管螺紋加工機(jī)床的研制

張洋

摘要：管螺紋加工機(jī)床不同于通用機(jī)床是一種加工管螺紋的專用高效的機(jī)床。因其具有高切削效率、高自動(dòng)化和高加工精度的特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于石油和天然氣行業(yè)專用零部件加工。進(jìn)口管螺紋機(jī)床相比國(guó)內(nèi)管螺紋機(jī)床在加工直徑上還有一定的優(yōu)勢(shì)，本文通過(guò)大直徑管螺紋機(jī)床進(jìn)行研究，提出大直徑管螺紋加工機(jī)床的總體方案和夾具方案，為彌補(bǔ)國(guó)產(chǎn)機(jī)床在加工直徑上的不足具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：管螺紋機(jī)床；夾具設(shè)計(jì)

1.管螺紋加工機(jī)床的現(xiàn)狀

螺紋管主要以美國(guó)石油學(xué)會(huì)的API標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。加工API標(biāo)準(zhǔn)的油井管管螺紋需要進(jìn)行的車削外圓、車削螺紋、平端面、倒內(nèi)外棱等工序。因此加工API標(biāo)準(zhǔn)的管螺紋不需要復(fù)雜的加工方法和工序，但是要求其具有較高的切削效率。為保證機(jī)床的高效性，現(xiàn)代高效的管螺紋加工機(jī)床主要具有以下特征：

①多刀架，多刀位、多軸控制；②自動(dòng)快速上卸料，快速定位；③高速和強(qiáng)力切削；④具有加工特殊螺紋的可能。

圖1.1為沈陽(yáng)機(jī)床廠生產(chǎn)的SUC813Oa數(shù)控管接箍加工機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高剛度、大功率石油控管的加工，該機(jī)床的主要參數(shù)：加工管接箍最大直徑為365mm-535mm，卡盤直徑為500mm-630mm，刀Z軸的最大行程均為600mm。該機(jī)床的研制成功實(shí)，使我國(guó)管螺紋加工設(shè)備提高到一個(gè)新的水平。

2.管螺紋加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)床工作原理與需求

在機(jī)床設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮的基本功能需求內(nèi)容如下：①工藝可能性：本機(jī)床是專用于加工API標(biāo)準(zhǔn)管接箍螺紋的機(jī)床，應(yīng)能加工不同尺寸的API螺紋以及同一螺紋不同厚度API螺紋的切制；②加工精度：根據(jù)工藝要求進(jìn)行加工的零件，在加工結(jié)束后其尺寸、形狀和相互位置等方面應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的要求；③生產(chǎn)效率：機(jī)床采用能夠自動(dòng)換刀的刀架，所有進(jìn)給機(jī)構(gòu)均采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)采用電主軸，夾緊裝置采用電磁吸盤來(lái)提高其生產(chǎn)效率；④自動(dòng)化程度：本設(shè)計(jì)采用外購(gòu)自動(dòng)循環(huán)上料裝置，來(lái)達(dá)到提高生產(chǎn)效率、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的需求；⑤結(jié)構(gòu)制造維修：管螺紋機(jī)床部件應(yīng)便于加工，其結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮降低裝配和維修的難度。⑥操作安全方便和工作可靠性：操作上應(yīng)根據(jù)人工程學(xué)的要求，符合操作習(xí)慣，降低操作人員的疲勞度。應(yīng)設(shè)有完備安全防護(hù)，保障操作人員的安全。

根據(jù)API接箍管螺紋的加工工序后，結(jié)機(jī)床的功能要求，擬定了機(jī)床的工作原理，

電主軸提供主動(dòng)力，通過(guò)齒輪減速傳遞給夾具，夾具帶動(dòng)工件完成旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)提供刀架的進(jìn)給，刀架自身提供旋轉(zhuǎn)換刀功能。自動(dòng)送料機(jī)械手完成工件的自動(dòng)裝卸。

2.2 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)

管螺紋加工機(jī)床結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)元件、工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制裝置系統(tǒng)組成。根據(jù)管螺紋加工機(jī)床的功能需求和工作原理，設(shè)計(jì)的管螺紋加工機(jī)床總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。其特征為采用分離式45°斜床身；驅(qū)動(dòng)上采用電主軸；進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置均采用直線電機(jī)；采用電磁夾緊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓及氣動(dòng)夾緊。

3.管螺紋加工機(jī)床漲緊夾具的設(shè)計(jì)

管螺紋加工機(jī)床上加工工件時(shí)，為使工件達(dá)到圖紙精度等技術(shù)要求，加工前必須將工件裝好、夾牢，即需要定位和夾緊工件，因此一款符合要求的漲緊夾具才能保證機(jī)床的加工精度。

3.1 夾具設(shè)計(jì)方案的確定

管螺紋加工機(jī)床要加工的工件最大外徑值為365mm的圓筒類零件，加工其內(nèi)孔，采用圓孔定位。在車削加工中，石油管屬于薄壁管螺紋，裝夾方式不正確極易導(dǎo)致工件變形，影響加工精度。而傳統(tǒng)手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)存在效率低的不足，液壓卡盤雖然可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊及松開(kāi)零件，但又進(jìn)一步加大了夾具所占據(jù)的空間。

本文為管螺紋加工機(jī)床設(shè)計(jì)一套專用夾具，實(shí)現(xiàn)大直徑薄壁零件的自動(dòng)、高效、小變形裝夾；同時(shí)去掉了由于零件自身尺寸而需要的大尺寸三爪卡盤，提高了機(jī)床的整體協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟(jì)性。夾具的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。

將定位板12插入夾具體5的方孔中；將定位板固定后再將工件11放入夾具體內(nèi)，以定位板進(jìn)行軸向定位；電磁吸盤1通電后，產(chǎn)生的吸力將繞盤組件2向左拉，進(jìn)而拉動(dòng)拉桿4，以及與拉桿4連接的拉板6向左移動(dòng)，拉板6通過(guò)與其相連的導(dǎo)桿8帶動(dòng)壓板10左移，進(jìn)而壓縮聚氨酷橡膠7，聚氨酷橡膠7發(fā)生徑向彈性變形，產(chǎn)生徑向作用力，當(dāng)工件、聚氨酷橡膠兩者之間的徑向作用力足夠大時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力就可以克服切削力，完成工件螺紋加工工序。工件加工完畢，斷電，電磁吸盤吸力消失，則在繞盤壓力彈簧的作用下將拉桿4右推，帶動(dòng)夾具組件中的拉板6和壓板10向右移動(dòng)，進(jìn)而將工件松緊，方可把工件取出。

4.結(jié)論

通過(guò)管螺紋加工機(jī)床的研究，完成了管螺紋加工機(jī)床的設(shè)計(jì)布局以及最重要部件夾具的設(shè)計(jì)。分析得到了管螺紋加工機(jī)床的發(fā)展方向，設(shè)計(jì)了適合加工薄壁管螺紋的夾具，提高了機(jī)床的加工效率，通過(guò)采用電磁夾緊方式和直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)使整個(gè)機(jī)床的設(shè)計(jì)尺寸小巧緊湊；采用聚氨醋橡膠套作為夾緊元件，夾緊可靠且不易劃傷工件外表面。

參考文獻(xiàn)：

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