鋼管自動切斷倒角機加工中提高工效及余料利用的研究

蘭川　龍仁海

摘 要：該文通過對QGE-16×220型鋼管自動切斷倒角機工作現狀分析，挖掘其潛能，提出設計制作一套上料裝置和專用導引頭提高鋼管自動切斷倒角機工效和解決該機加工中存在短料再利用及粗管料短料不能復用難題，提高了皮帶輸送機托輥生產線效率，滿足了礦井安全生產的需要。

關鍵詞：鋼管自動切斷倒角機 提高工效余料利用 研究

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0143-03

皮帶輸送機托輥半自動化生產線其第一道工序就是輥皮加工，采用了鋼管自動切斷倒角機對專用托輥鋼管進行加工輥皮，鋼管的上料和裝夾非常麻煩，效率非常低；同時該道工序加工中會產生300 mm以下余料，如何解決和處理余料也是一大難題，處理不好會造成大量的人力、物力浪費。

1 生產現狀

圖1是QGE-16×220型鋼管自動切斷倒角機的工件裝夾及加工示意圖。

如圖1所示，專用托輥管一端通過活動頂尖裝夾在游動小車上，另一端通過設備的進料座穿過設備，被卡盤夾緊。其工作原理為：卡盤松開時，游動小車前進，推動鋼管向切管機的刀具方向移動直至抵達定位位置，活動頂尖將鋼管抵緊，夾緊油缸自動伸出推動夾頭前進，卡盤隨即將工件夾緊。卡盤旋轉帶動工件旋轉（游動小車上的活動頂尖一同旋轉），車刀自動進刀，將工件切下并倒角。隨后卡盤松開即開始另一個工作循環。

目前專用托輥鋼管長度大多為6 m，加工長度為315 mm的托輥最多。以此為例，用6 m長的鋼管切315 mm長度的輥皮，可以切18件，一般情況下約12 min就可以切完（不包括上料時間），需換裝另一根鋼管。切下18件后還剩余約300 mm這部分余料可以加工280 mm長的托輥，但是由于游動小車的行程限制，以及切管機本身從進料座至卡盤的距離限制，無法對剩下的材料繼續切削。

1.1 上料方式

用行車吊裝上料，必須有2～3人協同操作，一人操作行車，其余人員用鋼絲繩吊起一根鋼管并將其穩住，移動鋼管當鋼管中心線大致與機床主軸孔中心線一致的時候，先將鋼管一端伸入鋼管自動切斷倒角機的進料座約100～200 mm，再操作游動小車，使游動小車的活動頂尖伸入鋼管之內，隨即卸下鋼絲繩，操作游動小車推動鋼管前進直至伸入卡盤之內，上料工作才結束。每上一次料，耗時約10 min。以加工315 mm長的托輥為例，目前鋼管自動切斷倒角機每班下料僅350件，遠未發揮切管機的效能。如果是加工更長的托輥，裝料更為頻繁，意味著需要更多地輔助時間，效率則更加低下。

1.2 余料

采用的辦法是先將其堆碼在切管機周圍，待其達到約400～500件的時候，再安排汽車轉運至精加工車間用普通車床逐件進行車削。堆碼在鋼管自動切斷倒角機周圍的余料，不但影響車間的文明生產，給車間帶來了安全隱患；同時使用普通車床進行切削，效率大大降低，每班僅能切削約60件，而且由于使用普通車床進行切削，對車床主軸孔的要求較高（車床主軸孔需大于鋼管的外徑），對于Φ108以上的鋼管，由于沒有合適的車床，目前還無法解決這一問題。

2 提高工效及余料利用的實踐研究

2.1 設計制作上料裝置

如圖2所示設計制作了一套上料裝置解決該道工序中對行車的依賴性，同時減少上料時人員過多問題和鋼管對鋼管自動切斷倒角機主軸孔對中問題，以實現減人提效。上料裝置主要由兩部分構成：堆料架和對中支撐架。

2.1.1 堆料架

堆料架實際上就是一個堆料平臺，能堆放2捆鋼管，約74根，目前常用材料多為6 m長，也有9 m的鋼管，因此堆料架在縱向方向設計成3 m，材料在縱向方向居中放置，平穩性較好，不會有垮塌現象等安全隱患。兩捆材料約3～4 t重，因此堆料架采用12#槽鋼并加固焊制，保證其強度要求。

2.1.2 對中支撐架

對中支撐架是整個上料機構的核心裝置。如圖所示，其設計成“V”型結構，通過和擋塊的共同作用，鋼管落在架上之后，能自動對中，即鋼管中心線能與鋼管自動切斷倒角機主軸孔中心線基本保持一致，不再需要人工操作對中。

對中支撐架的平臺比堆料架堆料平臺低70 mm，使支撐架一端形成約10°的斜面，端頭與堆料架搭接，端頭比堆料平臺低5 mm。這樣設計的優點是：人工將堆放區的一根鋼管擺放至支撐架的斜面上，鋼管通過其自重會自動下滑，直至抵住擋塊對中，不需要人工再費時費力地對中，游動小車前進時帶錐度的活動頂尖可自動伸入鋼管內孔，推動鋼管移動。對中支撐架設計成可調結構，高度可以通過調節螺栓進行調節，以適應不同規格的鋼管對支撐架高度的要求。

2.1.3 上料裝置安裝布置及操作

圖3是安裝后的布置圖。

對中支撐架共設計制作兩件，分別為固定架和移動架。固定架安裝在靠近設備進料座端面約200 mm處，并與導軌固定在一起；移動架安裝在游動小車上，隨游動小車一起移動，兩支撐架的支撐平面高度一致。

游動小車將鋼管抵緊、卡盤夾住鋼管后，鋼管會抬高約5 mm，使鋼管與支撐架脫離接觸，防止在鋼管旋轉時與支撐架發生干涉而產生安全事故。

在制作和安裝堆料架時，需考慮游動小車的移動空間，防止堆料架干涉和阻礙游動小車的自由通過。

在安裝好上料裝置后，使用行車一次性吊運兩捆鋼管（74根）放置在堆料架上，解開捆綁繩后并按圖2所示擺放好（約4層）。操作員工將最下層邊緣的一根鋼管推至支撐架的斜面上，靠自重的作用鋼管自動對中，開動游動小車前移，帶錐度的活動頂尖順利伸入鋼管之內并將鋼管向機床主軸孔內推進，直到鋼管端頭抵住定位裝置，機床啟動自動切削。將一根鋼管切完后，員工將下一根鋼管推入支撐架，繼續進行操作。

通過上述操作方式不但生產效率得到了很大的提高，同時也降低了行車的使用頻率，提高了行車的使用壽命而且還降低了能耗。

2.2 余料解決方案

從鋼管自動切斷倒角機的加工工藝分析，出現剩余一段料無法進行加工是由于無法實現連續加工造成的，即：每上一次料，鋼管之間形成了斷檔，由于后上的鋼管與前面剩下的鋼管之間斷開了而無法有效推進剩余的鋼管造成的。因此每加工一根鋼管，均有一段可以利用的剩余材料，以致費時費力地用其它辦法解決，造成了很大的浪費。只要后續鋼管能有效與剩余鋼管連接并能定位推進，就能有效解決這一問題。為此，設計制作導引頭來加以解決。導引頭如圖4所示。

從圖4可以看出，導引頭用圓鋼加工而成，兩端設計成帶錐度的圓錐，方便導引頭順利地深入鋼管內孔之中，圖四為加工Φ89鋼管制作的導引頭。Φ89鋼管的孔徑Φ79±0.3，因此將導引頭嵌入孔內的外徑設計為Φ78±0.1，導引頭的最大外徑為Φ89，與鋼管直徑匹配，導引頭可以順利地穿過設備的進料口、主軸孔和卡盤孔。如要加工其它規格的鋼管，需另外制作與之相對應的導引頭。導引頭的工作原理是：當鋼管加工至剩余約1200 mm時，停機將導引頭裝入露在進料側的鋼管孔內，然后將另一根鋼管推入支撐架，將鋼管的一端套入導引頭，開動游動小車頂起鋼管并推動鋼管前進，就可以繼續進行車削。直到將導引頭頂出卡盤后，停止游動小車，取下導引頭，此時第一根鋼管被完全切完，開動游動小車推動鋼管，進行第二根鋼管的切削。采用此方法進行鋼管加工，鋼管剩余料一般為30～60mm（根據不同長度的托輥而不同），已沒有加工價值，剩余材料全部為廢料。

3 結語

通過對QGE-16×220型鋼管自動切斷倒角機工藝改進取得了顯著效果。該機工效提高了近71%，整條皮帶機托輥生產線效率提高達42%以上，使托輥生產線的效能得到了充分地發揮。按整條生產線的效率計算（每月按21日、每班按8h計算），每年可增產約35000支托輥，增加收入約200萬元。另外，工藝改進后解決了托輥鋼管切斷剩余短料再利用問題及大管徑材料無法加工而造成浪費的困難，還為節省行車使用時間約300h/年，既提高了行車的使用壽命，也降低了設備的維護費用。鋼管自動切斷倒角機加工中對工效提升及余料利用技術具有廣泛的推廣應用價值。

參考文獻

[1] 肖繼德，陳寧平.機床夾具設計[M].2版.北京：機械工業出版社，2013.

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