之间距离为500mm，连铸扇形段框架的中心线17与左侧上加工基准面13的侧面之间距离为550mm。

在实际加工时，先确定图7的左侧上加工基准面13和右侧上加工基准面13。由于连铸扇形段框架的中心线17不易确定，这就需要将连铸扇形段框架的中心线17转换成侧基准面，需先行确定出侧基准面。

请参阅图8，图8为图4的d-d剖视图。图8中标示有上加工基准面13、侧加工基准面12和连铸扇形段框架的中心线17。图8中可以看出，连铸扇形段框架的中心线17与空间孔16的中心之间横向距离为628.93±0.1mm，上加工基准面13与空间孔16的中心之间纵向距离为65.26±0.1mm，空间孔16的中心与竖直线18之间夹角为1.5°，竖直线18为平行于侧加工基准面12且垂直于上加工基准面13的直线。

请参阅图9，图9为连铸扇形段框架1的待加工空间孔16部位指示图。侧加工基准面12在图9的左侧，工艺块11在图9的右侧，上加工基准面13在图9的上方，连铸扇形段框架的中心线17可见。连铸扇形段框架的中心线17距离与空间孔16的中心之间横向距离为l3=628.93±0.1mm，空间孔16的中心线与竖直线18之间夹角为α=1.5°，上加工基准面13与空间孔16的中心之间纵向距离为l2=65.26±0.1mm，空间孔16的孔径为d2。

请参阅图10，图10为本公开实施例的转换基准原理图。图10所示的l0为侧加工基准面12与与基准孔14中心线之间的水平距离，l1为连铸扇形段框架1中心线与基准孔14位置之间的水平距离，l2为上加工基准面13与基准孔14中心线之间的垂直距离，l3为连铸扇形段框架1中心线与空间孔16中心线之间的水平距离，l4为上加工基准面13与空间孔16端面之间的垂直距离，d1为基准孔14的直径，d2为空间孔16的直径。α1为工艺基准面15与侧加工基准面12的夹角，la为以工艺基准面15为水平基准面放置于工作台状态下、基准孔14内壁竖向最远点与空间孔16内壁竖向最近点的距离，lb为以工艺基准面15为水平基准面放置于工作台状态下、基准孔14内壁横向最远点与空间孔16端面的距离。y是在工艺基准面15上打表跑坐标y的两点，x是打表测量对应的x值。本公开实施例的设计构思是：

将图10的目标值（不可直接测量）：α、l3、l4，通过图10的可测量值x、y、l0+l1、l2，转换成（可直接测量的）转换目标值：α1、la、lb。la=(l3-l1)cosα+(l2-l4)sinα-d2/2+d1/2，lb=(l2-l4)cosα-(l3-l1)sinα+d1/2。

本公开实施例的加工方法，参考图10和转化代数式（la=(l3-l1)cosα+(l2-l4)sinα-d2/2+d1/2，lb=(l2-l4)cosα-(l3-l1)sinα+d1/2），通过转换基准(从上基准面和中心线基准转换为d1孔基准和α1工艺面基准)，经公式计算，将无法测量的空间角度α和尺寸l3、l4，显化为可以在机床上打表直接测量的尺寸y、x=ytanα和la、lb（其中y值、x值衡量角度α）。加工保证了转换尺寸，即可保证目标加工尺寸。

另外，通过坐标计算x=ytanα，其中y是在工艺基准面15上打表跑坐标y的两点，打表测量对应的x值，x与ytanα计算值相等则α1=α。

上述的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法，步骤一的工艺块11为多个，多个工艺块11沿连铸扇形段框架1的高度方向呈矩阵排列；

每个工艺块11的高度小于连铸扇形段框架1的1/5高度。

上述的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法，步骤三中，基准孔14的位置是通过尺寸确定的，包括：

从上加工基准面13向下垂直量取尺寸l2、得到第一横线2；

从侧加工基准面12向工艺块11方向水平量取尺寸l0+l1、得到第一竖线3；

第一横线2与第一竖线3的交点即为基准孔14的位置。

上述的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法，步骤三的尺寸l0为侧加工基准面12与连铸扇形段框架1中心之间的水平距离；

步骤三的尺寸l1为连铸扇形段框架1中心线与基准孔14位置之间的水平距离。

上述的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法，步骤四通过第二组尺寸确定空间孔16的位置，包括：

从基准孔14内壁竖向最远点向工艺基准面15方向垂直量取尺寸la+d2/2、得到第二横线4；

从连铸扇形段框架1的纵向基准面量取纵向尺寸、得到第二竖线5；

第二横线4和第二竖线5在空间孔16初始端面的交点即为空间孔16的位置。

上述的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法，步骤四通过第三组尺寸铣出空间孔16的端面，包括：

从基准孔14内壁横向最远点向上加工基准面13方向水平量取尺寸lb、得到空间孔16的端面；

以工艺基准面15为水平基准面放置于工作台后，铣削空间孔16的初始端面；

铣削过程中不断量取从基准孔14的内壁横向最远点向上加工基准面13方向水平量取尺寸，直至量取尺寸为lb时停止铣削加工；

停止铣削加工时的铣削加工表面为铣削空间孔16的端面。

上述的一种连铸扇形段框架空间孔的加工方法，步骤三工艺基准面15在加工结束后还进行复核，复核过程包括：

在工艺基准面15上不同工艺块11任意选两点跑坐标y；

打表机检x值；

x值与计算值ytanα比较，相等则确定α1=α，其中α为空间孔16中心线与竖直线18之间的夹角，竖直线18平行于侧加工基准面12。

本实施例的加工方法主要是确定孔位置，本实施例确定孔位置具体包括：（1）采用几何作图简化尺寸本质。（2）显化目标尺寸。将空间不可测量的尺寸，转化为可直接测量的尺寸。该可测量尺寸孔轴线为相互垂直的异面直线。（3）显化过程采用代数式计算。（4）在工件上安排附加的工艺块11并加工出工艺基准面15，实现加工中的角度定位。（5）本方法可以单独用于指导加工该类型空间孔16，并接受其它检测方法的检验。（6）本方法可以单独用于检测任何其它方法加工出的该类型空间孔16。

需要说明的是，本实施例步骤一的工艺块11在加工完空间孔16之后或者加工完整个连铸扇形段框架1之后再去掉该工艺块11。

结合上述方案和说明书附图，本实施例的实现步骤如下：

（1）在连铸扇形段框架1上（图9）附加焊接工艺块11（加工完再去掉该工艺块11）。

（2）连铸扇形段框架1立起在回转工作台，铣出侧基准面和上基准面。利用数控程序铣所有加工部的对刀基准后，按照对刀基准面加工成（图9）各列带槽轴承座块和α1的工艺基准面15。

（3）然后水平放置连铸扇形段框架1，加工d1基准孔14和α1工艺基准面15。

以（图10）侧基准面和上基准面为准，返尺寸l0+l1和l2加工d1孔成。

按原理图（图10）在工艺基准面15上任意选两点跑坐标y，打表机检x值，x值与计算值ytanα比较，相等则确定α1=α。

（4）以α1工艺基准面15为水平基准座底，确定待加工的空间孔16d2的角度，安装框架（图11）；

镗（图11）d2孔并铣端面lb，确定孔位置la。

打表机检lb、la，与以下目标值比较。

la=(l3-l1)cosα+(l2-l4)sinα-d2/2+d1/2

lb=(l2-l4)cosα-(l3-l1)sinα+d1/2。

请参阅图2，图2为本公开实施例提供的一种连铸扇形段框架空间孔的测量方法流程图，本公开实施例的一种连铸扇形段框架空间孔的测量方法，包括：

采用几何作图，将无法测量的空间角度α和尺寸l3、尺寸l2转换为可以直接测量的尺寸α1、尺寸la、尺寸lb；

测量尺寸α1、尺寸la、尺寸lb；

其中：空间角度α为空间孔16中心线与竖直线18之间的夹角，竖直线18平行于侧加工基准面12；尺寸l3为连铸扇形段框架1中心线与空间孔16中心线之间的水平距离；尺寸l2为上加工基准面13与空间孔16端面之间的垂直距离；

其中：尺寸α1为工艺基准面15与侧加工基准面12的夹角，尺寸la为以工艺基准面15为水平基准面放置于工作台状态下、基准孔14内壁竖向最远点与空间孔16内壁竖向最近点的距离，尺寸lb为以工艺基准面15为水平基准面放置于工作台状态下、基准孔14内壁横向最远点与空间孔16端面的距离。

本公开实施例的测量方法，参考图10和转化代数式（la=(l3-l1)cosα+(l2-l4)sinα-d2/2+d1/2，lb=(l2-l4)cosα-(l3-l1)sinα+d1/2），通过转换基准(从上基准面和中心线基准转换为d1孔基准和α1工艺面基准)，经公式计算，将无法测量的空间角度α和尺寸l3、l4，显化为可以在机床上打表直接测量的尺寸y、x=ytanα和la、lb（其中y值、x值衡量角度α）。加工保证了转换尺寸，即可保证目标加工尺寸。另外，本实施例通过坐标计算x=ytanα，其中y是在工艺基准面15上打表跑坐标y的两点，打表测量对应的x值，x与ytanα计算值相等则α1=α。

上述的一种连铸扇形段框架空间孔的测量方法，空间角度α转换为尺寸α1的转化代数式为：

α1=arctan(x/y)=α式（1）；

式（1）中，y为工艺基准面15上不同工艺块11任意选两点的跑坐标，x为打表机检值；

尺寸l3转换为尺寸la的转化代数式为：

la=(l3-l1)cosα+(l2-l4)sinα-d2/2+d1/2式（2），

尺寸l2转换为尺寸lb的转化代数式为：

lb=(l2-l4)cosα-(l3-l1)sinα+d1/2式（3）；

式（2）和式（3）中：l1为连铸扇形段框架1中心线与基准孔14位置之间的水平距离；l2为上加工基准面13与基准孔14中心线之间的垂直距离；l3为连铸扇形段框架1中心线与空间孔16中心线之间的水平距离；l4为上加工基准面13与空间孔16端面之间的垂直距离；d1为基准孔14的直径；d2为空间孔16的直径。

本实施例的测量方法包括：（1）采用几何作图简化尺寸本质。（2）显化目标尺寸。将空间不可测量的尺寸，转化为可直接测量的尺寸。该可测量尺寸孔轴线为相互垂直的异面直线。（3）显化过程采用代数式计算。（4）在工件上安排附加的工艺块11并加工出工艺基准面15，实现加工中的角度定位。（5）本方法可以单独用于指导加工该类型空间孔16，并接受其它检测方法的检验。（6）本方法可以单独用于检测任何其它方法加工出的该类型空间孔16。

本公开的实施例采用转换基准将无法直接测量的尺寸和角度，显化为能直接测量的尺寸，有效解决了空间孔16无法加工和测量的缺陷，进而实现空间孔16能加工可测量，并确保准确的空间孔16位置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。