高炉风口大套镗孔装置的制作方法

1.本发明属于金属切削设备技术领域，尤其涉及一种高炉风口大套镗孔装置。


背景技术：

2.风口大套是高炉炼铁时热风吹入必不可少的关键部件。在高炉运行时，1200～1300℃的热风进入炉体都要经过风口。风口大套部位由风口法兰，风口大套，风口中套、小套压紧装置等几部分组成。正常情况下，风口法兰与风口大套在一代炉龄内不更换，因此对其制造质量，尤其是大套与中套接触面的加工质量要求非常严格，以确保风口设备的密封性。高炉炉体风口大套在施工或检修时需要现场加工，镗孔切削掉高炉建造时风口大套现场焊接安装产生的变形量和预留的加工量，保证风口大套与中套间的密封和各套的对中位置。
3.通常高炉风口数量为炉缸直径米数的2～4倍左右，2000立以上高炉风口数量超过30个。风口大套与中套间为锥面密封，锥面接触实现自锁，外侧一般用螺纹压紧。风口锥面粗糙度要求超过ra3.2，加上混合密封防止煤气垫热风泄漏。高炉风口由大套、中套、小套依次连接组成，大套与炉壳焊接为一体。炉体现场施工过程一般会在半径方向产生
±
5mm的变形。目前修正变形量加工速度慢，加工精度低，加工表面质量差。大套修正工期长，影响高炉施工进度；大套加工精度低，对高炉运转留下安全隐患。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术存在的上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种高炉风口大套镗孔装置，具有切削均匀、操作方便的特点。
5.本发明实施例提供了一种高炉风口大套镗孔装置，包括：
6.动力系统；
7.主轴总成，其包括空心的主轴，所述主轴与所述动力系统传动连接，所述动力系统用于驱动所述主轴旋转；
8.定位支承，其与所述主轴总成连接，所述定位支承用于将所述主轴相对风口大套定位；
9.进给框架，其与所述主轴固定连接，所述进给框架具有条形槽，所述条形槽与所述主轴的轴线的夹角等于所述风口大套的加工斜度；
10.拉刀机构，其包括进给丝杠，所述进给丝杠穿设于所述主轴内，所述进给丝杠与所述主轴传动连接；
11.刀架总成，其与所述进给丝杠螺纹连接，所述进给丝杠带动所刀架总成轴向进给；所述刀架总成与所述条形槽滑动配合，所述刀架总成轴向进给时，所述进给框架带动所述刀架总成径向进给。
12.可选的，所述主轴总成还包括：
13.轴承座，其用于与所述定位支承固定连接；
14.精密轴承，其固定套设于所述主轴上，所述精密轴承固定装配于所述轴承座上。
15.可选的，所述定位支承包括两个十字支撑架，两个所述十字支撑架设于所述轴承座的两侧，所述十字支撑架包括：
16.支撑座，其用于与所述主轴总成的所述轴承座固定连接；
17.四个螺纹杆，四个所述螺纹杆的一端均与所述支撑座螺纹连接，所述螺纹杆在所述支撑座的周向上均匀分布，且所述螺纹杆沿所述主轴的径向设置，以使四个所述螺纹杆所在的直线形成十字形；
18.四个支撑块，其分别通过调心轴承与四个所述螺纹杆的另一端连接。
19.可选的，两个所述十字支撑架在所述主轴的轴向方向的投影呈米字形。
20.可选的，所述进给框架包括：
21.夹座，其用于与所述主轴固定；
22.斜槽板，其上开设有所述条形槽，所述夹座与所述斜槽板的一端固定连接；
23.连接盖，其用于与所述主轴固定，所述连接盖与所述斜槽板的另一端固定连接。
24.可选的，所述拉刀机构还包括：
25.对刀手轮，其与所述进给丝杠的一端固定连接；
26.进给齿轮组，其用于传动连接所述进给丝杠和所述主轴，所述主轴通过所述进给齿轮组带动所述进给丝杠旋转；
27.丝杠座，其通过轴承实现所述进给丝杠的定位和旋转支承，所述丝杠座与所述定位支承的支撑座固定。
28.可选的，所述进给齿轮组包括：
29.主动齿轮，其固定套设于所述主轴上；
30.从动齿轮，其固定套设于所述进给丝杠上；
31.减速齿轮，其连接所述主动齿轮和所述从动齿轮，所述减速齿轮用于调整所述主动齿轮和所述从动齿轮的传动比。
32.可选的，所述刀架总成包括：
33.滑动刀杆，其包括装配部、与所述装配部连接的滑杆和与所述装配部连接的配重杆，所述滑杆和所述配重杆分别设于所述装配部的两侧，滑杆和所述配重杆同轴设置，且与所述主轴垂直，所述装配部滑动套设于所述主轴上，所述装配部与所述主轴周向限位；
34.丝杠螺母，其与所述滑动刀杆固定，所述丝杠螺母与所述进给丝杠螺纹配合；
35.刀套，其滑动套设于所述滑杆上；
36.推刀杆，其与所述刀套螺纹连接，所述推刀杆的一端与所述滑动刀杆滑动连接，所述推刀杆用于带动所述刀套沿所述滑杆移动；
37.刀头，其与所述刀套连接；
38.配重，其与所述配重杆连接，通过调整所述配重在所述配重杆上的位置平衡整个刀架的动平衡。
39.可选的，所述刀套具有与所述推刀杆螺纹配合的开口螺纹。
40.可选的，所述推刀杆包括：
41.固定部，其与所述装配部滑动连接，所述固定部与所述条形槽滑动配合；
42.螺纹杆，其一端与所述固定部转动连接，所述螺纹杆与所述刀套螺纹配合；
43.手轮，其与所述螺纹杆的另一端固定；
44.刻度盘，其与所述螺纹杆固定连接。
45.与现有技术相比较，本发明实施例提供的高炉风口大套镗孔装置通过主轴与进给丝杠的齿轮差动进给实现轴向进给，使刀具切削更均匀，加工表面粗糙度更光洁，提高风口大套的密封性能，延长风口大套的使用寿命。
46.使用和操作更方便快捷，定位找正后每一刀加工中不需要人为干涉，设备运转稳定可靠。不论是电动变频调速还是液压马达调速在操作上都非常容易控制。
47.结构紧凑，设备与风口大套定位稳固，运输、安装、调试环节都很少，现场使用中易于维护保存。
48.应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本发明。
49.本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
50.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
51.图1为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置部件连接示意图。
52.图2为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的主轴总成示意图。
53.图3为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的定位支承示意图。
54.图4为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的进给框架示意图。
55.图5为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的拉刀机构示意图。
56.图6为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的刀架总成示意图。
57.图7为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的原理示意图。
58.图8a和图8b分别为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的进给齿轮动作示意图，其中图8a为进给齿轮脱开的示意图，图8b为进给齿轮啮合的示意图。
59.图9为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的径向进给示意图。
60.图10为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的轴杆定示意剖面图。
61.图11为本发明实施例的高炉风口大套镗孔装置的刀架轴座装配示意剖面图。
62.附图标记：
63.1-主轴总成；2-定位支承；3-进给框架；4-拉刀机构；5-刀架总成；6-风口大套；7-动力系统；101-主轴；102-轴承座；103-精密轴承；202-支撑座；203-螺纹杆；201-支撑块；204-调心轴承；301-夹座；302-斜槽板；303-连接盖；320-条形槽；401-对刀手轮；402-进给齿轮组；403-进给丝杠；404-丝杠座；501-刀头；502-刀套；503-推刀杆；504-丝杠母；505-滑动刀杆；506-配重；531-固定部；532-螺纹杆；533-手轮；534-滑块。
具体实施方式
64.为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
65.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
66.为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
67.本发明实施例提供了一种高炉风口大套镗孔装置。参见图1，该高炉风口大套镗孔装置，包括：
68.动力系统7；
69.主轴总成1，其包括空心的主轴101，主轴101与动力系统7传动连接，动力系统7驱动主轴总成1中的主轴101旋转；
70.定位支承2，其与主轴总成1连接，定位支承用于将主轴101相对风口大套6定位；
71.进给框架3，其与主轴1固定连接，进给框架3具有条形槽320，条形槽与主轴的轴线的夹角等于风口大套6的加工斜度；
72.拉刀机构4，其包括进给丝杠403，进给丝杠403穿设于主轴101内，进给丝杠403与主轴101传动连接；进给丝杠403在主轴101的带动下能够在轴向上相对于主轴101移动，实现轴向进给；
73.刀架总成5，其与进给丝杠403螺纹连接，进给丝杠403带动所刀架总成轴向进给；刀架总成5与进给框架3的条形槽320滑动配合，刀架总成5轴向进给时，进给框架3带动刀架总成5径向进给。
74.本发明实施例提供的高炉风口大套镗孔装置通过主轴101与进给丝杠403的齿轮差动进给实现轴向进给，刀架总成5与进给框架3的条形槽320滑动配合实现径向进给，使刀具切削更均匀，加工表面粗糙度更光洁，提高风口大套的密封性能，延长风口大套的使用寿命。
75.本发明实施例提供的高炉风口大套镗孔装置使用和操作更方便快捷。定位找正后每一刀加工中不需要人为干涉，设备运转稳定可靠。不论是电动变频调速还是液压马达调速在操作上都非常容易控制。
76.本发明实施例提供的高炉风口大套镗孔装置结构紧凑，设备与风口大套定位稳固，运输、安装、调试环节都很少，现场使用中易于维护保存。
77.一些实施例中，主轴总成1还包括轴承座102和精密轴承103。轴承座102用于与定位支承2固定连接。精密轴承103固定套设于主轴上，精密轴承103固定装配于轴承座102上。精密轴承103约束主轴在轴承座中旋转。主轴101在外部的动力系统的驱动下旋转，将外部的动力系统的动力传导到装置加工旋转机构中去。主轴101保证系统的钢度、强度、运动中的稳定性等。主轴101为空心轴。主轴101内部安装拉刀机构4，拉刀机构4实现刀具的轴向进给。
78.参见图10，一些实施例中，定位支承2包括两个十字支撑架，两个十字支撑架设于轴承座102的两侧。其中，十字支撑架包括支撑座202、螺纹杆203、支撑块201和调心轴承204。
79.参见图10，支撑座202用于与主轴总成1的轴承座102固定连接。支撑座202可以为圆盘形。支撑座202的周向上具有用于连接螺纹杆203的螺纹连接部。螺纹连接部在支撑座202的周向上均匀分布。螺纹连接部可以是在支撑座202的周向上开设螺孔形成。螺纹连接部也可以是在支撑座202的周向上设置具有内螺纹的连接筒形成。螺纹连接部的个数可以是螺纹杆203的个数的倍数，或与螺纹杆203的个数相同。例如，螺纹杆203为四个时，螺纹连接部可以是四个，也可以是8个。螺纹杆203为四个，四个螺纹杆203的一端与支撑座202螺纹连接，螺纹杆203在支撑座202的周向上均匀分布，且螺纹杆203沿主轴101的径向设置，以使四个螺纹杆203所在的直线形成十字形，即四个螺纹杆203呈十字形与支撑座202连接。支撑块201通过调心轴承204与螺纹杆203的另一端连接。每个十字支撑架是可调4点支承，十字形利于计算调整量。
80.示例性实施例中，两个十字支撑架在主轴101的轴向方向的投影呈米字形。
81.十字支撑架两个配对够成米字型支承结构，可以固定整个风口大套镗孔装置，并通过各支腿配合调节实现轴心找正。螺纹杆203调节支承长度，调心轴承204实现支撑块201与固定面的理想接触，确保整体定位稳定，在设备加工运转时不受振动影响。
82.一些实施例中，进给框架3包括夹座301、斜槽板302和连接盖303。
83.夹座301用于与主轴101固定。斜槽板302上开设有条形槽320，条形槽320与主轴101的轴线的夹角等于风口大套的加工斜度。夹座301与斜槽板302的一端固定连接。连接盖303用于与主轴101固定，连接盖303与斜槽板302的另一端固定连接。夹座301可以与主轴101夹持固定。连接盖303可以与主轴101的端部固定。
84.进给框架3通过夹座301和连接盖303与主轴101固定，可以在主轴101远端形成稳固结构。斜槽板302的条形槽320根据加工所需的斜度制造，在平板上加工出倾斜设置的条形槽320可以得到斜槽板302。参见图9，在镗孔装置运转时，刀架总成5中的推刀杆503与条形槽320配合，推刀杆503沿条形槽320滑动实现刀架总成的径向进给。
85.一些实施例中，拉刀机构4还包括对刀手轮401、进给齿轮组402和丝杠座404。
86.对刀手轮401与进给丝杠403的一端固定连接。通过操作对刀手轮401，可以转动进给丝杠403，实现在加工前对刀和每一刀加工完成后退刀。
87.进给齿轮组402用于传动连接进给丝杠403和主轴101，主轴101通过进给齿轮组402带动进给丝杠403旋转。通过主轴101与进给丝杠403的齿轮差动进给实现轴向进给，使刀具切削更均匀，加工表面粗糙度更光洁，提高风口大套的密封性能，延长风口大套的使用寿命。
88.丝杠座404通过轴承实现进给丝杠403的定位和旋转支承。丝杠座404可以是与进给框架3的连接盖303固定。
89.进给丝杠403与刀架总成5中的丝杠母504配合，在进给丝杠403旋转时，带动拉动刀架总成5轴向运动，实现轴向进给。进给齿轮组402从主轴101获得动力，带动进给丝杠403旋转，进给齿轮组402减速得到合理的进给量。对刀手轮401是在加工前对刀和每一刀加工完成后退刀时使用，使用时进给齿轮组402脱开，对刀手轮401带动进给丝杠403旋转实现刀架总成5的轴向平移，到达加工初始位置。从而快速移动所述刀架总成。
90.示例性实施例中，进给齿轮组402包括主动齿轮、从动齿轮和减速齿轮主动齿轮固定套设于主轴101上。从动齿轮固定套设于进给丝杠403上。减速齿轮连接主动齿轮和从动齿轮，减速齿轮用于调整主动齿轮和从动齿轮的传动比。
91.一些实施例中，刀架总成5包括滑动刀杆505、丝杠螺母504、刀套502和推刀杆503。
92.滑动刀杆505包括装配部、与装配部连接的滑杆和与装配部连接的配重杆，滑杆和配重杆分别设于装配部的两侧，滑杆和配重杆同轴设置，且与主轴垂直，装配部滑动套设于主轴上，装配部与主轴周向限位。
93.丝杠螺母504与滑动刀杆505固定，丝杠螺母504与进给丝杠403螺纹配合。示例性实施例中，丝杠螺母504与滑动刀杆505的装配部固定。进给丝杠403转动时，丝杠螺母504轴向移动，滑动刀杆505随之轴向移动。
94.刀套502滑动套设于滑杆上。刀套502沿滑杆滑动实现径向进给。刀套502用于装配刀头501。
95.推刀杆503与刀套502螺纹连接，推刀杆503的一端与滑动刀杆505滑动连接，推刀杆503用于带动刀套502沿滑杆移动。推刀杆503与进给框架3的条形槽320滑动配合。推刀杆503在滑动刀杆505的带动下轴向移动时，由于条形槽320与轴向之间呈一定角度，在条形槽320的限制下，推刀杆503相对滑动刀杆505滑动时，推刀杆503带动刀套502沿滑杆移动，实现径向进给。
96.刀头501与刀套502连接。
97.配重与配重杆连接，通过调整配重在配重杆上的位置平衡整个刀架的动平衡。
98.刀头501紧固在刀套502上，刀套502在滑动刀杆505上能够滑动，调整配重的位置实现动平衡。调整后的配重与滑动刀杆505紧固连接。丝杠螺母504与滑动刀杆505紧固连接，进给丝杠403作用于丝杠螺母504时，丝杠螺母504带动滑动刀杆505一起实现轴向进给。推刀杆503一端滑动连接滑动刀杆505，一端螺纹连接刀套502。刀套502在推刀杆503的带动下在滑动刀杆505上沿着主轴101的径向滑动，实现径向进给。刀头由刀片和刀柄组成，分为粗镗和精镗两种，在镗孔装置运转时直接在运动中切除风口大套6上多余的金属变形量和加工余量。
99.一些实施例中，刀套502具有与推刀杆503螺纹配合的开口螺纹。松开开口螺纹，推刀杆503能够旋转，在螺纹作用下，调整刀套502在滑动刀杆505上的位置。上紧开口螺纹，刀套502与推刀杆503固定。刀套502上有开口螺纹。镗孔装置工作时螺纹夹紧。
100.参见图11，示例性实施例中，推刀杆503可以包括固定部531、螺纹杆532和手轮533。固定部531与滑动刀杆505滑动连接，固定部与条形槽320滑动配合。例如与装配部滑动连接。螺纹杆532的一端与固定部531转动连接，螺纹杆532与刀套502螺纹配合。例如螺纹杆
532上的外螺纹与刀套的开口螺纹相配合。手轮533与螺纹杆532的另一端固定。刻度盘与螺纹杆固定连接。螺纹杆旋转相对静止水平读数。
101.推刀杆503一端是手轮533，一端是带有刻度盘的固定部531，中段为具有细螺纹的螺纹杆532。推刀杆503通过刀套502上的开口螺纹与之锁紧连接，螺纹副松开时可以通过螺纹杆旋转从刻度盘上读数，调整加工进给量。镗孔装置找正对刀完毕后，开口螺纹夹紧。推刀杆503具有与进给框架3上的条形槽320滑动配合的滑块534。滑块534在进给框架3上的条形槽320的限制下移动，推刀杆503在滑块534带动下推动刀套502沿主轴101的径向移动，实现刀头501的径向进给。配重在滑动刀杆上调节位置平衡整个刀架的动平衡。
102.通过手轮进行对刀时，可以是推刀杆顺时针旋转刀具伸出，逆时针旋转刀具缩回。
103.本发明的风口镗孔装置的径向进给使用螺旋调整，进给量可读可控，缩短设备加工前的准备时间和加工间刀具调整时间，提高设备加工运转效率。设备对风口大套的尺寸控制更有效，尺寸精度更高。
104.动力系统7可以是由电动动力系统和液动动力系统两套装置。可以根据施工现场的作业环境选用。液动动力系统由液压马达输出扭矩，通过液压阀组控制转速。电动动力系统由电机输出扭矩，变频器组件控制转速。两种驱动方式均经过减速机降低转速，提高扭矩，得到主轴所需的运动参数实现工件的高精度切削。
105.本发明的高炉风口大套镗孔装置的工作过程如下：
106.1、加工前准备工序，根据高炉施工现场环境，选择合适的起重或托运工具，将本发明的风口大套6(简称大套)镗孔装置(以下简称：风口镗)运至高炉风口平台。现场平台与炉体间隙应满足人员操作安全需求，或铺垫后满足要求。现场应有合适的稳定的电源供应。
107.2、清理风口大套台阶内孔的定位锥面和加工锥面，确保加工运转时风口镗基础稳固，加工面无杂质影响。测量风口大套定位面直径，调整定位支承2的八条支腿长度略小于定位截面半径。测量记录风口大套6待加工锥面小口竖直和水平方向的直径，计算并记录加工量。刀架总成5应处于缩短状态，做好定位准备。
108.3、以大套孔轴向为z轴，垂直方向为y轴，水平方向为x轴，吊装风口镗主机装入大套里孔定位台阶，依据加工行程固定风口镗z轴位置，紧固锁死外侧十字支撑架的竖直方向两根螺纹杆203，并预紧内部十字支撑架，使支撑块201与风口大套6定位面相接触。
109.4、使用合适量具初步找正风口镗主轴与待加工孔的同轴度，控制在精度为5mm以内。脱开拉刀机构的进给齿轮组，安装粗镗刀头，调节推刀杆使刀头径向接近大套待加工面，再使用对刀手轮调整刀头与大套锥孔小口轴向距离，以方便定位测量。
110.5、水平尺确定主轴的水平，手动旋转刀架总成校对刀头与大套上下左右的距离，如有偏差调速内外两个十字支撑架的八条螺纹杆的伸出长度使主轴与大套内孔上与下、左与右间距差小于1mm。紧固外侧十字支撑架的四条螺纹杆。
111.6、手动旋转刀架总成校对刀头，使刀头与大套内孔上与下间距差小于0.1mm，根据待加工风口与，找正完成
112.7、参见图6和图11，按测量计算的加工量调节刀架总成，顺时针旋转推刀杆，刀具伸出到需要的单次切削量，根据预留加工余量和大套变形程度确定适合的粗加工方案，参见图8a，转动对刀手轮，通过进给丝杠推动架总成，贴近待加面。参见图8b，啮合进给齿轮并紧固锁死，再次确认各部紧固、无其它杂物、设备润滑良好后连接动力系统电源、点动试车。
无问题后连续运转加工，加工中及时清理刀屑，直到完成粗加工。
113.8、粗镗完毕后，关闭动力系统，脱开进给齿轮组。测量加工后尺寸，检查加工面锥度，依据图纸要求计算精加工切削量，更换精镗刀头，按计算的加工量，旋转推刀杆调节刀头进给。啮合进给齿轮组，检查设备状态良好，确认周围环境安全，接通动力系统电源，调节动力系统提高主轴转速，开始精加工，清理工加中产生的刀屑，保证设备稳定运转。
114.9、精镗完毕检验合格后，根据现场要求加工面做好防护。加工完成后，刀架总成调为缩短状态，松开两个十字支撑架的八条螺纹杆，从大套中拆出风口镗，装入下一个待加工大套，重复上述环节，直到炉体各大套均加工完成。
115.10、风口镗作业完成后，清理润滑装箱妥善保存。
116.以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。