平頭倒棱機(jī)的設(shè)計(jì)

1、濟(jì)濟(jì)南南大大學(xué)學(xué) 泉泉城城學(xué)學(xué)院院 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 題題 目目 平頭倒棱機(jī)的設(shè)計(jì) 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班班 級級 機(jī)設(shè) 07Q1 學(xué)學(xué) 生生 黃桀 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 樊寧 二一 年 五 月 二十六 日 摘 要 為了適應(yīng)鋼管制造業(yè)的發(fā)展，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，鋼管應(yīng)進(jìn)行平端面加工， 用于焊接的鋼管還應(yīng)進(jìn)行倒焊接坡口的加工，有必要設(shè)計(jì)先進(jìn)的鋼管倒棱機(jī)。倒棱 機(jī)是鋼管端面加工的專用設(shè)備。目前傳統(tǒng)倒棱機(jī)的加工質(zhì)量無法滿足市場的要求， 而進(jìn)口倒棱機(jī)價(jià)格太過昂貴，且服務(wù)周期長，因此，研發(fā)加工質(zhì)量和生產(chǎn)能力均滿 足實(shí)際需求的新型國產(chǎn)倒棱機(jī)迫在眉睫。本文以“鋼管平頭倒棱生產(chǎn)線

2、的研制與開 發(fā)”為背景，研究鋼管倒棱的工作原理，進(jìn)行了倒棱機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)；對其機(jī)械 結(jié)構(gòu)特別是影響加工精度的重要部件，即刀盤和夾緊裝置進(jìn)行了研究并做了詳細(xì)設(shè) 計(jì)。為此，從國內(nèi)外典型倒棱機(jī)的結(jié)構(gòu)入手，闡述了倒棱機(jī)的整機(jī)布置方案、動(dòng)力 傳動(dòng)方式、夾緊裝置類型、隨動(dòng)切削頭設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。 在分析對比各設(shè)計(jì)上的優(yōu)缺點(diǎn)，指出對于高質(zhì)量鋼管生產(chǎn)用的倒棱機(jī)，宜采用移動(dòng) 床頭箱平移鋼管式布置方式、左右側(cè)向抱管式夾緊裝置、徑向浮動(dòng)切削頭、靈活選 用動(dòng)力傳動(dòng)方式等設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵詞：平頭機(jī)；倒棱機(jī)；刀盤設(shè)計(jì)；夾緊裝置；鋼管 ABSTRACT In order to adapt to the

3、 development of steel industry, according to the actual application requirement, steel pipe should carry on the flat end processing, is used for welding of steel tube down should also be welding grooves processing, it is necessary to design the advanced steel tube chamfering machine. Chamfering mach

4、ine is the special equipment for steel pipe end processing. At present the traditional chamfering machine processing quality to meet the market requirements, while imports chamfering machine price is too high, and the service cycle is long, therefore, r On the mechanical structure especially influen

5、ce the machining accuracy of important components, namely the knife dish and studied clamping device and make a detailed design. Therefore, from the domestic and foreign typical chamfering machine, expounds the structure of the chamfering machine arrangment scheme, power transmission mode, clamping

6、device type, servo cutting head design and the design of control system technology development situation. On the analysis of the advantages and disadvantages of each design compared, and points out that with the pipe production for high quality of chamfering machine, appropriate USES mobile berth bo

7、x translation steel tube type decorates way, tubular lateral embrace about clamping device, radial floating cutting head, flexible choose power transmission mode design scheme. Key words：Crew cut machine; Chamfering machine; The knife dish design; Clamping device; Steel tube 目 錄 摘要. .I ABSTRACT.II 1

8、 前言.1 1.1 課題背景和來源.1 1.2 國內(nèi)外平頭倒棱機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀.2 1.3 課題意義及研究內(nèi)容.4 1.3.1 研究課題的意義.4 1.3.1 論文的主要內(nèi)容.4 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì).6 2.1 設(shè)計(jì)要求及參數(shù).6 2.2 總體方案的設(shè)計(jì).8 2.2.1 平頭倒棱主機(jī).8 2.2.2 平頭倒棱機(jī)的構(gòu)造及其工作原理.9 2.2.3 工作程序.10 3 電氣控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì). .12 3.1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制分析.12 3.2 電氣控制系統(tǒng)方案.12 4 機(jī)械部分設(shè)計(jì). .14 4.1 切削力的計(jì)算及電機(jī)選型.14 4.1.1 最大切削功率及主切削力的計(jì)算.14 4.1.2 主軸電機(jī)

9、及進(jìn)給電機(jī)的選擇.14 4.2 刀盤的設(shè) 計(jì).17 4.2 夾緊裝置的設(shè)計(jì).18 5 結(jié)論.20 5.1 論文總 結(jié).20 5.2 平頭倒棱機(jī)的展望.20 參考文獻(xiàn).22 致謝.23 1 1 前言 1.1 課題背景和來源 隨著我國加入WTO，國際市場與國內(nèi)市場的接軌，鋼鐵企業(yè)的競爭也日趨激烈， 鋼管的質(zhì)量要求也日益增高，如海底管線對鋼管的內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定性、可焊性、幾何 精度以及防腐性能等均有較高的要求。為了適應(yīng)鋼管制造業(yè)的發(fā)展及市場對鋼管需 求數(shù)量不斷增長和對品種質(zhì)量越來越高的變化要求，近年來，我國鋼管生產(chǎn)企業(yè)均 加大了技術(shù)改造的力度，有必要對鋼管生產(chǎn)線技術(shù)裝備進(jìn)行改造。 以前我國關(guān)于焊接鋼管焊

10、接的標(biāo)準(zhǔn)只有平頭，沒有倒棱這部分，1986年10月27 日，冶金工業(yè)部門頒布了標(biāo)準(zhǔn)YB（T）44-86，該標(biāo)準(zhǔn)要求：鋼管管端截面應(yīng)與其軸 垂直，且不應(yīng)有毛刺。 精整工序是提高鋼管質(zhì)量的重要工序，在整個(gè)鋼管生產(chǎn)線中所占的地位越來越 重要。平頭倒棱機(jī)是精整工序的重要設(shè)備，對鋼管的精整區(qū)域進(jìn)行技術(shù)的改造是提 高鋼管質(zhì)量和附加值的重要途徑之一。許多年來，我國鋼管企業(yè)存在著重視鋼管成 型工序，而輕視著鋼管熱處理工序、精整工序以及后續(xù)探傷檢查工序的現(xiàn)象。這些 工序并不是處理能力不足，而是工序流程不暢或者是裝備水平配置比較低，難以滿 足生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品的要求。而高附加值的產(chǎn)品就是有了這些高水平配置的精整工

11、序才得以生產(chǎn)出來的。對精整工序的技術(shù)改造十分必要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2005年19 月進(jìn)口管材高達(dá)78萬噸，其中石油化工行業(yè)占80。進(jìn)口鋼管中大部分是附加值很 高的產(chǎn)品，也恰恰是我國鋼管生產(chǎn)能力不足或不具備生產(chǎn)條件的產(chǎn)品。從國外進(jìn)口 鋼管，無論是采購價(jià)格還是采購周期均給石化生產(chǎn)建設(shè)的順利進(jìn)行造成一定的困難。 因此，石化行業(yè)大聲呼吁鋼管制造業(yè)國產(chǎn)化，全力支持國內(nèi)鋼管制造企業(yè)進(jìn)行高質(zhì) 量鋼管研發(fā)的工作，以使我國早日能夠成為真正的鋼管制造強(qiáng)國。倒棱是鋼管精整 區(qū)域中的一個(gè)重要生產(chǎn)工藝。根據(jù)API SPEC 5L一2000管線鋼管規(guī)范、 (GBT9711.2-1999石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件規(guī)定，

12、除非訂貨合同另 有規(guī)定，通常鋼管的端面應(yīng)有坡口和鈍邊，如圖1.1所示。 圖1.1 管端加工倒棱圖 因此要在精整區(qū)對鋼管進(jìn)行銑頭倒棱處理，經(jīng)過倒棱后的鋼管，品質(zhì)高，屬于 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。而倒棱后的鋼管在實(shí)際生產(chǎn)中，能夠大大提高工程的質(zhì)量，在石油、冶 金、石化等行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。倒棱機(jī)是對鋼管進(jìn)行倒棱的專用機(jī)床，倒棱 機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平?jīng)Q定了倒棱的精度和效率，是鋼管生產(chǎn)線上的一臺(tái)重要的生產(chǎn) 設(shè)備。 1.2 國內(nèi)外平頭倒棱機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 鋼管生產(chǎn)的過程中，在經(jīng)過各道工序時(shí)，由于鋼管的塑性變形，會(huì)產(chǎn)生外徑誤 差和壁厚不均。壁厚不均波動(dòng)在很寬的范圍之內(nèi)，而且，在光管端部(特別是前端) 200300毫米有最

13、大的壁厚不均。又由于有鋼管直徑與壁厚比值較大，生產(chǎn)率要求 高等特點(diǎn)，倒棱加工時(shí)尤其需要解決因壁厚不均而引起的鈍邊尺寸不均等質(zhì)量問題。 因此鋼管管體的壁厚誤差和直徑誤差對刀盤的設(shè)計(jì)就提出了較高的要求，而使用傳 統(tǒng)的固定刀盤對鋼管倒棱，卻無法保證設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)的一致性，從而無法做 到API SPEC 5L中所要求的鈍邊尺寸為1/16in1/32in的要求，所以必須設(shè)計(jì)新 型浮動(dòng)刀盤加工鋼管。而夾緊裝置的設(shè)計(jì)則需考慮鋼管的彎曲度，尤其是管端彎曲 度的影響，必須對傳統(tǒng)的夾緊裝置進(jìn)行改造，提高鋼管夾緊的穩(wěn)定性。一般的鋼管 長度在612.5m之間，壁厚在540.0mm之間，這類屬于薄壁細(xì)長類零件，這類

14、零 件的加工，與普通工件的加工有很多的不同之處，在切削、工裝等方面都要做出相 應(yīng)的合理設(shè)計(jì)。為了提高鋼管倒棱機(jī)的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平，在電氣控制方面， 須采用計(jì)算機(jī)控制，并與可編程控制器PLC(Programmable Logic Controller)相結(jié)合， 通過PROFIBUS等通訊方式，形成機(jī)、電、液一體化自動(dòng)化系統(tǒng)。倒棱機(jī)在鋼管生 產(chǎn)線上已經(jīng)應(yīng)用了比較長的一段時(shí)間，經(jīng)過前輩們不斷的試驗(yàn)和總結(jié)，某些一直阻 礙著倒棱設(shè)備應(yīng)用的技術(shù)難題已經(jīng)得到了解決。但卻由于倒棱機(jī)技術(shù)含量較高，且 造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用也比較高，因此國內(nèi)許多資金實(shí)力薄弱的中小型鋼管企業(yè)尚無法配 置倒棱機(jī)，而大中型鋼管企業(yè)大都配置

15、了進(jìn)口的倒棱機(jī)，如寶鋼從美國PMC公司引 進(jìn)的140平頭倒棱機(jī)，天津無縫鋼管公司引進(jìn)了273平頭倒棱機(jī)，衡陽華菱鋼管有限 公司從德國REIKA WERK公司進(jìn)口了133平頭倒棱機(jī)等。國產(chǎn)平頭倒棱機(jī)主要是西 安重型機(jī)械研究所(西重所)設(shè)計(jì)成套的，在國內(nèi)大型鋼管企業(yè)也得到了較好應(yīng)用。 國內(nèi)外這些主要倒棱機(jī)生產(chǎn)廠家，在倒棱機(jī)的設(shè)計(jì)上各有特點(diǎn)，所生產(chǎn)的倒棱機(jī)也 適用于不同的工作要求。 (1) 德國REIKAW ERK公司的平頭倒棱機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：導(dǎo)軌軸承采用無預(yù) 緊系統(tǒng)的直線滾珠軸承，主要用在負(fù)載較輕的場合；主軸進(jìn)給系統(tǒng)采用了電機(jī)伺服 系統(tǒng)，低速性好，維護(hù)方便；無冷卻系統(tǒng)，且?guī)в信判歼\(yùn)輸裝置；步進(jìn)傳

16、動(dòng)則采用 電機(jī)減速器機(jī)構(gòu)。 (2) 美國PMC公司的平頭倒棱機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：導(dǎo)軌軸承采用了帶有預(yù)緊系 統(tǒng)的滾柱直線軸承，在保證切削時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)，承載能力也較大；主軸進(jìn)給采 用了液壓伺服系統(tǒng)，特點(diǎn)是響應(yīng)速度快；夾緊裝置采用浮動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)， 保證了鋼管的自然形狀且消除夾瓦滑動(dòng)間隙，剛性好；步進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)采用了液壓馬 達(dá)機(jī)構(gòu)，其速度快，運(yùn)行平穩(wěn)；主軸刀盤帶有的冷卻系統(tǒng)能夠?qū)Φ毒哌M(jìn)行冷卻，可 以有效延長刀具的壽命。 (3)西重所生產(chǎn)的平頭倒棱機(jī)導(dǎo)軌軸承則采用了帶有預(yù)緊力的滾柱直線軸承，主 軸箱里主軸帶有預(yù)緊力軸承，夾緊裝置采用了帶有浮動(dòng)機(jī)構(gòu)及軸向鎖緊機(jī)構(gòu)，提高 了設(shè)備的剛性和穩(wěn)定性；刀盤上

17、的刀具采用了內(nèi)浮動(dòng)機(jī)構(gòu)新技術(shù)，解決了因壁厚不 均引起倒坡口后的鈍邊問題。刀盤上帶有冷卻系統(tǒng)，對刀具進(jìn)行冷卻并且?guī)в袑η?屑的沖洗功能。 從以上對國內(nèi)外先進(jìn)鋼管倒棱機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)中分析可以看出，目前的進(jìn)給系統(tǒng) 一般采用電液伺服或電機(jī)伺服系統(tǒng)；而步進(jìn)系統(tǒng)可根據(jù)節(jié)奏來要求采用液壓馬達(dá)或 電機(jī)減速器機(jī)構(gòu)。德國REIKAW ERK公司的平頭倒棱機(jī)則采用了電機(jī)伺服系統(tǒng)。伺 服電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)采用了伺服電機(jī)與滾珠絲杠直聯(lián)，特點(diǎn)是進(jìn)給精度高、低速性好， 維護(hù)方便，且主軸進(jìn)給動(dòng)態(tài)特性比采用的液壓伺服系統(tǒng)要高一些。電機(jī)伺服系統(tǒng)由 于其易于維護(hù)，遠(yuǎn)距離傳輸方便，噪音低，因此應(yīng)用越來越廣泛。美國PMC公司的 倒棱機(jī)就采用電

18、液伺服系統(tǒng)控制刀盤軸向進(jìn)給。電液伺服系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、伺服 系統(tǒng)抗負(fù)載剛度大，系統(tǒng)快速性好，低速穩(wěn)定性好，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，且伺服系統(tǒng)可 以與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，具有很大靈活性和適應(yīng)性。電氣控制方面，目前高控制水平的 倒棱機(jī)大部分采用PC(Personal Computer)機(jī)控制，并與可編程控制器PLC通過 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊方式，形成機(jī)、電、液一體化自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PC機(jī)采用的 人機(jī)對話界面HMI(Human Machine Interface)，對各種動(dòng)作故障能夠進(jìn)行報(bào)警診斷， 且界面友好，能夠方便地了解到產(chǎn)品的信息和機(jī)組的工作狀態(tài)，并能夠進(jìn)行參數(shù)設(shè) 定。這些控制措施大大地提高了生產(chǎn)效率。

19、 由以上分析可知，目前，在實(shí)際的應(yīng)用中，針對某些工廠狀況設(shè)計(jì)的倒棱機(jī)對 于相應(yīng)的規(guī)格鋼管管端加工已經(jīng)取得了成功，這對于我們改進(jìn)傳統(tǒng)的倒棱機(jī)設(shè)計(jì)， 使新型倒棱機(jī)能夠具有更高加工精度和更大加工能力提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。 1.3 課題意義及研究內(nèi)容 1.3.1 研究課題的意義 提高先進(jìn)的制造裝備，使其邁向國產(chǎn)化，對于促進(jìn)我國的鋼管產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著很 重要的意義。在中國，石化、冶金、建筑等鋼管使用較廣泛的行業(yè)，所需要的鋼管 的管徑、壁厚也越來越大。例如，伴隨著石化生產(chǎn)設(shè)備的大型化，單套裝置的生產(chǎn) 加工能力也隨之大幅提高，所需鋼管為滿足大流量的輸送，其口徑加大的趨勢也會(huì) 更加明顯。在以前，石化所需鋼管的規(guī)

20、格大部分以89219為主，隨著社會(huì)的發(fā) 展，現(xiàn)在是以159406為主，同時(shí)為了滿足高壓蒸汽輸送的需求，還使用了 610mm4570mm的大型鋼管。因此，對于加工大管徑的厚壁管，對平頭倒棱機(jī) 加工的穩(wěn)定性，自動(dòng)化程度及進(jìn)給精度就提出了更高更精確的要求。 傳統(tǒng)的倒棱機(jī)，在大管徑、厚壁管的加工方面沒有明顯的優(yōu)勢，而且自動(dòng)化程 度，加工精度較低。本文從傳統(tǒng)倒棱機(jī)入手，研發(fā)的新型數(shù)控倒棱機(jī)穩(wěn)定性好，加 工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，除了滿足小管徑的加工需求外，在加工大管徑、厚壁管方面， 所加工出來的鋼管完也全符合API、DIN、ANSI等國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，為鋼管行業(yè)創(chuàng) 造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且該機(jī)器價(jià)格低廉，可以替

21、代進(jìn)口產(chǎn)品，能夠被國內(nèi)各大 中小型鋼管廠采用，為我國鋼管的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。 國際鋼管設(shè)備設(shè)計(jì)制造公司一直都在關(guān)注著我國的鋼管行業(yè)的發(fā)展，并一直占 領(lǐng)著我國的這一重要管材市場，我國鋼管裝備市場不僅面臨著國內(nèi)行業(yè)的競爭，而 且面臨著更加嚴(yán)峻的國際市場的競爭。本論文研發(fā)的新型倒棱機(jī)，加工精度高、質(zhì) 量穩(wěn)定，具有很大的國際競爭力，對提高我國的鋼管制造裝備技術(shù)水平，及促進(jìn)我 國的先進(jìn)裝備的國產(chǎn)化，起到了很好的示范作用。 1.3.2 論文的主要內(nèi)容 本文旨在設(shè)計(jì)一種可以替代傳統(tǒng)、填補(bǔ)國內(nèi)空白的全自動(dòng)數(shù)控鋼管平頭倒棱機(jī)， 在滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求的同時(shí)，提高對倒棱加工的質(zhì)量和自動(dòng)化程度的躍進(jìn)。具體 來說，論文的

22、主要工作有以下幾個(gè)方面： (1)分析國內(nèi)外鋼管平頭倒棱機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，結(jié)合加工工藝要求進(jìn)行平頭 倒棱機(jī)的總體設(shè)計(jì)； (2)設(shè)計(jì)了平頭倒棱機(jī)的機(jī)械部分，研究對提高加工精度有著重要作用的刀盤和 夾緊裝置，并對其做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和計(jì)算； (3)設(shè)計(jì)了平頭倒棱機(jī)的電氣控制部分，將西門子802D數(shù)控系統(tǒng)用于平頭倒棱的 系統(tǒng)控制，并與西門子S7-300PLC相結(jié)合，提高了平頭倒棱機(jī)的自動(dòng)化水平，大范 圍的提高了平頭倒棱的質(zhì)量和工作的穩(wěn)定性； (4)分析了平頭倒棱機(jī)自身和工作環(huán)境中存在的各項(xiàng)干擾因素，論述了系統(tǒng)從硬 件和軟件兩個(gè)方面入手，采用的一系列行之有效的措施。 2 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)鋼管平

23、頭倒棱工藝過程的設(shè)計(jì)要求，制定了平頭倒棱機(jī)的機(jī)械總體方案和 電氣控制系統(tǒng)方案，具體包括以下幾個(gè)方面： (1)對鋼管加工工藝過程進(jìn)行了研究，采用鋼管固定，刀盤旋轉(zhuǎn)，鋼管端面同時(shí) 進(jìn)行平頭倒坡口的加工方式，并據(jù)此設(shè)計(jì)了倒棱機(jī)的總體布置方案； (2)在前述研究的基礎(chǔ)上，確定了機(jī)械總體設(shè)計(jì)方案，包括平頭倒棱主機(jī)、對齊 裝置、升降裝置、夾緊裝置、傳動(dòng)裝置、刀盤等各主要部件的結(jié)構(gòu)和功能： (3)對平頭倒棱機(jī)主軸進(jìn)給特點(diǎn)進(jìn)行分析和研究，采用伺服電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)控制主 軸進(jìn)給；鋼管傳送升降裝置采用V型輥道；夾緊裝置采用上下夾緊方案；刀盤采用 雙刀式復(fù)合刀盤。 (4)在上述研究的基礎(chǔ)上，采用SINUMERIC 80

24、2D數(shù)控系統(tǒng)、工控機(jī)和S7- 300PLC相結(jié)合的電氣控制系統(tǒng)方案，來實(shí)現(xiàn)對平頭倒棱機(jī)的自動(dòng)控制。 2.1 設(shè)計(jì)要求及參數(shù) 平頭倒棱機(jī)是對鋼管進(jìn)行去毛刺倒坡口的專用設(shè)備，平頭倒棱后的鋼管應(yīng)符合 (GB/T971 1.2-1999石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件)、(API SPEC5L-2000管線 鋼管規(guī)范)等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。綜合上述各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，倒棱后鋼管應(yīng)滿足如下要求(參見圖 2.1)： (1)鋼管管端均應(yīng)切直且不應(yīng)有毛刺； (2)切斜F不應(yīng)超過lmm(適用于外徑小于或等于220mm的鋼管)； (3)壁厚大于3.2mm的鋼管端面應(yīng)開坡口，坡口角度a應(yīng)為3035，鈍邊寬度H 為1.6mm0.8m

25、m； (4)當(dāng)進(jìn)行內(nèi)表面加工或修磨時(shí)，內(nèi)錐角B，自鋼管軸線測量，不應(yīng)大于表2.1所 列數(shù)值。 圖2.1 管端加工示意圖 表2.1 內(nèi)錐角規(guī)定表 規(guī)定壁厚 ，mm最大內(nèi)錐角 ，（） 10.5 7 10.5149.5 1417 14 本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)平頭倒棱機(jī)用于軋管機(jī)組的精整線上，能夠?qū)Ρ诤?32mm 的鋼管端面進(jìn)行平端面和開坡口加工。其設(shè)計(jì)的要求及參數(shù)如下： (1)鋼管的規(guī)格尺寸 外徑：108340ram 壁厚：430mm 長度：512.7m 材質(zhì)：碳鋼如20、45、X42X70等，低合金鋼如Q345等，合金鋼如 25Mn2V、341m12V、42MnM07、34CrM04、12CrlMoV等

26、。 外徑尺寸精度：1.0(最大不超過3mm) 壁厚尺寸精度：12.5 管體彎曲度：1.5mm/m 管端彎曲度：2mm/m(管端長度：1.5m) 全長彎曲度：10mm 管體橢圓度：1.5 端面斜度：6mm 端面狀態(tài)：矯直后冷鋸90(l) (2)加工后質(zhì)量要求： 參見表2.1和圖2.1，并滿足如下要求： 去毛刺倒角45； 清除鋼管端面； 切口毛刺，端面不垂直度允許偏差0.2； 管端切口光滑平整，粗糙度； 不低于Ral2.5； 加工過程中不允許損傷鋼管管體。 (3)生產(chǎn)能力：15110根/小時(shí)； (4)倒棱方式：鋼管固定，刀具旋轉(zhuǎn)，v型支架高度可調(diào)h150mm； (5)輥?zhàn)訛椤皏”型，倒棱機(jī)機(jī)頭前v

27、型支架高度可調(diào)h150mm； (6)配置安全保護(hù)措施，防止鋼管意外將設(shè)備損壞。 2.2 總體方案的設(shè)計(jì) 根據(jù)生產(chǎn)的需要，鋼管需倒焊接坡口或平端面，倒焊接坡口的鋼管端面需進(jìn)行 倒焊接坡口、平端面、倒內(nèi)角的加工；平端面的鋼管端面需進(jìn)行平端面、去毛刺、 倒內(nèi)角的加工。 2.2.1 平頭倒棱主機(jī) 平頭倒棱主機(jī)是平頭倒棱機(jī)的核心部件，其結(jié)構(gòu)如圖2.2.1所示，由主軸系統(tǒng)、 進(jìn)給系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等構(gòu)成。 1.伺服進(jìn)給電機(jī) 2.滾珠絲杠 3.直線導(dǎo)軌 4.圓弧齒型帶 5.主軸電機(jī) 6.刀盤 7.夾緊裝置 圖2.2.1 平頭倒棱主機(jī)示意圖 主軸系統(tǒng)提供鋼管切削時(shí)刀盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就要有主軸系統(tǒng)應(yīng)有較大

28、的調(diào)速 范圍，以保證加工時(shí)能夠選擇合理的切屑用量，從而獲取最佳的加工精度、生產(chǎn)率 和表面質(zhì)量。其一端裝有旋轉(zhuǎn)的復(fù)合刀盤，另一端裝有同步帶輪，主軸電機(jī)通過同 步帶帶動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使主軸帶動(dòng)復(fù)合刀盤的旋轉(zhuǎn)，達(dá)到平頭倒棱的加工目 的。變頻器控制著主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，提供切削時(shí)所需的動(dòng)力。主軸的轉(zhuǎn)速則 通過外接編碼器，傳入PLC控制系統(tǒng)。為了保證主軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠得到良好冷卻， 減少加工的誤差，主軸軸承采用了油液循環(huán)冷卻裝置。 主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可分為快進(jìn)給、粗進(jìn)給、精進(jìn)給、光整、快速返回等過程。 進(jìn)給系統(tǒng)采用直線滾動(dòng)導(dǎo)和軌滾珠絲杠組成運(yùn)動(dòng)副部件，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，見圖 2.2.1.1。其中伺服電

29、機(jī)與滾珠絲杠的直接連接，減小了傳動(dòng)鏈間的間隙，確保了傳 動(dòng)系統(tǒng)的精度。伺服電機(jī)配備了行星減速器，它不但能夠提供低轉(zhuǎn)速切削時(shí)的轉(zhuǎn)矩， 而且還可以保證高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。導(dǎo)軌間隙可調(diào)，主軸箱與導(dǎo)軌之間存有預(yù)緊力， 使導(dǎo)軌與滑塊之間的摩擦為滾動(dòng)摩擦，大大降低了二者之間的摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)了無 間隙運(yùn)動(dòng)，提高了機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 圖2.2.1.1 進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 1.伺服電機(jī) 2.減速器 3.連軸器 4.滾珠絲杠 輔助系統(tǒng)主要包括排屑裝置、冷卻裝置等。排屑機(jī)采用鏈板式，將鐵屑提升到 高處，落入運(yùn)輸車內(nèi)拉走。為了防止鐵屑的飛濺，設(shè)計(jì)了防護(hù)罩。冷卻裝置用于切 削過程中刀具與工件的冷卻，同時(shí)也起沖屑作用。

30、潤滑系統(tǒng)用于對機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠、傳動(dòng)齒輪及主軸箱等裝置的潤滑。采用 電動(dòng)間歇式潤滑泵，其自動(dòng)潤滑間歇時(shí)間和每次的泵油量，可根據(jù)潤滑要求進(jìn)行調(diào) 整或用參數(shù)來設(shè)定。該潤滑系統(tǒng)可采用潤滑脂或高粘度潤滑油，潤滑泵供給給油器 的供油量可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，給油器上安有控制開關(guān)，可以控制潤滑時(shí)間。系統(tǒng)還裝有 限壓閥，以保護(hù)潤滑泵和給油器不遭高壓損壞。 2.2.2 平頭倒棱機(jī)的構(gòu)造及其工作原理 平頭倒棱主機(jī)(見圖2.2.2)，主要由機(jī)架、機(jī)頭、夾緊裝置及進(jìn)刀裝置構(gòu)成。 圖 2.2.2 平頭倒棱機(jī)簡圖 （1）機(jī)架由焊接件構(gòu)成，機(jī)架的升降機(jī)構(gòu)可以使傳送臺(tái)架的高度保持不變，靠 電動(dòng)升降機(jī)升降機(jī)架來適應(yīng)不同規(guī)格的鋼管平頭

31、倒棱。 （2）機(jī)頭是由標(biāo)準(zhǔn)1TX50 銑削動(dòng)力頭改裝而成。動(dòng)力頭的主軸帶有復(fù)合刀盤， 刀盤上裝有平頭刀和倒棱刀。倒棱刀由帶有靠模平衡回轉(zhuǎn)裝置的刀架、刀頭和刀座 構(gòu)成。焊管管端進(jìn)行切削時(shí)，隨動(dòng)靠模輥在彈簧的壓力作用下，緊靠在鋼管內(nèi)壁旋 轉(zhuǎn)，帶動(dòng)著倒棱刀進(jìn)行倒棱。倒棱刀可沿鋼管的直徑方向進(jìn)行調(diào)整，確保了切削后 的鈍邊寬度為1.588mm，外倒棱角為20 0 （3）夾緊裝置為外徑夾具，與被夾鋼管的外表面是多線接觸。上夾具與裝在機(jī) 架上部的氣缸活塞桿頭部聯(lián)接，作用力垂直方向向下，能夠適應(yīng)外徑為 140mm339.7mm 之間的各種不同規(guī)格型號(hào)鋼管的夾緊。下夾具安裝在機(jī)架的 動(dòng)力頭底座上，可以根據(jù)鋼管管

32、徑的不同來選用不同高度的平頭質(zhì)量，并且與上夾 具找正對中。為了防止薄壁管受壓變形影響到平頭質(zhì)量，在夾緊氣缸氣控電磁換向 閥前裝有00.8M Pa氣控調(diào)壓閥用以調(diào)整夾緊力。 （4）進(jìn)刀機(jī)構(gòu)由缸徑缸徑140 mm、行程20 mm的油缸和200mm、行程100 mm的氣缸組成。 2.2.3 工作程序 上料小車從料架上面取料，并送到 V 型托輥架上； 托輥升起，將鋼管托升到與機(jī)床中心高度一致； 送料小車返回料架； 兩夾緊框打開； 大拖板前進(jìn)，鋼管進(jìn)入夾緊框； 托輥回降，鋼管落到下夾緊框上； 夾緊框夾緊鋼管； 刀盤旋轉(zhuǎn)； 床頭箱快進(jìn)到位； 床頭箱工進(jìn)開始； 切削完成，床頭箱工進(jìn)停止； 床頭箱快速返回原始

33、位置； 刀盤旋轉(zhuǎn)停止； 夾緊裝置松開； 托輥升起，將鋼管舉起； 大拖板快退，鋼管兩端離開夾緊框； 卸料小車進(jìn)入機(jī)床中心線，小車料架升起； 托輥架回落，鋼管落入卸料小車料架之上； 卸料小車運(yùn)走鋼管。 3 3 電氣控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制分析 平頭倒棱機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過程可以簡單描述如下：鋼管經(jīng)吊車送至上料臺(tái)架-步進(jìn) 平移-對齊定位-步進(jìn)平移-管端夾緊-平頭倒棱主機(jī)進(jìn)刀-平頭倒棱-機(jī)頭快退-夾緊松 開-步進(jìn)平移-鋼管進(jìn)入下料臺(tái)架-收集料框。在整個(gè)工作過程中，需要加以控制的動(dòng) 作有：移鋼機(jī)輸送鋼管，升降裝置調(diào)整鋼管中心高度，輥道平移鋼管，主軸旋轉(zhuǎn)， 夾緊鋼管，主軸進(jìn)給等。 平頭倒棱機(jī)的主

34、軸既作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又隨著主軸箱一起作軸向移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為 主切削運(yùn)動(dòng)，軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主軸運(yùn)動(dòng)的控制對于提高加工效率，提升加工 質(zhì)量，擴(kuò)大加工材料范圍有著重要的作用，其控制精度直接影響著所加工的鋼管的 坡口尺寸精度和管端的光滑平整。為了滿足管端加工要求，達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，主軸 進(jìn)給的過程分為：快進(jìn)-粗迸給-精進(jìn)給-光整-快速返回等，刀盤的轉(zhuǎn)速為 50200rmm，進(jìn)給量為 0.10.3mm/r。參見圖 2.3.1，刀具快進(jìn)的距離為 Lk， 粗進(jìn)給的距離為 Lc，精進(jìn)給的距離為 Lj，主軸分別對應(yīng)不同的進(jìn)給速度 Vk、Vo、 和 Vj。經(jīng)過對部分規(guī)格的鋼管進(jìn)行的切削試驗(yàn)，可以滿足加工要求的切削參

35、數(shù)。 圖 2.3.1 道具進(jìn)給示意圖 3.2 電氣控制系統(tǒng)方案 研制全自動(dòng)鋼管平頭倒棱機(jī)的一個(gè)重要任務(wù)就是要實(shí)現(xiàn)平頭倒棱過程的自動(dòng)化。 根據(jù)上述對平頭倒棱機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的研究可知，系統(tǒng)工作過程中涉及到對進(jìn)給電機(jī)， 主軸電機(jī)，移鋼機(jī)電機(jī)，輥道電機(jī)等的控制，以及現(xiàn)場各種傳感器，行程開關(guān)，編 碼器等電氣元件的信號(hào)采集和控制。所以采用以SINUMERIC 802D數(shù)控系統(tǒng)為核心， 結(jié)合工控機(jī)、S7-300PLC和變頻器等組成平頭倒棱機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋼管平 頭倒棱各個(gè)過程的協(xié)調(diào)、跟蹤、各種信息的傳輸、顯示、數(shù)據(jù)管理、人機(jī)界面等。 整個(gè)系統(tǒng)通過PROFIBUS總線方式將工控機(jī)、SINUMERIC 802

36、D數(shù)控系統(tǒng)、S7- 300PLC等連接起來，組成一個(gè)層次分明的控制網(wǎng)絡(luò)。 SINUMERIC 802D數(shù)控系統(tǒng)控制進(jìn)給伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的變頻控制。S7- 300PLC完成現(xiàn)場電氣元件的信號(hào)采集，和對執(zhí)行元件以及三個(gè)變頻器的控制。 SINUMERIC 802D數(shù)控系統(tǒng)與S7-300PLC互相通信，實(shí)現(xiàn)倒棱機(jī)正常協(xié)調(diào)運(yùn)行，完 成對鋼管的加工。倒棱機(jī)控制系統(tǒng)由工控機(jī)、SINUMERIC 802D數(shù)控系統(tǒng)和S7- 300PLC組成，具有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式。工控機(jī)主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控功能， SINUMERIC802D數(shù)控系統(tǒng)控制倒棱主機(jī)的運(yùn)行，S7-300PLC根據(jù)工控機(jī)的命令，直 接控制現(xiàn)場設(shè)

37、備的運(yùn)行，并讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)反饋給工控機(jī)。系 統(tǒng)的工控機(jī)監(jiān)控軟件的主要功能有：用戶管理功能，設(shè)定若干級權(quán)限，不同的權(quán)限 設(shè)定不同的可操作內(nèi)容；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，對倒棱鋼管的相關(guān)參數(shù)(如管徑、壁厚等)、 加工的相關(guān)參數(shù)(如主軸的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量的大小等)進(jìn)行設(shè)置；工作時(shí)序控制，對整 個(gè)系統(tǒng)的工作時(shí)序、與上下工位的接口等進(jìn)行控制；系統(tǒng)診斷及報(bào)警，對整個(gè)系統(tǒng) 的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，出現(xiàn)問題發(fā)出提示或報(bào)警；提供人機(jī)交互的界面。 實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)化控制，除需設(shè)計(jì)電氣控制，還需配備液壓系統(tǒng)來輔助實(shí)現(xiàn)整 體的自動(dòng)運(yùn)行。液壓系統(tǒng)使用工作壓力高的油性介質(zhì)，機(jī)構(gòu)出力大，機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、 動(dòng)作平穩(wěn)可靠、易于調(diào)節(jié)、

38、噪聲較小。倒棱機(jī)的液壓系統(tǒng)主要由夾緊液壓系統(tǒng)和對 齊液壓系統(tǒng)組成。夾緊液壓系統(tǒng)由夾緊油缸、換向閥、二位四通換向閥、調(diào)壓閥等 組成，完成夾緊裝置的自動(dòng)夾緊和松開。對齊液壓系統(tǒng)由對齊油缸、換向閥等組成， 完成鋼管的緩沖對齊。 4 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 4.1 切削力的計(jì)算及電機(jī)選型 4.1.1 最大切削功率及主切削力的計(jì)算 如前所述，刀盤一次進(jìn)刀就完成對鋼管端面的加工，夾緊的鋼管在切削過程中 承受軸向、徑向及切削速度方向上的主切削力，見圖3.1，其中主切削力做功最多， 占切削功率的90以上。倒外圓刀具承受極大部分切削力，其上消耗功率是平端面 刀具15倍以上，內(nèi)圓倒角刀具消耗功率略去不計(jì)。在切削過程中，隨著

39、刀具的進(jìn)給， 切削量越來越大，切削力也隨之增加，計(jì)算切削即將完成時(shí)的切削力，此時(shí)刀具所 承受的切削力最大。 圖 3.1 刀具切削受力示意圖 Px軸向進(jìn)給抗力 Py徑向進(jìn)給抗力 Pz主切削力 FR切削合力 n刀盤 轉(zhuǎn)速 X刀具進(jìn)給方向 4.1.2 主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)的選擇 (1)主軸電機(jī)的選擇 平頭倒棱機(jī)主軸傳動(dòng)采用同步帶傳動(dòng)，主軸電機(jī)通過圓弧齒型帶帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)， 從而帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)來加工鋼管。同步帶傳動(dòng)屬于嚙合型帶傳動(dòng)，是靠內(nèi)側(cè)工作面上 的齒與帶輪工作面上的齒相互嚙合來傳動(dòng)的。工作時(shí)帶與帶輪之間不會(huì)產(chǎn)生相對滑 動(dòng)，能夠獲得準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，兼有帶傳動(dòng)和齒輪嚙合傳動(dòng)的特性和優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)效率 高(0.93

40、0.98)；允許帶速較高(可達(dá)50ms)；傳遞功率大，(可達(dá)數(shù)百千瓦)；傳動(dòng) 比較大(可達(dá)1220)。此外，由于不是靠摩擦力來傳遞動(dòng)力，帶的預(yù)緊力可以很小， 作用于帶輪軸和其上軸承的力也很小。其他如平帶、V帶、多楔帶、圓帶等摩擦型 帶傳動(dòng)，因?yàn)閹c輪面之間存有相對滑動(dòng)，導(dǎo)致傳動(dòng)效率比較低，傳動(dòng)比不準(zhǔn)確， 而且?guī)У膲勖^短，而全自動(dòng)平頭倒棱機(jī)的主軸傳動(dòng)要求傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確， 因此采用同步帶傳動(dòng)。 主軸電機(jī)選用8極(50Hz時(shí)同步轉(zhuǎn)速胛=750rpm)，冷卻方式為IC416(全封閉帶單 獨(dú)軸流風(fēng)機(jī)的外表軸向風(fēng)機(jī)冷卻)的YSTP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。此電動(dòng)機(jī) 的調(diào)速范圍寬，在開環(huán)U/f控

41、制條件下，可實(shí)現(xiàn)350Hz時(shí)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速， 50100Hz時(shí)的恒功率調(diào)速，在矢量控制條件下，調(diào)速范圍還可以擴(kuò)大。IC416系列 可根據(jù)用戶要求帶各種高分辨率的傳感器(光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器及測速發(fā)電機(jī))。 根據(jù)上述對由34040規(guī)格的鋼管的分析計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行主軸電機(jī)的選型。 倒棱機(jī)的同步帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比： i= 3-14 1 2 z z 2 1 n n 由式3-14可知： n = 3-15 2 1 11 z zn i n1 主軸電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩： T =9550N n 3-16 202 傳動(dòng)的效率： 3-17 11 22 nT nT 由式 3-17 可推出主軸電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩： T = 3-18 1

42、 1 22 n nT 由設(shè)計(jì)己知電機(jī)主軸上小帶輪的齒數(shù)為互z =36主軸上大帶輪的齒數(shù)為 1 z =102，電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速 n =750rpm 帶入式 3-14、3-15 得： 21 i=2.83，n =265； 1 2 z z 2 i n1 由前述計(jì)算可知，主軸電機(jī)輸出功率 N =66.76kw，帶入式 3-16 得： 0 T =9550N n =955053.8265=1939N 202 m 取0.93，由式 3-18 得：T =736 N 1 1 22 n nT m 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，以及實(shí)際應(yīng)用的需要，倒棱機(jī)選用YTSP315M18(IC416) 型電機(jī)，其標(biāo)稱功率為75kw，額定轉(zhuǎn)矩為

43、M=955 N，MT ，滿足設(shè)計(jì)要求。m 1 (2)進(jìn)給電機(jī)的選擇 倒棱機(jī)進(jìn)給裝置采用交流伺服電機(jī)與減速器組成的同軸傳動(dòng)系統(tǒng)，齒輪單元直 接和電機(jī)驅(qū)動(dòng)端相連接。本文設(shè)計(jì)的倒棱機(jī)對鋼管加工精度和加工效率有要求較高， 選用1FT6型交流伺服電機(jī)。此電機(jī)是高緊湊型的永磁同步電機(jī)，其新型編碼器技術(shù) 可以滿足動(dòng)態(tài)性能、速度設(shè)定范圍、旋轉(zhuǎn)和位置精度方面的最高要求，具有如下特 點(diǎn)：較高的旋轉(zhuǎn)精度；較短的非生產(chǎn)時(shí)間；電源和信號(hào)連接可以用于嚴(yán)重污染的環(huán) 境；使用單一編碼器系統(tǒng)從而簡化了電纜電路；對側(cè)向力有較高抵抗力。減速器是 一種動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)， 并得到較大

44、轉(zhuǎn)矩。其主要作用在于：降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī) 輸出乘減速比，但不能超出減速器額定扭矩；降速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的 減少為減速比的平方。 減速器可以分為很多種，常見的幾種減速器的特點(diǎn)如下所述： a行星減速器其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長， 額定輸出扭矩很大。 b諧波減速器利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，體積不大，精 度很高，但缺點(diǎn)是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差，輸入轉(zhuǎn)速不 能太高。 c蝸輪蝸桿減速器的主要特點(diǎn)是具有反向自鎖功能，有較大的減速比，輸入軸 和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動(dòng)效率

45、不高， 精度不高。 基于上述對減速器的分析，進(jìn)給系統(tǒng)選用傳動(dòng)比f=10的阿爾法行星齒輪減速器 SP 100S-MFl-10-0Kl。 根據(jù)上述對由340X40規(guī)格的鋼管的分析計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行進(jìn)給電機(jī)的選型。電 機(jī)的轉(zhuǎn)矩： T=9550N/n 3-19 j0 其所需進(jìn)給電機(jī)功率N=14.2/kw，選用額定轉(zhuǎn)速H=1500rpm的電機(jī)，則其轉(zhuǎn)距 j0 由式3-19可得： T=9550N/n=955014.2/1500=90.5 N j0 m 由于使用了減速器，進(jìn)給電機(jī)需提供的轉(zhuǎn)距： T =T/I 3-20 j 減速器的傳動(dòng)比i=10，由式3-20可得：T =T/10=9.05 N j m 根據(jù)上述計(jì)

46、算結(jié)果，以及實(shí)際應(yīng)用的需要，倒棱機(jī)選用1FT6102-8AB71-1EG0-Z 型電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速n=1500rpm，額定轉(zhuǎn)矩為M=24.5 N，M T ，滿足設(shè)計(jì)要m j 求。 綜上所述，進(jìn)給裝置采用阿爾法行星齒輪減速器SP 100SMFl-10-0K1與西門子 1FT6 102-8AB71-lEG0-Z型電機(jī)組合成為同軸傳動(dòng)系統(tǒng)，直接與滾珠絲杠相連，由 SINUMERIC 802D控制進(jìn)給，能夠達(dá)到高精度、高效率的要求。 4.2 刀盤的設(shè)計(jì) 隨著焊管技術(shù)的不斷提高，對焊管端面質(zhì)量的要求也不斷提高。目前，國內(nèi)大 多數(shù)廠家對焊管端面加工只用刀具銑平端面，而不做內(nèi)外倒角處理。這種只銑平端 而存在

47、以下幾個(gè)問題： （1）在后道工序，做水壓試驗(yàn)時(shí)，由于毛剌存在，經(jīng)常劃破密封圈，而使水壓 漏水，達(dá)不到規(guī)定壓力，影響試壓效果。 （2）鋼管鍍鋅時(shí)，由于端面的毛剌，使鋅液殘留在鋼管內(nèi)，致使鋅耗增加，影 響鍍鋅質(zhì)量和鍍鋅成本。 （3）在焊接車絲時(shí)，由于鋼管端面毛剌的存在，致車絲時(shí)打刀，影響車絲、焊 接質(zhì)量。 （4）由于毛剌的存在，不僅影響鋼管的外觀質(zhì)量，而且在搬運(yùn)過程中易劃傷手 臂，造成事故。 因此，針對上述情況，國家頒布了GB/T3091-2001 低壓流體輸送焊管標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo) 準(zhǔn)中提出端面處理要求：鋼管兩端截面應(yīng)與其軸成垂直，且不應(yīng)有毛剌。 為了達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)焊管企業(yè)均對平頭機(jī)提出了更高要求；鋼管

48、端面形狀， 主要取決于平頭機(jī)刀盤的結(jié)構(gòu)形式和刀具在刀盤上的擺放。本設(shè)計(jì)采用浮動(dòng)式倒棱 刀+平頭刀具的雙刀式。 圖3.2 浮動(dòng)式刀盤 1.固定刀盤 2.浮動(dòng)切削座 3.倒棱刀具 4.浮動(dòng)輪 5.鋼管 6.平頭刀具 此刀盤結(jié)構(gòu)如圖3.2，主要由固定刀盤、倒棱刀塊、浮動(dòng)切削刀座、浮動(dòng)輪及平 頭刀組成。切削時(shí)，浮動(dòng)輪緊靠鋼管內(nèi)壁浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)，刀具隨著靠輪浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)切削， 因此，倒棱質(zhì)量不受管體形位公差的影響，適合于管徑大于165mm，壁厚6mm以 上的大管徑鋼管的倒棱。但隨著鋼管壁厚的增加，切削時(shí)易引起刀具的震動(dòng)，從而 發(fā)生打刀現(xiàn)象，為了使刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可設(shè)置平衡塊，根據(jù)不同的規(guī)格和轉(zhuǎn)速進(jìn)行 調(diào)整。 4.3

49、 夾緊裝置的設(shè)計(jì) 夾緊裝置主要用來夾緊鋼管，保證鋼管中心與床頭箱切削頭旋轉(zhuǎn)中心重合，并 與切削平面垂直。 根據(jù)倒棱機(jī)采用電液控制的特點(diǎn)，夾緊裝置一般采用液壓夾緊方式，夾管、松 管控制迅速，靈活方便，穩(wěn)定可靠。常見的液壓夾緊方式有左右抱管式、上下抱管 式2種。 左右抱管式夾緊裝置多見于早期制造的倒棱機(jī)上，隨著用戶對鋼管質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的 不斷提高，這種裝置逐現(xiàn)其不足： （1）銅滑板易磨損，引起夾緊的鋼管中心與切削頭旋轉(zhuǎn)中心上下不重合，影響 倒棱質(zhì)量； （2）牽引油缸的不同步引起夾緊中心與切削頭旋轉(zhuǎn)中心左右不重合，同樣影響 倒棱質(zhì)量； （3）由于夾不緊，常引起鋼管振動(dòng)出現(xiàn)打刀現(xiàn)象。 上下抱管式夾緊裝置，它

50、克服了左右抱管夾緊裝置的不足，能較好地滿足生產(chǎn) 高質(zhì)量鋼管的要求，具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）裝置中油缸數(shù)量由原來的6個(gè)減為2個(gè)，裝置質(zhì)量減輕一半，增強(qiáng)了設(shè)備的 操作性能； （2）將鋼管與夾緊裝置之間的動(dòng)摩擦改為靜摩擦，延長了夾緊圈內(nèi)膠皮的壽命， 提高了設(shè)備的使用維護(hù)性能； （3）采用下夾緊圈定位，保證夾緊鋼管中心與床頭箱切削頭旋轉(zhuǎn)中心重合，夾 緊可靠，確保了管端的加工質(zhì)量。 本設(shè)計(jì)采用上下抱管式夾緊裝置如圖3.3所示，該裝置是對左右抱管式夾緊裝置 的改進(jìn)。 圖3.3 上下抱管式夾緊裝置 1導(dǎo)向柱；2油缸；3移動(dòng)夾緊圈；4固定夾緊圈 5 結(jié) 論 5.1 論文總結(jié) 通過對該平頭倒棱機(jī)設(shè)計(jì)思想、結(jié)構(gòu)、功

51、能的分析, 對比國產(chǎn)平頭倒棱機(jī), 確實(shí) 顯示出其優(yōu)越性和先進(jìn)性。我們應(yīng)盡快將其合理部分進(jìn)行消化吸收, 逐步使其國產(chǎn) 化, 應(yīng)用到焊管機(jī)組中, 提高國產(chǎn)焊管的生產(chǎn)水平, 以適應(yīng)我國加入世貿(mào)、和國際經(jīng) 濟(jì)接軌的需要。 本文設(shè)計(jì)的新型數(shù)控鋼管平頭倒棱機(jī)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定，質(zhì)量達(dá)到國際 水平，可以替代進(jìn)口。此平頭倒棱機(jī)的設(shè)計(jì)，可以大大提高我國鋼管平頭倒棱的自 動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)我國鋼管產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。 論文所作的主要工作和獲得的成果有： (1)通過對平頭倒棱機(jī)工藝流程的分析，采用復(fù)合式刀盤通社進(jìn)行平頭倒棱的加 工方式，并據(jù)此進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)，確定了系統(tǒng)的主要部件及其功

52、能。 (2)根據(jù)鋼管端面切削倒棱的原理和要求，設(shè)計(jì)了具有內(nèi)仿形靠模浮動(dòng)刀架的外 倒棱浮動(dòng)刀盤，使加工精度達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)； (3)根據(jù)鋼管平頭倒棱的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了固定夾緊和浮動(dòng)夾緊相結(jié)合的夾緊裝置， 保證了鋼管夾緊的可靠性； (4)把工控機(jī)、西門子SINUMERIC 802D數(shù)控系統(tǒng)和PLC有機(jī)的結(jié)合在一起，組 成一個(gè)完整的、自動(dòng)化程度很高的倒棱機(jī)控制系統(tǒng)。采用工控機(jī)完成對系統(tǒng)工作狀 態(tài)的監(jiān)控；采用西門子SINUMERIC 802D數(shù)控系統(tǒng)控制倒棱主機(jī)，完成對主軸進(jìn)給 的半閉環(huán)伺服控制，并配置模擬主軸，提高平頭倒棱精度和質(zhì)量穩(wěn)定性；采用S7 300PLC完成現(xiàn)場電氣元件的信號(hào)采集和控制。 5.2

53、平頭倒棱機(jī)的展望 國內(nèi)鋼管平頭倒棱機(jī)已能夠滿足鋼管加工的需要。在設(shè)計(jì)的過程中，本人也獲 得了很大的收益，也有一些體會(huì)和啟發(fā)，可以對平頭倒棱機(jī)的進(jìn)一步研發(fā)起到借鑒 作用。 由于平頭倒棱機(jī)所應(yīng)用的領(lǐng)域不同, 發(fā)展過程中存在的技術(shù)問題也不同, 解決以 下問題, 可促進(jìn)我國平頭倒棱機(jī)的改進(jìn)和發(fā)展。 (1) 鋼管領(lǐng)域隨著管徑壁厚不斷地增大, 生產(chǎn)能力的提高, 對平頭倒棱機(jī)系統(tǒng)的 穩(wěn)定性提出了更高的要求, 對進(jìn)給精度及自動(dòng)化程度要求更高。以后應(yīng)更多地采用 電機(jī)伺服系統(tǒng), 夾緊、主軸箱及導(dǎo)軌都必須采用預(yù)緊系統(tǒng), 更多地采用機(jī)、電、液一 體自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò), 才能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的要求, 鋼管平頭倒棱機(jī)正在向高技術(shù)、高附加值 方向發(fā)展。 (2) 直縫焊管領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵是解決外浮動(dòng)機(jī)構(gòu)與受力變化的關(guān)系, 應(yīng)考慮采用 液壓伺服方式來解決此一難題。