大型数控龙门镗铣床在弧形闸门面板加工的应用简述

吕华 邹振忠

摘 要：为确保几内亚苏阿皮蒂水利枢纽底孔高水头弧形闸门制造质量，改变过去传统的自行设计加工制作的弧面加工工装设备，采用先进的大型数控龙门铣床对门叶面板外缘面、节间连接板整体机加工，以保证闸门的整体装配质量满足设计要求。

关键词：大型数控龙门镗铣床；弧面加工；节间加工；应用

中图分类号：TV663+.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）17-0154-02

高水头弧形闸门在启闭过程中（具备局部开启），应具有良好的水力条件，其运行工况复杂，在弧门整体退火消应的同时，为保证弧门运行过程中的稳定性，设计时往往要求对其门叶面板外缘面整体机加工，以保证其曲率半径尺寸和粗糙度满足设计要求。

传统的门叶面板外缘面整体机加工，大多数制造厂采用自行设计加工制作的弧面加工工装，如三峡工程泄洪深孔弧形闸门面板外缘面整体机加工，其耗时长，加工精度不高（弧形为折线而非圆弧线），且针对不同外形尺寸、曲率半径的弧形闸门需要设计制作不同的加工专用工装，通用性不强。

随着我国大型数控龙门铣床的设计和实际应用，运用数控程序对门叶面板外缘面和节间铣削加工，无需制作任何加工工装，其加工精度高、节省工期。在几内亚苏阿皮蒂水利枢纽底孔高水头弧形闸门制造中得到了成功应用。

1 闸门特性及要求

1.1 几内亚苏阿皮蒂水利枢纽项目泄洪底孔弧形闸门特性及要求如下：

闸门型式：潜孔式主纵梁弧形工作闸门；

孔口尺寸及设计水头（宽×高-设计水头）：5m×6m-83.56m；

曲率半径：11.0m；

总水压力：29113kN；

闸门重量：144t/套；

工艺要求：整体退火；

加工后曲率半径误差：±1.0mm。

1.2 门叶结构形式

闸门采用双主纵梁、直支臂焊接结构，门叶为П型双腹板主纵梁、支臂为箱型结构型式。门叶按宽度方向分为左右两瓣对称制作，采用高强螺栓连接。

2 闸门机加工

2.1 加工设备简介

根据闸门外形尺寸大小，选定由中捷合资生产的CMC40120mr3数控龙门移动式加工中心（以下简称“数控铣床”）。该数控铣床的优点：

（1）进给刀采用双驱动机构，两个交流伺服电机，配合德国高扭短减速机，实现无间隙传动，机床运动采用光栅尺形成全闭环控制。（2）工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成铣、镗、钻等多种工序，大大减少了工件装夹时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。

2.2 加工原理（见图1）

2.3 门叶弧面、节间连接板、侧水封座板机加工

2.3.1 门叶在CMC40120mr3数控龙门铣加工中心的整体加工状态（见图2）

2.3.2 加工余量的确定

面板外缘面设计厚度28mm，弧门焊接变形和整体退火对曲率半径的影响，工艺设计阶段，在曲率半径按照经验公式增加80mm的基础上，机加工余量预留12.0mm，即面板板厚达到40mm，焊接校正完成检测加工余量，面板平均加工量为8.0mm。

节间连接板、侧水封座板设计厚度分别为25mm，考虑到弧门在宽度方向的焊接收缩量，工艺机加工余量预留5mm，即节间连接板、侧水封座板厚度均达到30mm。

2.3.3 整体退火

为保证门叶外形几何尺寸满足机加工要求以后，进入退火炉前将门叶用型钢固定在退火炉移动台车上，并用水准仪进行扭曲测量，其扭曲不超过±3.0mm。根据《水利水电工程钢闸门制造安装验收规范》（GB/T14173-2008）规定确定。最高温度580℃-600℃，其温度偏差20℃，保温2h。加热速度在300℃以下≤220℃/h， 300℃以上50℃/h。冷却速度80℃/h，300℃以下出炉。

门叶退火后主要检测门叶曲率半径、扭曲、与支臂连接的4个连接板的角度和扭曲，根据检测的数据计算出最优机加工组合尺寸，并进行初步的机加工划线。

2.3.4 机加工

（1）机加工步骤安排。门叶固定在数控铣床移动台车上→固定并几何尺寸复核→面板外缘面→门叶→节间连接板加工→侧水封座板加工→门叶翻身、固定、测量→支臂连接板加工→加工质量验收。

（2）面板外缘面加工。1）找正门叶4个角上的点，然后检查弧顶高度。2）确保门叶牢固压紧，完全无滑动，无晃动。3）将曲半径，圆点坐标，加工精度控制数据输入数控龙门铣PLC程序中，空车运行一次，检查激光点轨迹，满足弧面加工。加工方向从中间往两端进行。4）主轴装夹φ160R10刀盘，先空试车走运行轨迹，再开始粗加工弧面。加工工序每刀行走宽度为150mm。5）整体粗加工弧面过程结束后，根据图纸尺寸和要求检查工件弧面加工余量和光洁度，然后根据工件尺寸和要求编制空试车走运行轨迹，半精铣加工弧面工序，每刀行走宽度为20mm。6）整体半精铣加工弧面过程结束后，根据图纸尺寸和要求检查工件弧面加工精铣加工余量，然后根据工件尺寸和要求空试车走运行轨迹，精铣加工工件弧面工序，每刀行走宽度为5mm。7）整体弧面加工程序完成，去毛倒刺，清理铁屑，开始检验工序，采用表面光洁度表对照，检验表面光洁度是否达到图纸要求。主轴装百分表，根据图纸设计要求，由加工中心走程序，检测数据，确认数据无误后，再用激光跟踪仪整平面检测弧度尺寸确保尺寸没有偏差。最后依次加工节间连接版和侧水封座板。

加工方向设定为对角线方向交叉進行，保证面板外缘面呈弧面加工。见图3。

根据图纸尺寸和要求检查工件弧面加工余量和光洁度，每刀行走为粗铣3.0mm、精铣1.0mm。整体弧面加工完成后去用角磨机对加工表面进行毛刺清理和表面光洁度表对照，最终用激光跟踪仪对整个弧面尺寸偏差进行检测，满足设计要求。

（3）节间连接板和侧水封座板加工。面板外缘面加工完成后更换刀具，将加工弧面的铣刀更换为端面的镗刀。以加工后的弧面为基准，对节间连接板进行加工，保证面板外缘面垂直。方法步骤同面板外缘面加工。

CMC40120mr3数控龙门铣加工中心Z轴行程是800mm，此节间连接高度为1500mm，可通过接刀的方法来加工连接面。

3 数控龙门镗铣床的应用说明

几内亚苏阿皮蒂泄洪底孔弧门单节加工最大外形长×宽×高尺寸为7488mm×2443mm×1841mm，门叶加工所选用CMC40120mr3型数控龙门移动式加工中心，其工作台尺寸4000mm×12000mm，两立柱间距5180mm，满足加工需求。根据2016年9月21日新出台的GB 1589-2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》，对最大运输单元门叶的外形尺寸的控制，可借鉴本次采用数控铣床对弧门面板外缘面的加工成功应用，将大大提高其加工精度和质量。

4 结语

大型数控龙门镗铣床在几内亚苏阿皮蒂泄洪底孔弧形闸门机加工中的成功应用，使弧门面板外缘面、节间连接板、侧水封座板的三个加工面，在一台数控铣床上一次装夹完成所有加工工序，保证了各个加工面的精度要求，从而保证了闸门整体的装配质量，值得在今后类似弧门加工中推广应用。

参考文献

[1]曹峡荣.三峡泄洪深孔弧形闸门制造工艺简介[J].水工机械，2002，（2）：38-41.

[2]张开强，张海涛，任国良.主纵梁弧门（弧面加工）制作主要控制点工艺措施[J].西北水电，2014，（1）：82-84.