高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统及其精车方法
【专利摘要】本发明公开了一种高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统及其精车方法，包括车床本体，还包括粗车车刀、调整装置、辅助支撑装置和在线测量装置，粗车车刀、调整装置和辅助支撑装置均设于车床本体上，在线测量装置用以实现在线测量单元筒组件外圆尺寸。本发明能够满足镍基高温合金材料的外圆精车要求，提高了内筒组件的外圆加工效率。
【专利说明】
高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统及其精车方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种外圆精车系统，更具体地说，涉及一种高温气冷堆换热单元内筒 组件外圆精车系统及其精车方法。
【背景技术】
[0002] 高温气冷堆属于第四代核反应堆技术，全球首座高温气冷堆示范工程华能石岛湾 核电站反应堆是十六个国家科技重大专项之一，是世界上第一座具有第四代核能系统安全 特性的核电机组。该工程于2012年底开工建设，计划于2017年底投产发电。换热单元是它的 一个重要组成部分，内筒组件是换热单元的关键零部件，其主要外形尺寸为外径 Φ 280= mm,粗糙度Ra < 3.2，长度8815mm，内筒组件由材料6625制成，该材料属镍基高温 合金，镍基高温合金具有硬质点多、导热性极差、切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大等 特点，属于典型的难加工材料，非常难以进行车削加工，而且该材料价格又比较昂贵。
[0003] 由于内筒组件其材料的特殊性，若还是采用传统的外圆精车系统，就会存在着以 下的不足：
[0004] 1.外圆精车时所使用的刀具耐用度大大下降，只能频繁更换刀具，工作效率极低， 加工质量得不到保证；
[0005] 2.内筒组件是一件细长大型工件，工件原材料外圆的圆度误差很大，增加了加工 难度；
[0006] 3.外圆精车过程中振动大，缺少了振动吸收环节；
[0007] 4.常规的量具和测量方法均要求退刀、停车后才能进行测量，将破坏原来形成的 稳定加工状态，再重新开车、进刀后将不可避免地在两次车削的衔接处留下接刀痕，影响形 状、尺寸精度。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种高温气冷堆换热单 元内筒组件外圆精车系统及其精车方法，能够满足镍基高温合金材料的外圆精车要求，提 高了内筒组件的外圆加工效率。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] -方面，一种高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统，包括车床本体，还包括 粗车车刀、调整装置、辅助支撑装置和在线测量装置，粗车车刀、调整装置和辅助支撑装置 均设于车床本体上，在线测量装置用以实现在线测量单元筒组件外圆尺寸；
[0011] 所述粗车车刀设于车床本体的刀架上，包括刀杆和连接于刀杆一端的刀头，刀头 为梯形块状，刀头的上表面前端上开设有一条卷肩槽，刀头前端面的上边设置为主刀刃保 护棱带，其向于刀尖一边设置为刀尖保护棱带；
[0012] 所述调整装置具有数个，均包括中心架和设于中心架的支撑爪内的调整套，中心 架设于车床本体的轨道上，调整套套设于单元筒组件的外圆上，用以实现单元筒外圆表面 形成一个可供中心架支撑的圆形表面；
[0013] 所述辅助支撑装置设于车床本体的轨道上，具有数个，均包括底板，中部轴承座、 一对端部轴承座、一对支撑块滑座、一对丝杆和一对支撑块，底板的上表面上固定连有一个 中部轴承座，底板上表面的两端还分别固定连有一个端部轴承座，一对端部轴承座分别设 于中部轴承座的两侧，使得中部轴承座的两侧面与两个端部轴承座的内侧面分别都相对 应，每根丝杆的两端都连有一个轴承，每根丝杆的一端通过轴承固定于中部轴承座的两侧 面内，每根丝杆的另一端通过轴承固定于与中部轴承座的两侧面相对应的端部轴承座的内 侧面内，使得每根丝杆分别都固定于中部轴承座与两个端部轴承座之间，每根丝杆并通过 轴承能够转动，一对支撑块滑座分别通过螺纹啮合套设于每根丝杆上，每个支撑块滑座的 上表面都连有一个支撑块，一对支撑块相对应的内侧面都为斜面，使得一对支撑块的内侧 面形成一个V字形；
[0014] 所述在线测量装置包括支架、一对上滚轮、一对侧滚轮和测量机构，支架呈C字形 且开口朝下设置，一对上滚轮通过一滚轮轴分别连接于支架上端的两侧面，一对侧滚轮通 过另一滚轮轴分别连接于支架一端的两侧面，测量机构设于支架的另一端，测量机构包括 拨杆、测量头和百分表，拨杆呈纵向设置，其上端通过拨杆轴连接于支架上，使得拨杆能够 绕拨杆轴摆动，拨杆的下端设有一通孔，测量头的一端穿设过通孔与支架设于支架的外侧， 并连接于百分表，测量头的另一端设于支架的内侧，通过拨动拨杆，拨杆绕拨杆轴旋转，带 动测量头向百分表方向作内缩回。
[0015] 还包括浮动吊具，通过浮动吊具实现了四点起吊单元筒组件。
[0016] 所述的调整套包括一个内圆环和分别连于内圆环两端的外圆环，两个外圆环上均 沿径向开设有数个螺纹孔，每个螺纹孔中都穿设有一个调整螺栓，每个调整螺栓向于外圆 环圆心的一端上都连有一个接触套。
[0017] 所述的底板下表面的两端分别还各开设有一个与车床本体轨道相匹配的倒槽。
[0018] 所述的上滚轮与单元筒组件的切点至所述侧滚轮的中心距离为单元筒组件半径， 所述侧滚轮与单元筒组件的切点至所述上滚轮的中心距离为单元筒组件半径，所述测量头 的轴线延长后通过侧滚轮的中心。
[0019] 另一方面，一种高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车的方法，具有以下步骤： [0020] S1.先采用浮动吊具将需加工的单元筒组件吊至车床上；
[0021] S2.将调整装置套设在单元筒组件的外圆上，再把单元筒组件架在辅助支撑装置 上面，然后把调整装置在单元筒组件的外圆上固定住；
[0022] S3.安装好粗车车刀的位置，启动车床，进刀进行车削加工单元筒组件的外圆尺 寸；
[0023] S4.在车削加工过程中，再采用在线测量装置实现在不用停车的情况下实时检测 单元筒组件的外圆尺寸，直至加工到要求的外圆尺寸为止。
[0024] 还包括S5,使用在线测量装置前，先在其侧滚轮和测量头之间用标准量棒进行校 准，再拨动拨杆，使拨杆下端向支架外侧摆动，并带动测量头和百分表缩回，处于工作预备 状态，测量时，将量具套于组件外圆上，使量具上的上滚轮和侧滚轮与工件外圆相切，再拨 动拨杆，使拨杆下端向支架内侧摆动，从而带动测量头和百分表前进，使测量头与组件外圆 相切，就能够在百分表上读出组件外圆的尺寸。
[0025] 所述粗车车刀的刀头的前角为22.5°，刀头的后角为7.3°，刀头的两个副后角都 为10.5°，刀头的刃倾角为0°，主刀刃保护棱带与刀尖保护棱带的宽度为0.2mm，卷肩槽表面 的粗糙度为<Ra0.8。
[0026] 所述辅助支撑装置的中部轴承座相对于底板的高度小于两个支撑块滑座对于底 板的高度，使得两个支撑块能够接触在一起。
[0027]本发明具有以下几点有益效果：
[0028] 1.本发明提高了车刀的耐用度，也避免了组件受旋压而导致的变形；
[0029] 2.本发明也提高了组件起吊时的安全性；
[0030] 3.本发明所采用的在线测量装置，能够保证刀具稳定的切削状态不被破坏，提高 了刀具的使用寿命，也提高加工表面的质量和加工效率。
【附图说明】
[0031 ]图1是本发明的结构示意图；
[0032]图2是本发明的浮动吊具的示意图；
[0033]图3是本发明的粗车车刀的示意图；
[0034] 图4是本发明的调整装置中调整套的示意图；
[0035] 图5是本发明的辅助支撑装置的示意图；
[0036] 图6是本发明的在线测量装置的示意图；
[0037] 图7是本发明的在线测量装置的工作原理图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0039] 结合图1至图6所示，本发明所提供的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系 统，包括车床本体1，还包括粗车车刀2、调整装置3、辅助支撑装置4和在线测量装置5，粗车 车刀2、调整装置3和辅助支撑装置4均设于车床本体1上，在线测量装置5用以实现在线测量 内筒组件6外圆尺寸。
[0040] 所述粗车车刀2设于车床本体1的刀架101上，包括刀杆201和连接于刀杆201-端 的刀头202,刀头202为梯形块状，刀头202的上表面前端上开设有一条卷肩槽203,刀头202 前端面的上边设置为主刀刃保护棱带204,其向于刀尖一边设置为刀尖保护棱带205。 [0041]所述调整装置3具有数个，均包括中心架301和设于中心架301的支撑爪内的调整 套302,中心架301设于车床本体1的轨道102上，调整套302套设于内筒组件6的外圆上，用以 实现内筒组件6外圆表面形成一个可供中心架301支撑的圆形表面。调整套302包括一个内 圆环303和分别连于内圆环303两端的外圆环304,两个外圆环304上均沿径向开设有数个螺 纹孔，每个螺纹孔中都穿设有一个调整螺栓305,每个调整螺栓305向于外圆环304圆心的一 端上都连有一个接触套306。
[0042] 工作时，将调整套302套装在内筒组件6的外圆上，通过调整调整套302两端的调整 螺栓305,将内筒组件6固定在调整套302的合适位置，在这个位置时，调整套302的内圆环 303表面与车床本体1的回转中心一致，内筒组件6在这个位置旋转，可调整内筒组件6表面 余量至合适的位置，确保内筒组件6表面余量切削掉后，整个内筒组件6的外圆尺寸和表面 粗糙度达到设计的要求。
[0043]所述辅助支撑装置4设于车床本体1的轨道102上，具有数个，均包括底板401，中部 轴承座402、一对端部轴承座403、一对支撑块滑座404、一对丝杆405和一对支撑块406,底板 401的上表面中间位置上固定连有一个中部轴承座402,底板401上表面的两端还分别固定 连有一个端部轴承座403,一对端部轴承座403分别设于中部轴承座402的两侧，使得中部轴 承座402的两侧面与两个端部轴承座403的内侧面分别都相对应，每根丝杆405的两端都连 有一个轴承，每根丝杆405的一端通过轴承固定于中部轴承座402的两侧面内，每根丝杆405 的另一端通过轴承固定于与中部轴承座402的两侧面相对应的端部轴承座403的内侧面内， 使得每根丝杆405分别都固定于中部轴承座402与两个端部轴承座403之间，每根丝杆405并 通过轴承能够转动，一对支撑块滑座404分别通过螺纹啮合套设于每根丝杆405上，每个支 撑块滑座404的上表面都连有一个支撑块406，一对支撑块406相对应的内侧面都为斜面，使 得一对支撑块406的内侧面形成一个V字形，支撑块406可以采用松木制成，这种材料本身硬 度低对工件无损伤，弹性模量低，易弹性变形，可适应工件的几何误差，也可吸收车削过程 中产生的振动，另外，松木还可以浸透润滑油，能够具有润滑的作用，另外，底板401下表面 的两端分别还各开设有一个与车床本体1轨道102相匹配的倒槽407。
[0044]所述在线测量装置5包括支架501、一对上滚轮502、一对侧滚轮503和测量机构，支 架501呈C字形且开口朝下设置，一对上滚轮502通过一滚轮轴504分别连接于支架501上端 的两侧面，一对侧滚轮503通过另一滚轮轴505分别连接于支架501-端的两侧面，测量机构 设于支架501的另一端，测量机构包括拨杆506、测量头507和百分表508，拨杆506呈纵向设 置，其上端通过拨杆轴509连接于支架501上，使得拨杆506能够绕拨杆轴509摆动，拨杆506 的下端设有一通孔510,测量头507的一端穿设过通孔510与支架501后设于支架501的外侧， 并连接于百分表508，测量头507的另一端设于支架501的内侧，通过拨动拨杆506，拨杆506 绕拨杆轴509旋转，带动测量头507向百分表508方向作内缩回，使得测量头507不与内筒组 件6相碰，处于待测量状态，上滚轮502与内筒组件6的切点至所述侧滚轮503的中心距离为 内筒组件6半径，所述侧滚轮503与内筒组件6的切点至所述上滚轮502的中心距离为内筒组 件6半径，所述测量头507的轴线延长后通过侧滚轮503的中心。
[0045] 另外，还包括浮动吊具7,通过浮动吊具7实现了四点起吊内筒组件6,包括主梁 701、一对浮动梁702、数对联接板703和数个吊爪704,主梁701的两端分别通过主梁销轴705 连接于一根浮动梁702上端的中部，每根浮动梁702的两端分别通过浮动梁销轴706连接一 对联接板703的上端，每对联接板703的下端通过吊爪轴707连接吊爪704,吊爪704包括一对 爪钩，一对爪钩通过吊爪轴交叉相连，一对爪钩的上端分别与联接板703的下端相连，并与 联接板703形成四联杆机构，吊具两端外侧的吊爪704下端上设有挡块708,这样就使得两根 浮动梁702上分别连接设置了两个吊爪704,共四个吊爪704可以在进行起吊时，均匀的分布 载荷，而联接板703与吊爪704构成的的四联杆机构，将保证每个吊爪704的开、合灵活，并在 起吊过程中，在内筒组件6自重作用下不会张开，当吊钩下降时，吊具整体也随之下降，吊爪 704就会接触内筒组件6，四联杆机构将在吊具自重作用下自动打开，吊具两端外侧的吊爪 704下端上设有挡块708，这样使得内筒组件6不会在吊具中窜动，更不会从吊具中滑出或者 跌落。
[0046] 采用本发明的高温气冷堆换热单元筒组件外圆精车的方法，具有以下步骤：
[0047] S1.先采用浮动吊具7将需加工的内筒组件6吊至车床本体1上；
[0048] S2.将调整装置3套设在内筒组件6的外圆上，再把内筒组件6架设在辅助支撑装置 4上面，然后把调整装置3在内筒组件6的外圆上固定住；
[0049] S3.安装好粗车车刀2的位置，启动车床本体1，进刀进行车削加工内筒组件6的外 圆尺寸；
[0050] S4.在车削加工过程中，再采用在线测量装置5实现在不用停车的情况下实时检测 内筒组件6的外圆尺寸，直至加工到要求的外圆尺寸为止。
[0051 ] 还包括S5,使用在线测量装置5前，先在其侧滚轮503和测量头507之间用标准量棒 进行校准，再拨动拨杆506,使拨杆506下端向支架501外侧摆动，并带动测量头507和百分表 508缩回，处于工作预备状态，测量时，将量具套于内筒组件6外圆上，使量具上的上滚轮502 和侧滚轮503与内筒组件6外圆相切，再拨动拨杆506，使拨杆506下端向支架501内侧摆动， 从而带动测量头507和百分表508前进，使测量头507与内筒组件6外圆相切，就能够在百分 表508上读出组件外圆的尺寸。
[0052]请结合图7所示，本发明的在线测量装置的工作原理，图中δ为加工余量，当δ不存 在时本发明与被测工件的三个接触点为A、B、C，这三点均在工件的正确轮廓上。
[0053]当δ存在时，本发明与被测工件的三个接触点为A'、B'、C'，这三点均不在工件的正 确轮廓上，而是在工件有余量的轮廓上，BC长即为工件的实际直径。B'C'长不为工件的实际 直径D，而是工件加工过程中用本发明的不停车量具所测得的直径，即B'C'之间的长度D'』 与D '之间的差值是本发明的系统误差，下面对这一误差做一个分析，由几何学可知
[0054]
[0055] 以精车余量δ取〇 · 25mm为例，则δ = 〇 · 25，D = 280，则
[0056] \厶J
[0057] 当δ远小吁
i向于0。即在精车余量的情况下，在内筒组件其 主要外形尺寸Φ 28〇1丨mm这一精度要求的情况下，可以认为d=d'。
[0058]较佳的，所述粗车车刀2的刀头202的前角为22.5°，刀头202的后角为7.3°，刀头 202的两个副后角都为10.5°，刀头202的刃倾角为0°，主刀刃保护棱带204与刀尖保护棱带 205的宽度为0.2mm，卷肩槽203表面的粗糙度为SRaO.8。
[0059]上述的所有角度，保证了在车削过程中发热量减少，刀头202强度增加，提高了车 刀的耐用度。宽度为〇.2mm的主刀刃保护棱带204与刀尖保护棱带205,保护了刀刃和刀尖， 提高了车刀的耐用度，由于加工材料6625的刀具材料较特殊，目前还缺少相应的成型机夹 刀片，刀具主要还是依赖手工刃磨，如刀尖处的保护棱刃磨成圆弧状，圆弧半径往往会磨得 过大并使刀尖处的前角角度发生变化，造成切削力增加，反而不利于保证刀头的耐用度，刃 磨成0.2_宽的棱带，利于手工刃磨，且在耐用度方面与刃磨成圆弧状相差不多。
[0060] 另外，卷肩槽203表面用油石打磨，使粗糙度不大于RaO.8,减少了发热量，提高了 车刀的耐用度。
[0061] 较佳的，所述辅助支撑装置4的中部轴承座402相对于底板401的高度小于两个支 撑块滑座404对于底板401的高度，使得两个支撑块406能够接触在一起，这样就可以使用于 外圆直径较小的内筒组件6。
[0062] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明， 而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变 化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【主权项】
1. 一种高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统，包括车床本体，其特征在于，还包 括粗车车刀、调整装置、辅助支撑装置和在线测量装置，粗车车刀、调整装置和辅助支撑装 置均设于车床本体上，在线测量装置用以实现在线测量单元筒组件外圆尺寸； 所述粗车车刀设于车床本体的刀架上，包括刀杆和连接于刀杆一端的刀头，刀头为梯 形块状，刀头的上表面前端上开设有一条卷肩槽，刀头前端面的上边设置为主刀刃保护棱 带，其向于刀尖一边设置为刀尖保护棱带； 所述调整装置具有数个，均包括中心架和设于中心架的支撑爪内的调整套，中心架设 于车床本体的轨道上，调整套套设于单元筒组件的外圆上，用以实现单元筒外圆表面形成 一个可供中心架支撑的圆形表面； 所述辅助支撑装置设于车床本体的轨道上，具有数个，均包括底板，中部轴承座、一对 端部轴承座、一对支撑块滑座、一对丝杆和一对支撑块，底板的上表面上固定连有一个中部 轴承座，底板上表面的两端还分别固定连有一个端部轴承座，一对端部轴承座分别设于中 部轴承座的两侧，使得中部轴承座的两侧面与两个端部轴承座的内侧面分别都相对应，每 根丝杆的两端都连有一个轴承，每根丝杆的一端通过轴承固定于中部轴承座的两侧面内， 每根丝杆的另一端通过轴承固定于与中部轴承座的两侧面相对应的端部轴承座的内侧面 内，使得每根丝杆分别都固定于中部轴承座与两个端部轴承座之间，每根丝杆并通过轴承 能够转动，一对支撑块滑座分别通过螺纹啮合套设于每根丝杆上，每个支撑块滑座的上表 面都连有一个支撑块，一对支撑块相对应的内侧面都为斜面，使得一对支撑块的内侧面形 成一个V字形； 所述在线测量装置包括支架、一对上滚轮、一对侧滚轮和测量机构，支架呈C字形且开 口朝下设置，一对上滚轮通过一滚轮轴分别连接于支架上端的两侧面，一对侧滚轮通过另 一滚轮轴分别连接于支架一端的两侧面，测量机构设于支架的另一端，测量机构包括拨杆、 测量头和百分表，拨杆呈纵向设置，其上端通过拨杆轴连接于支架上，使得拨杆能够绕拨杆 轴摆动，拨杆的下端设有一通孔，测量头的一端穿设过通孔与支架设于支架的外侧，并连接 于百分表，测量头的另一端设于支架的内侧，通过拨动拨杆，拨杆绕拨杆轴旋转，带动测量 头向百分表方向作内缩回。2. 如权利要求1所述的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统，其特征在于，还包 括浮动吊具，通过浮动吊具实现了四点起吊单元筒组件。3. 如权利要求1所述的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统，其特征在于，所述 的调整套包括一个内圆环和分别连于内圆环两端的外圆环，两个外圆环上均沿径向开设有 数个螺纹孔，每个螺纹孔中都穿设有一个调整螺栓，每个调整螺栓向于外圆环圆心的一端 上都连有一个接触套。4. 如权利要求1所述的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统，其特征在于，所述 的底板下表面的两端分别还各开设有一个与车床本体轨道相匹配的倒槽。5. 如权利要求1所述的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车系统，其特征在于，所述 的上滚轮与单元筒组件的切点至所述侧滚轮的中心距离为单元筒组件半径，所述侧滚轮与 单元筒组件的切点至所述上滚轮的中心距离为单元筒组件半径，所述测量头的轴线延长后 通过侧滚轮的中心。6. 如权利要求1所述的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车的方法，其特征在于，具 有以下步骤：51. 先采用浮动吊具将需加工的单元筒组件吊至车床上；52. 将调整装置套设在单元筒组件的外圆上，再把单元筒组件架在辅助支撑装置上面， 然后把调整装置在单元筒组件的外圆上固定住；53. 安装好粗车车刀的位置，启动车床，进刀进行车削加工单元筒组件的外圆尺寸；54. 在车削加工过程中，再采用在线测量装置实现在不用停车的情况下实时检测单元 筒组件的外圆尺寸，直至加工到要求的外圆尺寸为止。7. 如权利要求6所述的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车的方法，其特征在于，还 包括S5,使用在线测量装置前，先在其侧滚轮和测量头之间用标准量棒进行校准，再拨动拨 杆，使拨杆下端向支架外侧摆动，并带动测量头和百分表缩回，处于工作预备状态，测量时， 将量具套于组件外圆上，使量具上的上滚轮和侧滚轮与工件外圆相切，再拨动拨杆，使拨杆 下端向支架内侧摆动，从而带动测量头和百分表前进，使测量头与组件外圆相切，就能够在 百分表上读出组件外圆的尺寸。8. 如权利要求6所述的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车的方法，其特征在于，所 述粗车车刀的刀头的前角为22.5°，刀头的后角为7.3°，刀头的两个副后角都为10.5°，刀头 的刃倾角为0°，主刀刃保护棱带与刀尖保护棱带的宽度为〇.2mm，卷肩槽表面的粗糙度为< RaO.8 〇9. 如权利要求6所述的高温气冷堆换热单元内筒组件外圆精车的方法，其特征在于，所 述辅助支撑装置的中部轴承座相对于底板的高度小于两个支撑块滑座对于底板的高度，使 得两个支撑块能够接触在一起。
【文档编号】B23B25/06GK105855568SQ201610387573
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】李弟春, 李鸿雪
【申请人】上海瑞纽机械股份有限公司