CN102581619A - 一种用于大口径、大壁厚、高钢级钢管端面的加工设备 - Google Patents

Abstract

一种用于大口径、大壁厚、高钢级钢管端面的加工设备，包括固定底座、移动底座、中心齿轮传动支撑装置、专用动力头和进给机构，中心轮传动支撑装置固定于移动底座上，专用动力头包括龙门机架、大盘、大盘支撑定位机构、大盘旋转传动机构、刀盘机构和两套刀盘传动随动齿轮机构，刀盘机构包括倒棱刀盘机构和铣平面刀盘机构，在倒棱刀盘机构的上方设有仿行机构。本发明的优点是：该设备采用自传加公转的方式，一次加工可实现对钢管壁的外棱倒角及端面加工；该设备与上料装置及夹紧装置等组成钢管自动精整加工生产线，使加工钢管范围大大提高，可满足石油等行业对大口径、大壁厚、高钢级钢管的加工要求；设备运行稳定，加工能力大、质量好、效率高。

Description

一种用于大口径、大壁厚、高钢级钢管端面的加工设备

【技术领域】

本发明属于钢管精加工设备技术领域，特别是一种用于大口径、大壁厚、高钢级钢管端面的加工设备。

【背景技术】

钢管生产中端面加工通常是指铣头倒棱加工，高标准钢管均需进行此项加工，特别是用于石油领域、水煤气输送领域等，所采用的钢管必须要求铣头倒棱加工，且加工后的质量必须满足相应标准。近年来，随着我国基础建设如西气东输、南水北调等工程的实施，市场对高品质钢管的需求量越来越大，随着大油田、天然气田的开发，国际间的能源开发合作，以及能源输入和输出的不断增加，都需要各种优质的钢管做支撑。因此结合我国经济发展的需求，尽快开发研制出钢管新型厚壁钢管铣头倒棱机非常重要。

厚壁钢管铣头倒棱机设备属于一种专用机床设备，主要用于对钢管进行管端倒坡口、平端面、去毛刺加工。目前市场上常用的平头倒棱的方法是：钢管夹紧固定，电机传动刀盘主轴，在刀盘上与钢管直径相应的位置上装有2-4把刀头，通过刀盘旋转使刀头相对钢管运动，加上使刀盘向钢管方向的进给运动，实现对钢管的端面的铣削加工。这种工作方式仅适合管径、壁厚较小的钢管，且加工质量差、效率低，设备稳定性差，特别是当钢管厚壁达到一定程度后很难进行加工。

【发明内容】

本发明是针对上述钢管端面加工存在的问题，提供一种用于大口径、大壁厚、高钢级钢管端面的加工设备，该设备具有对钢管口径、壁厚适应力强，加工质量好，加工效率高，自动化程度高等特点，为高质量钢管的精加工提供了一种实用、高效专用设备。

本发明的技术方案：

一种用于大口径、大壁厚、高钢级钢管端面的加工设备，包括固定底座、移动底座、中心齿轮传动支撑装置、专用动力头和进给机构，固定底座为钢板焊接板型结构，下表面安装在基础上，上表面安装有两根直线导轨；移动底座为钢板焊接板型结构，下表面安装有滑块并与固定底座的直线导轨形成滑动配合；中心轮传动支撑装置包括传动机构、中心齿轮和支承座，传动机构和中心齿轮分别悬臂安装在支承座的两端，传动机构由电机和减速机组成，减速机输出轴直接与中心齿轮的主轴相连，中心齿轮的主轴通过两个轴承安装在支承座内，中心轮传动支撑装置固定于移动底座的上表面；专用动力头包括龙门机架、大盘、大盘支撑定位机构、大盘旋转传动机构、刀盘机构和刀盘传动随动齿轮机构，专用动力头固定于移动底座的上表面，龙门机架为焊接式龙门结构，垂直放置，其底面通过螺栓固定在在移动底座上，大盘为圆桶形结构，桶底垂直安装，在圆筒的外圆周上有环形导轨和外齿圈，大盘支撑定位机构由四点径向滚轮支撑装置和四点侧向定位滚轮支撑装置组成并分别安装在龙门机架内侧，支撑大盘定位于龙门机架上并绕大盘中心旋转，大盘旋转传动机构由伺服电机、减速机和小齿轮构成，伺服电机与减速机直连，小齿轮直接安装在减速机的输出轴上并与大盘上的外齿圈啮合，大盘旋转传动机构通过减速机底座安装于龙门机架上角，刀盘机构包括倒棱刀盘机构和铣平面刀盘机构并固定在大盘底面上且呈180度布置，两个刀盘机构分别通过底板与大盘平面构成移动配合，由丝杠带动底板沿大盘径向移动并实现刀盘公转半径调整，倒棱刀盘机构为可调角度的标准动力头，其倒棱角度调节范围为0-45°，在倒棱刀盘机构的上方设有仿行机构，倒棱刀盘机构及仿行机构均安装在过渡板上，过渡板通过两条导轨安装在底板上，在两板之间设有带阻尼的弹簧装置及定位装置，仿行机构由仿行臂、滚轮、连杆及调节丝杠组成，共有8个连杆，其中4个连杆一端通过销轴铰接在仿行臂上，另外4个连杆的一端与支承滚轮的销轴铰接，连杆中间通过销轴两两铰接构成相互平行的两套菱形机构，调节丝杠装配在连杆中间销轴上，滚轮压在钢管外壁上并随钢管外径的变化移动，铣平面刀盘机构由主轴、轴承、外套、内套及丝杠组成，主轴通过轴承支撑在内套中，内套位于外套内并构成滑动配合，主轴通过滑键与刀盘传动随动齿轮机构的输出轴连接，内套和外套通过丝杠实现平面刀盘位置调整，刀盘传动随动齿轮机构由固定支架、固定支架轴、悬臂齿轮、固定齿轮、移动支架、移动支架轴、随动齿轮、过渡齿轮、心轴和连杆组成，固定支架固定在大盘底面内侧，固定支架轴通过轴承装配在固定支架内，固定支架轴上分别装配有悬臂齿轮和固定齿轮，悬臂齿轮在固定支架的外端，悬臂齿轮与中心轮传动支撑装置的中心齿轮啮合，在大盘旋转时悬臂齿轮绕中心齿轮转动并使刀盘在公转的同时实现自传，移动支架与刀盘机构的底板固定，移动支架内装有移动支架轴和随动齿轮，在固定支架和移动支架之间设有过渡齿轮和心轴，固定过渡齿轮的心轴和两个支架由连杆形成可旋转连接，悬臂齿轮、固定齿轮、随动齿轮和过渡齿轮依次啮合并将动力和运动传递给刀盘，刀盘位置移动时移动支架内的随动齿轮绕过渡齿轮和固定支架内的悬臂齿轮、固定齿轮摆动，刀盘传动随动齿轮机构设有两套，分别通过传动轴与倒棱刀盘机构和铣平面刀盘机构连接；进给机构由驱动电机、减速机、滚珠丝杠、滚珠丝杠支座、丝杠螺母和丝杠螺母支座组成，驱动电机与减速机直连，滚珠丝杠通过轴承装配在滚珠丝杠支座内，减速机和滚珠丝杠支座通过螺栓固定在固定底座上，丝杠螺母与滚珠丝杠匹配，丝杠螺母与丝杠螺母支座固定，丝杠螺母支座固定于移动底座的上表面。

本发明的工作原理：

根据所要加工钢管直径和需要倒棱的角度，调整刀盘机构的位置以及倒棱刀盘的角度，同时调整平面刀盘的长度位置，调整倒棱刀盘位置时注意应使仿行机构的定位辊能够压在钢管外壁上，且有一定压紧余量。通过设定工作参数：刀盘进给参数包括快进距离、快进速度、工进距离、工进速度、大盘旋转速度、刀盘转速等，启动机器，当检测到钢管到位并夹紧后，开始按照设定的参数进行进给，达到工进位置时，仿行定位辊开始压在钢管外壁上，刀盘公转时仿行定位辊与其一起公转，如出现钢管外径变化时，通过仿行机构的作用，倒棱刀盘机构位置随钢管直径变化，形成仿行效果，从而使钢管倒棱加工符合相应标准。

刀盘转动速度与两个传动都有关，在结构参数确定后，大盘旋转速度取决于钢管直径及钢管壁厚和材质，刀盘转速由加工参数决定，而大盘旋转所带动的刀盘旋转不一定满足这个要求，因此设计有中心齿轮的传动装置，由大盘和中心齿轮传动的叠加满足刀盘转速要求。

进给机构的伺服电机通过减速机带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠在滚珠丝杠支座的作用下只转动不作轴向移动，而丝杠螺母在滚珠丝杠的作用下只作轴向移动不转动，从而推动移动底座运动并实现两刀盘机构的同时进给。

本发明的优势和积极效果：

该设备采用自传加公转的运动方式，使得加工刀盘在自传的同时，沿钢管直径旋转，而且同时安装两把刀，分别进行铣端面和倒外棱工作，一次加工可实现对钢管壁的外棱倒角及端面加工；该设备与上料装置及夹紧装置等组成钢管自动精整加工生产线，使加工钢管范围大大提高，几乎可涵盖目前可生产的所有钢管，满足石油等行业对钢管的加工要求；特别是钢管壁厚可达到80mm，且拓展空间很大，解决了大口径、大壁厚、高钢级钢管的精整加工问题，且设备运行稳定，加工能力大、质量好、效率高。

【附图说明】

图1为该加工设备主视结构示意图。

图2为该加工设备右视结构示意图。

图3为专用动力头主视结构放大示意图。

图4为专用动力头俯视装配结构放大示意图。

图5为专用动力头左视装配结构放大示意图。

图6为刀盘传动随动齿轮机构剖视结构放大示意图。

图7为仿行机构主视结构放大示意图。

图8为仿行机构右视结构放大示意图。

图9为铣平面刀盘机构剖视结构放大示意图。

图中：1.固定底座  2.移动底座  3.中心齿轮传动支撑装置  4.专用动力头5.进给机构  6.直线导轨  7.滑块  8.中心齿轮  9.支承座  10.电机  11.减速机12.轴承  13.龙门机架  14.大盘  15大盘支撑定位机构  16.大盘旋转传动机构17.刀盘机构  18.刀盘传动随动齿轮机构  19.环形导轨  20.外齿圈21.四点径向滚轮支撑装置  22.四点侧向定位滚轮支撑装置  23.伺服电机24.减速机  25.小齿轮  26.倒棱刀盘机构  27.铣平面刀盘机构  28.丝杠29.仿行机构  30.过渡板  31.导轨  32.弹簧装置  33.定位装置34.仿行臂  35.滚轮  36.连杆  37.调节丝杠  38-I、II、III.销轴  39.钢管40.主轴  41.轴承  42.外套  43.内套  44.丝杠  45.固定支架46.固定支架轴  47.悬臂齿轮  48.固定齿轮  49.移动支架  50.移动支架轴51.随动齿轮  52.过渡齿轮  53.心轴  54.连杆  55.驱动电机  56.减速机57.滚珠丝杠  58.滚珠丝杠支座  59.丝杠螺母  60.丝杠螺母支座

【具体实施方式】

实施例：

一种用于大口径、大壁厚、高钢级钢管端面的加工设备，如图1、图2所示，包括固定底座1、移动底座2、中心齿轮传动支撑装置3、专用动力头4和进给机构5，

固定底座1为钢板焊接板型结构，下表面安装在基础上，上表面安装有两根直线导轨6；

移动底座2为钢板焊接板型结构，下表面安装有滑块7并与固定底座的直线导轨6形成滑动配合；

中心轮传动支撑装置3包括传动机构、中心齿轮8和支承座9，传动机构和中心齿轮8分别悬臂安装在支承座9的两端，传动机构由电机10和减速机11组成，减速机11输出轴直接与中心齿轮8的主轴相连，中心齿轮8的主轴通过两个轴承12安装在支承座9内，中心轮传动支撑装置3固定于移动底座2的上表面；

专用动力头4，如图3、4、5所示，包括龙门机架13、大盘14、大盘支撑定位机构15、大盘旋转传动机构16、刀盘机构17和刀盘传动随动齿轮机构18，专用动力头4固定于移动底座2的上表面，

龙门机架13为焊接式龙门结构，垂直放置，其底面通过螺栓固定在在移动底座2上，

大盘14为圆桶形结构，桶底垂直安装，在圆筒的外圆周上有环形导轨19和外齿圈20，

大盘支撑定位机构15由四点径向滚轮支撑装置21和四点侧向定位滚轮支撑装置22组成并分别安装在龙门机架13内侧，支撑大盘定位于龙门机架13上并绕大盘14中心旋转，

大盘旋转传动机构16由伺服电机23、减速机24和小齿轮25构成，伺服电机23与减速机24直连，小齿轮25直接安装在减速机24的输出轴上并与大盘14上的外齿圈20啮合，大盘旋转传动机构16通过减速机24底座安装于龙门机架13上角，

刀盘机构17包括倒棱刀盘机构26和铣平面刀盘机构27并固定在大盘14底面上且呈180度布置，两个刀盘机构分别通过底板与大盘14平面构成移动配合，由丝杠28带动底板沿大盘径向移动并实现刀盘公转半径调整，

倒棱刀盘机构26为可调角度的标准动力头，其倒棱角度调节范围为0-45°，在倒棱刀盘机构26的上方设有仿行机构29，倒棱刀盘机构26及仿行机构29均安装在过渡板30上，过渡板30通过两条导轨31安装在底板上，在两板之间设有带阻尼的弹簧装置32及定位装置33，仿行机构29，如图7、8所示，由仿行臂34、滚轮35、连杆36及调节丝杠37组成，共有8个连杆36，其中4个连杆一端通过销轴38-I铰接在仿行臂34上，另外4个连杆的一端通过销轴38-III与滚轮35轴铰接，连杆36中间通过销轴38-II两两铰接构成相互平行的两套菱形机构，调节丝杠37装配在连杆36中间销轴38-II上，滚轮35压在钢管39外壁上并随钢管39外径的变化移动，

铣平面刀盘机构27，如图9所示，由主轴40、轴承41、外套42、内套43及丝杠44组成，主轴40通过轴承41支撑在内套43中，内套43位于外套42内并构成滑动配合，主轴40通过滑键与刀盘传动随动齿轮机构的输出轴连接，内套43和外套42通过丝杠44实现平面刀盘位置调整，

刀盘传动随动齿轮机构18，如图6所示，由固定支架45、固定支架轴46、悬臂齿轮47、固定齿轮48、移动支架49、移动支架轴50、随动齿轮51、过渡齿轮52、心轴53和连杆54组成，固定支架45固定在大盘14底面内侧，固定支架轴46通过轴承装配在固定支架45内，固定支架轴46上分别装配有悬臂齿轮47和固定齿轮48，悬臂齿轮47在固定支架45的外端，悬臂齿轮47与中心轮传动支撑装置3的中心齿轮8啮合，在大盘14旋转时悬臂齿轮47绕中心齿轮8转动并使刀盘在公转的同时实现自传，移动支架49与刀盘机构17的底板固定，移动支架49内装有移动支架轴50和随动齿轮51，在固定支架45和移动支架49之间设有过渡齿轮52和心轴53，固定过渡齿轮52的心轴53和两个支架45、49由连杆54形成可旋转连接，悬臂齿轮47、固定齿轮48、随动齿轮51和过渡齿轮52依次啮合并将动力和运动传递给刀盘，刀盘位置移动时移动支架49内的随动齿轮51绕过渡齿轮52和固定支架45内的悬臂齿轮47、固定齿轮48摆动，刀盘传动随动齿轮机构18设有两套，分别通过传动轴与倒棱刀盘机构26和铣平面刀盘机构27连接；

进给机构5，如图1所示，由驱动电机55、减速机56、滚珠丝杠57、滚珠丝杠支座58、丝杠螺母59和丝杠螺母支座60组成，驱动电机55与减速机56直连，滚珠丝杠57通过轴承装配在滚珠丝杠支座58内，减速机56和滚珠丝杠支座58通过螺栓固定在固定底座1上，丝杠螺母59与滚珠丝杠57匹配，丝杠螺母59与丝杠螺母支座60固定，丝杠螺母支座60固定于移动底座2的上表面。

该实施例中，固定底座的长2730mm、宽2200mm、高为310mm；中心齿轮传动支撑装置的高度为1100mm；龙门机架的长2200mm、宽560mm、高为2180mm；大盘的直径为1620mm，厚度为360mm；倒棱刀盘机构的标准动力头的型号为MZ-501。

该加工设备用于加工钢管的规格：直径为Φ273-Φ710mm、臂厚≤80mm、长度6000-18000mm；加工外倒角0-45°，刀盘采用标准Φ100、10齿形式，刀盘转速范围为0-1000rpm，大盘转速范围为0-50rpm。

Claims (1)

1.一种用于大口径、大壁厚、高钢级钢管端面的加工设备，其特征在于：包括固定底座、移动底座、中心齿轮传动支撑装置、专用动力头和进给机构，固定底座为钢板焊接板型结构，下表面安装在基础上，上表面安装有两根直线导轨；移动底座为钢板焊接板型结构，下表面安装有滑块并与固定底座的直线导轨形成滑动配合；中心轮传动支撑装置包括传动机构、中心齿轮和支承座，传动机构和中心齿轮分别悬臂安装在支承座的两端，传动机构由电机和减速机组成，减速机输出轴直接与中心齿轮的主轴相连，中心齿轮的主轴通过两个轴承安装在支承座内，中心轮传动支撑装置固定于移动底座的上表面；专用动力头包括龙门机架、大盘、大盘支撑定位机构、大盘旋转传动机构、刀盘机构和刀盘传动随动齿轮机构，专用动力头固定于移动底座的上表面，龙门机架为焊接式龙门结构，垂直放置，其底面通过螺栓固定在在移动底座上，大盘为圆桶形结构，桶底垂直安装，在圆筒的外圆周上有环形导轨和外齿圈，大盘支撑定位机构由四点径向滚轮支撑装置和四点侧向定位滚轮支撑装置组成并分别安装在龙门机架内侧，支撑大盘定位于龙门机架上并绕大盘中心旋转，大盘旋转传动机构由伺服电机、减速机和小齿轮构成，伺服电机与减速机直连，小齿轮直接安装在减速机的输出轴上并与大盘上的外齿圈啮合，大盘旋转传动机构通过减速机底座安装于龙门机架上角，刀盘机构包括倒棱刀盘机构和铣平面刀盘机构并固定在大盘底面上且呈180度布置，两个刀盘机构分别通过底板与大盘平面构成移动配合，由丝杠带动底板沿大盘径向移动并实现刀盘公转半径调整，倒棱刀盘机构为可调角度的标准动力头，其倒棱角度调节范围为0-45°，在倒棱刀盘机构的上方设有仿行机构，倒棱刀盘机构及仿行机构均安装在过渡板上，过渡板通过两条导轨安装在底板上，在两板之间设有带阻尼的弹簧装置及定位装置，仿行机构由仿行臂、滚轮、连杆及调节丝杠组成，共有8个连杆，其中4个连杆一端通过销轴铰接在仿行臂上，另外4个连杆的一端与支承滚轮的销轴铰接，连杆中间通过销轴两两铰接构成相互平行的两套菱形机构，调节丝杠装配在连杆中间销轴上，滚轮压在钢管外壁上并随钢管外径的变化移动，铣平面刀盘机构由主轴、轴承、外套、内套及丝杠组成，主轴通过轴承支撑在内套中，内套位于外套内并构成滑动配合，主轴通过滑键与刀盘传动随动齿轮机构的输出轴连接，内套和外套通过丝杠实现平面刀盘位置调整，刀盘传动随动齿轮机构由固定支架、固定支架轴、悬臂齿轮、固定齿轮、移动支架、移动支架轴、随动齿轮、过渡齿轮、心轴和连杆组成，固定支架固定在大盘底面内侧，固定支架轴通过轴承装配在固定支架内，固定支架轴上分别装配有悬臂齿轮和固定齿轮，悬臂齿轮在固定支架的外端，悬臂齿轮与中心轮传动支撑装置的中心齿轮啮合，在大盘旋转时悬臂齿轮绕中心齿轮转动并使刀盘在公转的同时实现自传，移动支架与刀盘机构的底板固定，移动支架内装有移动支架轴和随动齿轮，在固定支架和移动支架之间设有过渡齿轮和心轴，固定过渡齿轮的心轴和两个支架由连杆形成可旋转连接，悬臂齿轮、固定齿轮、随动齿轮和过渡齿轮依次啮合并将动力和运动传递给刀盘，刀盘位置移动时移动支架内的随动齿轮绕过渡齿轮和固定支架内的悬臂齿轮、固定齿轮摆动，刀盘传动随动齿轮机构设有两套，分别通过传动轴与倒棱刀盘机构和铣平面刀盘机构连接；进给机构由驱动电机、减速机、滚珠丝杠、滚珠丝杠支座、丝杠螺母和丝杠螺母支座组成，驱动电机与减速机直连，滚珠丝杠通过轴承装配在滚珠丝杠支座内，减速机和滚珠丝杠支座通过螺栓固定在固定底座上，丝杠螺母与滚珠丝杠匹配，丝杠螺母与丝杠螺母支座固定，丝杠螺母支座固定于移动底座的上表面。

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