阅读说明：本技术 一种密集孔群整体二次找正方法 (Secondary alignment method for whole dense hole group ) 是由 徐晓星 李家鲁 王立昆 刘银河 窦炳程 于 2020-07-30 设计创作，主要内容包括：一种密集孔群整体二次找正方法,属于机械加工技术领域,以解决现有的换热器管板孔群二次找正过程中,如果采用在摇臂钻上采用导柱钻头单孔找正,但导柱易划伤管孔壁,且坡口深度基于工人技术水平不可控,效率低,劳动强度大的问题,以及采用数控机床逐一找正单孔,找正精度高,但是单孔找正效率过低,不适用于密集孔群的问题。本发明包括以下步骤：S1、将管板竖直安放到数控机床的弯板上,根据加工管板上孔坡口深度误差(p,q),在管板上水平方向和竖直方向分布选取两点进行平面找正；S2、在管板加工的孔群中,选取四个孔,四个孔的中心连线形成平行四边形；S3、用数控机床上的三维测头确定四个孔中心的坐标。本发明适用于密集孔群的加工找正。(A secondary alignment method for an integral dense hole group belongs to the technical field of machining and aims to solve the problems that in the secondary alignment process of an existing heat exchanger tube plate hole group, if a guide pillar drill bit is adopted to perform single-hole alignment on a rocker drill, a tube hole wall is easy to scratch by a guide pillar, the depth of a groove is uncontrollable based on the technical level of workers, the efficiency is low, and the labor intensity is high, and the single holes are aligned one by adopting a numerical control machine, so that the alignment precision is high, but the single-hole alignment efficiency is too low, and the secondary alignment method is not suitable for the dense hole group. The invention comprises the following steps: s1, vertically placing the tube plate on a bent plate of a numerical control machine tool, and selecting two points in the horizontal direction and the vertical direction on the tube plate for plane alignment according to the depth errors (p, q) of the groove of the upper hole of the machined tube plate; s2, selecting four holes from the hole group processed by the tube plate, wherein the central connecting lines of the four holes form a parallelogram; and S3, determining the coordinates of the centers of the four holes by using a three-dimensional measuring head on the numerical control machine tool. The invention is suitable for processing and aligning the dense hole group.)

一种密集孔群整体二次找正方法

技术领域

本发明涉及一种密集孔的找正方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

近年来，各大化工设计院及业主对化工工艺流程中的核心换热设备的质量要求越来越 高，特别是换热管与管板的焊接(简称管端焊)，如戴维技术甲醇反应器中管端焊焊缝RT 探伤要求、废热锅炉中的管端深孔焊技术等。

以上管端焊的质量极大的依赖坡口加工精度，即坡口的形状、深度、与管孔的同心度。 现行的工艺流程是先在深孔钻上加工管孔，保证孔群精度，然后二次找正加工坡口。以往 二次找正一般通过在摇臂钻上采用导柱钻头单孔找正，但导柱易划伤管孔壁，且坡口深度 基于工人技术水平，不可控，同时，单孔找正效率低，工人劳动强度大。还有通过数控机床二次逐一找正单孔，找正精度高，但是单孔但是效率过低，不适用于密集孔群；如果对 单孔一次找正加工其它孔，孔的累计偏差过大，造成超差。

发明内容

本发明为了解决现有的换热器管板孔群二次找正过程中，如果采用在摇臂钻上采用导 柱钻头单孔找正，但导柱易划伤管孔壁，且坡口深度基于工人技术水平不可控，效率低， 劳动强度大的问题，以及采用数控机床逐一找正单孔，找正精度高，但是单孔找正效率过 低，不适用于密集孔群；如果对单孔一次找正加工其它孔，孔的累计偏差过大，造成超差的问题，而提供一种密集孔群整体二次找正方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种密集孔群整体二次找正方法，包括以下步骤：S1、将管板竖直安放到数控机床的弯板上，根据加工管板上孔坡口深度误差(p，q)，在管板上水平方向和竖直方向分布 选取两点进行平面找正；

S2、在管板加工的孔群中，选取四个孔，四个孔的中心连线形成平行四边形；

S3、用数控机床上的三维测头确定四个孔中心的坐标，四个孔中心的坐标依次A(x1， y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)，D(x4，y4)；

S4、根据四个孔的坐标，计算平行四边形对角线中心点O的坐标(x,y)，即

x＝(x1+x2+x3+x4)/4，y＝(y1+y2+y3+y4)/4；

S5、根据四个孔中心点的坐标，计算平行四边形竖直方向中心线与机床y轴夹角θ；

S6、在加工孔群时，数控程序采用极轴偏移命令，将计算的夹角θ代入到极轴偏移命 令中；

S7、根据步骤S1中竖直方向两点的平面误差a，调整孔轴向进给量f。

优选地，当平行四边形两边夹角≠90°时，步骤S5中平行四边形竖直方向中心线与机床y轴夹角θ的计算公式为：

θ1＝arctan((x3-x1)/(y1-y3))-60°；

θ2＝arctan((x4-x2)/(y2-y4))-60°；

将θ1和θ2代入公式θ＝(θ1+θ2)/2中，得出θ的平均值。

优选地，步骤S7中，孔轴向进给量的确定方法为：对孔群进行分区，每n行分一个区，其中行数n＝a/0.05，再对n按照四舍五入方式进行取整，孔轴向进给量f＝a/n。

优选地，步骤S1中，管板水平方向上两点的平面找正误差小于或等于|p|，管板竖直方向上两点的平面找正误差小于或等于|q|。

优选地，当平行四边形两边夹角为90°时，步骤S5中的平行四边形为正方形或矩形时，平行四边形竖直中心线与机床y轴夹角θ的计算公式为：

θ1＝arctan((x3-x1)/(y1-y3))；

θ2＝arctan((x4-x2)/(y2-y4))；

将θ1和θ2代入公式θ＝(θ1+θ2)/2中，得出θ的平均值。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明通过四点中心找正，避免了数控机床逐一单孔找正效率低，只进行一个单孔找 正孔的累积位置误差较大的问题。同时，铜鼓四点中心进行一次找正后，可将孔群一起加 工，无需再次进行找正，与人工找正相比，效率高，定位精度准确。

附图说明

图1是管板的主视图；

图2是平行四边形竖直方向中心线与机床坐标轴之间的位置关系。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案的前提 下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1：如图1-图2所示，本实施例涉及一种密集孔群整体二次找正方法，包括以下步骤：

S1、将管板竖直安放到数控机床的弯板上，根据加工管板上孔坡口深度误差(p，q)， 在管板上水平方向和竖直方向分布选取两点进行平面找正；

S2、在管板加工的孔群中，选取四个孔，四个孔的中心连线形成平行四边形；

S3、用数控机床上的三维测头确定四个孔中心的坐标，四个孔中心的坐标依次A(x1， y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)，D(x4，y4)；

S4、根据四个孔的坐标，计算平行四边形对角线中心点O的坐标(x,y)，即

x＝(x1+x2+x3+x4)/4，y＝(y1+y2+y3+y4)/4；

S5、根据四个孔中心点的坐标，计算平行四边形竖直中心线与机床y轴夹角θ；

S6、在加工孔群时，数控程序采用极轴偏移命令，将计算的夹角θ代入到极轴偏移命 令中；

S7、根据步骤S1中竖直方向两点的平面误差a，调整孔轴向进给量f。

具体地，当平行四边形两边夹角≠90°时，步骤S5中平行四边形竖直中心线与机床y轴夹角θ的计算公式为：

θ1＝arctan((x3-x1)/(y1-y3))-60°；

θ2＝arctan((x4-x2)/(y2-y4))-60°；

将θ1和θ2代入公式θ＝(θ1+θ2)/2中，得出θ的平均值。

当平行四边形两边夹角为90°时，步骤S5中的平行四边形为正方形或矩形时，平行四边形竖直中心线与机床y轴夹角θ的计算公式为：

θ1＝arctan((x3-x1)/(y1-y3))；

θ2＝arctan((x4-x2)/(y2-y4))；

将θ1和θ2代入公式θ＝(θ1+θ2)/2中，得出θ的平均值。

步骤S7中，孔轴向进给量的确定方法为：对孔群进行分区，每n行分一个区，其中行数n＝a/0.05，再对n按照四舍五入方式进行取整，孔轴向进给量f＝a/n。

步骤S1中，管板水平方向上两点的平面找正误差小于或等于|p|，管板竖直方向上两点的平面找正误差小于或等于|q|。

具体地，如图1所示，在管板竖直放置在数控机床的弯板后，可在弯板上选取四点，水平方向选取1、3两点，竖直方向选取2、4两点，作为本发明的实施例，管板上孔群深 度允许的偏差P可以为-0.05mm，q可以为+0.2mm，在找正时，1、3两点的平面度误差不 超过0.05mm，2、4两点的平面度误差不超过0.2mm。

本发明加工孔群的数控程序段如下：

N010 G54 G17 G0 G90 X-770 Y500 S200 M03

N020 ROT RPL＝1.23478831

N020 W0

N030 Z100 F200

N040 MCALL Cycle81(50,0,5,1.50,)

N050 X500 Y-120

N060 X500 Y-80

N070 X500 Y-40

N080 X500 Y40

N090 X500 Y80

N100 X500 Y120

N110 MCALL Cycle81(50,0,5,0.05,)

N120 X460 Y-240

N130 X460 Y-200

N140 X460 Y-160

N150 X460 Y-120

N160 X460 Y-80

N170 X460 Y-40

N180 X460 Y0

N190 X460 Y40

N200 X460 Y80

N210 X460 Y120

N220 X460 Y160

N230 X460 Y200

N240 X460 Y240

N3830 MCALL

N3840 M30

程序段N020中的ROT RPL＝1.23478831为极轴偏移命令，1.23478831为求得θ的平均值，当步骤S1中竖直方向两点的平面误差a为0.2mm时，n＝a/0.05＝4，进给量 f＝a/n＝0.05mm，即上述程序段中的N110 MCALL Cycle81(50,0,5,0.05,)，本发明通过计 算得出θ平均值和进给量，再根据相邻两孔孔距，通过数控程序坐标偏移指令进行编程， 对每个孔逐一加工。

本发明以某特定机床加工精度为例进行说明，深孔钻机床钻孔时任意两孔定位精度± 0.05mm，数控机床三维测头找正精度±0.001mm，当以单孔定位孔群中其余孔时，有深孔钻定位公差、单孔找正公差的累积，因此公差为±0.051mm，当以四孔定位其余孔时， 公差为其平均值±0.01275mm。

如表一所示，为三种找正精度和单孔平均找正时间的对比，从表一可以看出，导柱钻 头单孔找正精度最低，单孔平均找正时间较短，难以满足加工精度要求。而采用数控机床 进行单孔找正，精度虽然最高，但是单孔平均找正时间最长，降低加工效率，且需要对孔群中的每个孔进行逐一找正。而本发明采用整体找正的方法，找正精度可以满足加工需要，单孔平均时间最短。

表一

找正方式	精度	平均每个孔的找正时间	备注
				导柱找正	±0.1mm	5s/孔	易刮伤管孔
单孔找正	±0.001mm	5min/孔
				整体找正	±0.01275mm	0.9s/孔

注：表一中整体找正时间为30min/管板，如一块管板上以2000孔计，则效率为0.9s。