PMC Colinet車絲機旋轉刀臺結構分析與改造

邊 境，楊 權

（天津鋼管集團股份有限公司，天津300301）

0 引言

天管元通管材制品有限公司是天津鋼管集團股份有限公司旗下的一家子公司，廠區位于天津港保稅區，2007年當年建廠,其中共安裝有車絲機4臺型號RPP13-5和2臺型號為RPP7-5，車絲機供應商為PMC Colinet公司。

PMC Colinet制造的管端螺紋車絲機是專業加工石油套管和油管管端螺紋的高精度數控機床。管柱在井下要長時間承受拉伸、彎曲、內壓、外擠壓等復合載荷作用，其失效損壞事故大部分發生在螺紋接頭處，螺紋連接部位是鋼管最薄弱的環節。車絲機旋轉刀臺是加工管端螺紋最重要的部分之一，旋轉刀臺的穩定性直接影響著螺紋的錐度、中徑和密封面的精度。

1 旋轉刀臺的工作原理

旋轉刀臺所有動作均由液壓實現，并且依靠液壓驅動進行旋轉，電氣元件進行控制，機械部件進行精確定位。旋轉刀臺旋轉時，位置檢測有3個電氣位置傳感器，鎖緊檢測有1個電氣位置傳感器。

1.1 刀臺機械結構

旋轉刀臺主要由液壓馬達、定位銷、減速銷、電磁換向閥、傳感器、旋轉主軸和定位環、減速環等主要部件組成，見圖1。

1.2 旋轉刀臺的工作原理

旋轉刀臺工作需實現定位銷松開、主軸旋轉、減速銷減速以及鎖緊等動作，動作的實現由液壓控制，其液壓原理圖見圖2。

松開與旋轉：NC程序發出刀臺旋轉的代碼指令后，PLC接收到代碼指令開始執行刀臺動作，PLC輸出電磁換向閥SQL2得電，定位銷縮回液壓馬達開始旋轉。

減速銷減速：液壓馬達旋轉后，延時時間T1，電磁換向閥SQL1得電，減速銷伸出，減速銷通過與減速環的摩擦實現主軸減速。

減速與定位：減速銷伸出后，延時時間T2，電磁換向閥SQL2斷電，液壓馬達停止旋轉，此時定位銷伸出。定位銷伸出嵌入定位環鎖緊到位后，刀臺鎖緊信號被傳感器檢測到，此時電磁換向閥SQL1斷電，減速銷縮回，至此M指令通過PLC完成，刀臺完成旋轉動作。

停止狀態：電磁換向閥SQL1和電磁換向閥SQL2均斷電，定位銷伸出進行鎖緊刀臺，減速銷回退。

圖1 旋轉刀臺機械結構圖

圖2 旋轉刀臺液壓原理圖

2 刀臺旋轉不到位分析

車絲機為每天24h連續生產設備，在生產加工過程中，旋轉刀臺工位經常出現旋轉不到位的情況。該情況的發生既影響了產品質量，又限制了產量。通過反復檢查并對線下零部件進行認真分析，找出了問題所在：旋轉刀臺出現旋轉不到位是由于液壓、潤滑、工件磨損以及電氣傳感器靈敏度下降等幾方面原因。

為了不影響生產，充分利用點檢和檢修時間，對造成刀臺旋轉不到位的問題，逐項進行整改，現針對機械、電氣、液壓和加工程序及工藝方面進行分析并且給出維護方案：

2.1 機械方面

通過定期對旋轉刀臺銅套加注高負載、耐高溫的潤滑脂減小主軸和銅套的摩擦力，消除了主軸轉動過程中的卡滯現象。

（1）定期檢查液壓馬達，液壓馬達長時間高頻率使用過程中，會出現內部泄漏的情況，液壓馬達內泄會使主軸旋轉不到位，從而造成定位不精的情況。

（2）定期檢查電磁閥SQL1和SQL2，電磁閥卡頓會造成減速銷或者定位銷伸出慢，甚至造成伸出不到位的情況。

（3）定期檢查定位銷、減速銷和定位環和減速環磨損情況，長期加工過程中減速銷和減速環摩擦，定位銷和定位環摩擦經常會出現磨損起毛的現象，從而造成刀臺主軸不能旋轉到位的情況，因此建議定修期間及時更換磨損的定位環和減速環。

2.2 電氣方面

（1）通過增加延時時間T2，延緩刀臺的旋轉時間，使定位銷完全卡入定位環中。

（2）定期檢查旋轉刀臺4個傳感器的得電、斷電情況。如果出現傳感器得電延時或者不得電的現象，應及時更換傳感器。

2.3 液壓方面

液壓系統為車絲機的主要驅動系統，要降低故障率提高生產效率，就必須關注機床的液壓系統。機床在維護點檢過程中要定期檢測并且更換液壓油，確保液壓油的清潔度，目前主要鑒別液壓油是否更換的方法有：（1）手捻法：將液壓油捻在手指之間反復研磨，若感到手指之間的砂粒之類較大摩擦感，則表明潤滑油內雜質多，應更換新潤滑油。（2）油滴痕跡法：取一張干凈的白色濾試紙，滴油數滴在濾試紙上，待潤滑油滲漏后，若表面有黑色粉末，用手觸摸有阻澀感，則說明潤滑油里面雜質已很多，此時液壓油必須要更換。如果長期使用污染嚴重的液壓油，會對液壓系統造成不可逆的損壞，因此要定時檢測和更換液壓油，確保液壓系統的正常運行。

2.4 對加工程序合理調整

在車絲機旋轉刀臺車絲的加工過程中，管端在被切削時會有不同程度的彈性形變，由于鋼管的鋼級不同，有的鋼管鋼級比較高，加工程序編制中，對于車絲切削量分配問題，如車絲余量太多，造成吃刀深度太大，從而使車絲機旋轉刀臺受力過大，長期大負荷使用會造成旋轉刀臺銅套磨損加快。解決方法：根據車絲余量的大小及不同鋼級、硬度，可適當地采取將車絲由一遍改為兩遍的應對方法以降低刀臺負荷，從而延長刀臺使用壽命。

3 分析并確定備用件的修復質量

由于刀臺受力較大，且刀臺為精密設備，因此對于磨損嚴重的刀臺，一般選擇外委廠家進行專業的修復。

3.1 修復的工藝要求

（1）工件φ180 mm處（見圖1）磨損處表面，激光補焊厚度1 mm，補焊高度40 mm，硬度達到HRC55，按公差要求進行修磨。

（2）配做銅套加工完后鑲入刀臺內部，要求銅套所加工錐面與刀臺本體同心度小于0．0 2mm（材質要求為錫青銅，材料由廠家乙方提供并加工）,對銅套錐面表面進行配研，保證軸錐面與銅套錐面最小接觸面達到85%以上。

（3）工件φ180 mm（見圖1）處磨損處表面，激光補焊厚度1 mm，補焊高度45 mm，硬度達到HRC55，按公差要求進行修磨。

3.2 外委廠家修復后的刀臺處理

對于外委廠家修復回來的刀臺，在上線使用之前，應對旋轉刀臺的重復定位、鎖緊后圓周跳動和鎖緊后旋轉軸軸向竄動進行打表，打表數據留底，以此檢驗修復件的質量，保證上線備件合格。具體數值為：試驗壓力為：5．5 MPa，檢測工具為百分表、深度尺。

（1）旋轉刀臺旋轉重復定位檢測，動作順序：1#工位→2#工位→3#工位→4#工位→5#工位→1#工位，測量位置為刀座連接器與刀臺連接平面。旋轉刀臺重復定位數據見表1。

表1 旋轉刀臺重復定位數據 /0.01 mm

檢測結果：鎖緊后圓周跳動精度為0．01 mm以內。

（2）圓周方向鎖緊后圓周跳動檢測，1#工位→1#工位均為 0；2#工位→2#工位第 1、2、3 次為+0．005 mm，之后為 0 mm；3#工位→3#工位均為+0．02 mm；5#工位→5#工位均為 0；3#工位→3#工位均為-0．005 mm；按以上順序動作。

檢測結果：圓周方向鎖緊后跳動量精度在0．01 mm以內。

（3）軸向鎖緊后軸向竄動量檢測，1#工位→1#工位均為 0；2#工位→2#工位均為+0．005 mm；3#工位→3#工位為0 mm，4#工位→4#工位為0 mm，5#工位→5#工位第 1次為+0．002 mm 后均為+0．005 mm，按以上順序動作。

檢測結果：軸向鎖緊后軸向竄動量精度0．01 mm以內。

4 結論

PMC Colinet車絲機是機械、電氣、液壓相互融合的高精密機床，因此應引進新的方式和思路來對自身原有的裝置進行優化，以此來提高生產效率，減少使用和維修成本，降低設備的故障率。通過對車絲機旋轉刀臺的結構分析、技術改造與打表數據存檔，現車絲機由于旋轉刀臺問題的停機時間大幅減少，旋轉刀臺的修復質量大幅提高。