核岛主设备基础板打磨是设备安装的第一步，其数量多，打磨量大，且标高、水平度、平面度以及与主设备基础板的贴合面积均有较高要求，这些作为验收的主控项目对后续主设备安装质量起着决定性的作用。而核岛主设备基础板为预埋部件，因此无法在核岛外的机加工车间或者外委厂家进行加工。加工车间的钻床在核岛应用中有磁力电钻、台钻、风钻等设备替代，加工车间的车床在核岛应用中有坡口机替代，唯有铣床目前在核岛现场没有替代产品，为此研发一种移动式设备基础板平面铣平装置是极为必要的。其意味着将铣床由机加工车间拓展至核岛施工现场，相对于行业内传统的手持磨光机打磨具有划时代的意义，在较大程度上降低了劳动强度，提高了施工效率，减少了对钳工技能的依赖程度，提升了施工质量。传统的打磨方式为人工手持角向磨光机进行，效率较低，人工成本高，周期长，且对高技能钳工依赖程度大，打磨质量不稳定，返工率高。后续核电大批量开始建设，高技能工人短缺的环境下，其作用不言而喻。

1总体功能描述

基于核电站主设备基础预埋板所在位置及周边土建建筑结构条件、打磨时的精度及对基础所在位置要求并在保证安全和质量的前提下，特研发一种应用于核电站主设备基础预埋板打磨设备，以改进现有的生产模式，降低质量安全风险，提高工作效率，实现提质增效，精益施工的目的。

移动式设备基础平面铣车是一款高度精度的铣削设备，采用桥式龙门双轨框架结构。采用模组化设计结构^[1]，方便现场人力搬运和快速准确组装调整。设备由X轴模组，Y轴模组，Z轴模组，控制模组等几部分组成。在车身内配备两条纵向轨道，轨道上安装动力洗头调整机构和铣削组件，实现铣削范围控制和铣削量的控制。移动式设备基础平面铣车改变现有的施工模式，突破平面铣磨工艺的瓶颈，将铣削设备由车间扩展到施工现场。

2性能描述

移动式设备基础平面铣车为分体式组装结构，便于现场安装、拆卸。X轴床身采用合金钢锻件加工，历经两次热处理强度高，用于固定导轨，采用模块化组合，每条X轴导轨均配有丝杆传动。Y轴铝合金型材结构，经过多次硬质氧化处理工艺，具备较强的刚性。Z轴采用直线模组铝型材，氧化处理后具备较强的刚性，且垂直行程铣削动力装置配备数显尺，操作直观，精确。采用高精度直线高强度直线导轨传动，反向间隙小，重复定位精度高。配备独立电控柜，带有工业显示屏，操作方便快捷。

3工作原理说明

移动式设备基础平面铣车（以下简称铣车）主要由X轴固定机构、Y轴行走机构、Z轴铣削机构组成，如图1所示。Y轴行走机构可手动在X轴固定机构上沿X方向水平运动，Z轴铣削机构可手动或电动沿Y轴方向做Y方向水平运动，Z轴铣削机构自身手动沿Z方向作升降运动和铣削运动。铣车装配振动传感器，当振动频率超过预设频率时可实现自动停车^[4]。铣车采用自然风冷的方式进行加工冷却，其冷却性能可满足铣车结构需求，在设计初期已完成风冷性能检测的试验。

X轴固定机构：通过调整支承组件上的调平螺栓实现铣车整体水平度调整，旋松或紧固调平螺栓时水平度信息将反馈在数显水平仪上，可直观的根据水平仪上数据进行设备调平，通过磁力吸盘或真空吸盘可将其进行固定。

Y轴行走机构：采用伺服电机和使用具有自锁性的梯形丝杆传动，实现手动和自动无级调速行走。

Z轴铣削机构：装配伺服电机组件和铣削组件，转速从0-1000转可调。除手动操作外，其余电控操作均集成到一个电控里，电控柜带触摸屏，可通过参数设定来实现对设备的操作。

图1 铣车总体结构图

4铣车详细设计与使用说明

4.1 X轴行走机构设计与使用说明

X轴车身整体采用40CrMo锻造加工而成，行走机构采用具有自锁性的梯形丝杆传动，能保证铣车型固定时Y轴不会滑落，通过传动轴保持Y轴在行走时的同步性，增强了行走稳定性。每条导轨均设有吊环安装孔，用于吊装和运输。

X轴配置进给控制齿轮箱可进行手动操作，X轴导轨底面配有调节安装板，能快速更换固定装置，实现不同环境使用。固定面为不锈钢表面时，与其接触的位置同样使用不锈钢材料制作而成，防止其污染。

通过更换不同的固定模块可用于碳钢地面及不锈钢地面的设备基础板表面的加工。碳钢地面固定方式采用手动永磁铁连接，每根X轴横梁采用3组共6个磁力吸盘，保证X轴横梁左右各一个。不锈钢地面采用真空吸盘固定，每根X轴横梁采用3组共6个真空吸盘12个位置，每组固定装置可根据地面平整情况更换吸盘位置，保证横梁左右各一个。X轴外观结构如图2所示。

图2 X轴外观图

4.2 Y轴行走机构设计与使用说明

Y轴刀臂本体采用铝制结构，历经多次硬质氧化处理工艺，具备较强的刚性。用于铣刀头的导轨采用表面镀硬铬的直线导轨，具有较高的稳定性和耐磨性。

铣刀头的Y轴行走机构采用伺服电动和使用具有自锁性的梯形丝杆传动，实现手动和自动无级调速进给。Y轴外观结构如图3所示。

图3 Y轴外观图

4.3 Z轴铣削机构设计与使用说明

铣削主轴头由铣头、主轴、垂直升降模组等部分组成^{[2] [3]}，其结构具有跳动小、加工精度高的特征。伺服电机和减速机作为铣刀头的动力输出结构。垂直升降模组使用具有自锁性的梯形丝杆传动。Z轴外观结构如图3所示。

铣削主轴轴头采用迷宫式防水结构设计有效的避免了生产过程中切削液与粉尘进入到主轴头里，保证了主轴头的使用寿命及精度；主轴箱体采用高韧铸铁铸造，经人工与自然双重时效处理，耐磨且不易变形；主轴采用优质合金钢精锻而成；轴承采用洛研科技生产的P5级角接触配对轴承；选择伺服电机安装方式选择后置安装。

针对不锈钢的特点，加工容易出现硬化、残屑易粘连的弊端，通过以下几方面进行规避：

（1）合理选择刀具的材料，由于不锈钢韧性大，加工硬化严重，切屑易粘连，将使刀具产生振动，容易造成刀刃产生微崩现象，因此刀具材料选用强度高、导热性好的硬质合金刀具；

（2）铣削不锈钢时采用顺铣的加工方法，顺铣时，切削由厚变薄，刀齿从未加工表面切入保证切削从金属中切离，切屑粘接接触面积较小，在高速离心力的作用下易被甩掉，防止其粘在刀齿上，避免刀齿重新切入工件时切屑冲击产生崩刀现象；

（3）不锈钢加工时宜选用低转速，大给进量的方式进行切削。

图4 Z轴外观图

4.4 电控部分

电气部分主要是以西门子200SMART  PLC控制系统为核心，采集不同功能的传感器数据信息，通过机柜面板或操作盒（触摸屏）来对各个动作发布指令，使其完成相关的工作。

通过操纵机柜面板进行铣削加工作业，使翻转结构从水平位置转到垂直位置，翻转时间20-30min之间。同时具有安全闭锁功能，当翻转结构到达垂直位置后保持静止不动，以保证吊装装置平稳吊装。

（1）PLC控制系统

主控制系统采用西门子S7系列PLC，它采用专用高速处理器芯片，在同级别小型PLC 中遥遥领先，具有性能稳定、I/O 点数丰富、选件扩展灵活、界面友好，软件操作更加人性化等优势。

（2）执行单元

断路器、接触器、继电器等元器件均选用施耐德品牌，为可靠运行提供良好的稳定性。

（3）系统供电

电源采用明纬导轨式电源，输入100-240V，输出24V 20A，整机工作电流小于800mA，容量充足，让性能更加稳定，适合长期工作。

（4）声光报警

机柜面板和操作盒（触摸屏左手侧）上装有“故障报警”声光报警器。当系统检测到有故障发生时，声光报警器持续报警，提示工作人员有故障发生及时采取相应措施。

（5）人机对话 

西门子触摸屏SMART LINE系列为用户提供了触摸屏的基本功能，它经济性好，功能完善，可以与多种类型的西门子PLC进行通讯，在自动化控制系统中有着广泛的应用，为用户提供了人机交互友好的操作方法。用户可以通过编程软件WinCC flexible进行程序和画面的组态，具有变量管理、报警管理、组态方便、安全性强等特点。

5工作流程

（1）X轴固定机构安放平稳，两横梁间距合适；

（2）安装Y轴行走机构根据Y轴行走机构上的数显水平仪调整两个X轴横梁的调整螺丝，保证Y轴行走机构顺利安装完成；

（3）安装Z轴铣削机构；

（4）用水平仪对机床进行水平调整；

（5）连接电机、传感器与控制柜之间的电缆，接通主电源；

1）检查电源与标牌上的电源规格是否相符；

2）打开控制柜电源开关；

3）启动工控机开关，电脑自动检测，检测完成出现可操作面板时，启动完成。

（6）动作调试：

1）急停按钮，无论机床处于什么状态下按下该按钮机床都将处于停止状态，软件上显示急停标志，需右旋该按钮退出锁住状态后，在软件上点击复位将清除急停；

2）铣削机构主轴为受系统控制无级调速，具有正反转功能；

3）进给轴运动方向，以刀具运动方向定义。

（7）机床在运行前首先让Y轴行走机构归零位，操作手轮使Z轴铣削机构归零；

（8）根据刀头零位，调整铣车与基础板的相对位置，保证基础板在加工范围之内，且刀盘外径距基础板边缘≥5mm，防止打刀；

（9）铣车加工的路线为Z字型，如果刀盘直径为100mm，每次进给的加工范围不能大于80mm；

（10）主轴的切削深度最大为0.5mm，从基础板最高点为起始加工点。

6结语

该装置的开发和应用改变了传统的安装工艺，突破现场设备支承预埋板表面处理工艺瓶颈，主要用于核岛主设备设备基础平面及其它设备基础预埋板的表面打磨工作。相较于目前行业内传统的手工打磨，采用该设备可大幅提高基础板铣削作业的工作效率和成品质量，降低人力资源投入，缩短设备安装前基础处理的施工工期，为后续设备顺利就位提供了保障。

参考文献：

[1]卢飞.微型移动龙门数控铣床本体结构设计与优化[D].重庆交通大学,2015.

[2]吴玲玲,铣削设备.安徽省,安徽汉采密封件科技有限公司,2018-09-21.

[3]宋亚林,张正祥.一种小型数控立式铣床的结构与选型设计[J].鄂州大学学报,2020,27(02):104-106.

[4]陈哲. 小型三轴数控铣床结构优化设计[D].长春理工大学,2018.

作者简介：乾龙（1982.02），中国核工业二三建设有限公司（深圳）核反应堆分公司，广东省深圳市，邮编：518124，性别：男；民族：汉；籍贯：湖北省监利市；学历/职称：本科/高级工程师；研究方向：机械技术/焊接技术

作者简介：刘琪琳（1986.07），中国核工业二三建设有限公司（深圳）核反应堆分公司，广东省深圳市，邮编：518124，性别：男；民族：汉；籍贯：河北省承德市 ；学历/职称：本科/高级工程师；研究方向：机械技术

作者简介：胡忠民（1974.12），中国核工业二三建设有限公司（深圳）核反应堆分公司，广东省深圳市，邮编：518124，性别：男；民族：汉；籍贯：山东省文登市；学历/职称：本科/正高级工程师；研究方向：机械设备制造与应用