数控技术在大型换热器管板加工中应用.pdf

数控技术在大型换热器管板加工中的应用 机械工程 刘磊 040090008 摘要：随着化工设备的大型化发展的需求，其加工制造手段也需要不断的改进。本文就大型 换热器管板加工过程中数控技术的应用情况进行概述，总结数控加工较之传统加工方法的优 点，以及国内先进数控机床的应用现状。 1. 数控加工简介 1.1 数控技术定义 数控技术（Numerical Control ）是与机床控制密切结合而发展起来的一种自动控制技术， 是用数字化信息实现机床控制。数控机床是为了解决复杂、精密、小批多变零件加工的自动 化要求而产生的。数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序， 输入到机床的数控系统中，以控制刀具与工件的相对运动，从而加工出合格零件的方法。 1.2 数控机床与传统机床的比较 数控机床由数控装置、机床本体为核心附加信息输入、伺服、驱动等装置组成。数控机 床的优势体现在:a.广泛的适应性、灵活性，可加工不同种类批次的零部件；b.按照预先编 制的程序自动加工零件，加工过程不需要人工干预，加工零件的一致性好，重复精度高；c. 机床本身刚度好，精度高且保持性好，更加有利于加工质量长期稳定；d.自动化、高效率， 适合加工数量大的零部件。 与数控机床相比传统机床的劣势就凸显出来：a.适应性差，需根据产品设计不用的工 装；b.手动控制方式依靠手工摇动把手带动机床部件进行运动和停止，机动控制方式依靠 按钮或者行程开关控制电路控制机床，无论是加工精度和控制水平抖较差，重复精度更低； c.时间大量工作造成工人疲劳度高。 2. 换热器管板加工现状 2.1 管板加工要求 管板被广泛应用于石化、锅炉、制冷、汽轮机等行业，而管板加工是热交换器制造的重 要工序，在换热器的生产中占有很重要的地位。管板加工的精度，特别是管孔间距和管径公 差、垂直度、光洁度都极大地影响换热器的组装和使用性能。随着化工设备、电站的大型化， 其热交换器直径也变得越来越大，直径为 4~5ｍ的管板很常见，有的直径达到７ｍ左右。大 型管板的特点是管孔数量多、密；孔径小、深；精度和光洁度要，这就对管板的加工提出 了 很高的要求。衡量一台高温、高压或特殊介质的换热器和 D 型锅炉的质量优劣，管板（D 型炉为锅筒）与换热管胀接的密封性和所能承受的拉脱力是两项重要技术指标。为此，在管 板孔的设计中，视其产品的温度，压力和介质等情况，要求加工一条或多条环向槽，以增加 管系胀接后管子与管板连接的密封性和拉脱力。所以，管板内孔环向槽的加工技术在换热器 或锅炉制造中占有重要地位。 2.2 管板加工难度 石化行业的热交换器管板的材质常采用不锈钢材料，这类材料强度高，加工硬化性强。 切削力大，切屑不易折断。而且不锈钢高温强度大，导热系数差，切削时切削温度又高，易 使刀具磨损加剧，给加工增加了难度。钻削时钻头在半封闭状态下工作，不易冷却。钻头刀 刃较多，横刃前角为负值，切屑变形十分剧烈，产生很大的切削抗力。又由于钻头常用手修 磨，造成切削刃不对称，产生振动和孔的偏斜。 2.3 传统管板加工方法 传统的管板加工一般是先划线（划出的线成网格状，称网格线），打样冲点，用小钻头 钻，再正式钻孔。若孔壁光洁度要求高的，还要铰孔，最后倒角。划线时若是标准管板（蜂 窝状）还好说，若是图形复杂的。划线就很费事。钻孔时，操作工人用摇臂钻钻孔。调整摇 臂定位，再落下钻头，再抬起钻头重新调整摇臂定位，钻一个孔需做好几个动作，操作工人 的劳动强度较大。效率不高。传统的管板加工方法，精度低、费时、费力，使得管板加工成 为整个生产过程中的一个瓶颈。 3. 数控技术在管板加工上的应用 3.1 数控加工工艺流程 数控加工流程设计与传统机床加工流程设计的主要区别是不指从毛坯到成品的整个工 艺过程，而仅是几道数控加工流程的具体描述。因此在工艺路线中数控加工的工序穿插在零 部件加工的整个过程中，要与其他工艺衔接好。 3.2 软件选择 由于管孔数量巨大，采用手工编程方式就存在编程时间长、错误率高的缺点。而产品本 身不允许任何错误出现，所以软件自动编程就成为了必然选择。在当前商业实用中的软件有 很多种，其中 UGS PLM Solution 公司的核心产品 UGNX 是当前世界上最先进 和紧密集成 CAD/CAM/CAE 的系统解决方案，它的功能覆盖产品的整个生产过程，而其中 CAM模块为 主要应用与编程。 3.3 编程流程