CN102672233B - 钢管内壁精整机及精整工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械加工机器，尤其是一种钢管内壁精整机。本发明提供了一种自适应不圆钢管的钢管内壁精整机，包括床身、滑板部件、动力部件、主轴以及钢管装夹机构，滑板部件安装在床身上并可沿床身做进给运动，动力部件安装在滑板部件上，主轴与动力部件相连，主轴由动力部件带动旋转，还包括镗头部件，镗头部件包括圆形的连接盘和活动盘，活动盘至少设置四个并且周向均匀设置在连接盘的圆形端面上，活动盘沿连接盘的径向活动设置，连接盘安装在主轴的末端并由主轴带动旋转，连接盘上设置有铰链结构，在活动盘周向方向上，相邻两个连接盘的铰链结构通过杆相互连接，连接盘在径向方向的外表面上设置有刀具安装孔。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械加工机器，尤其是一种钢管内壁精整机。此外，本发明还涉及一种机械加工工具，尤其是一种钢管内壁精整工具。
背景技术
在高品质钢管生产过程中，尤其是生产高品质不锈钢管中，不论采用什么生产工艺，第一步均要将坯料先进行穿孔，然后去除穿孔后的内壁缺陷，再进行下工序的生产。可以说坯料穿孔后精整的量决定了钢管的产量；穿孔后内壁缺陷清除的好坏决定了钢管的品质。初步穿孔后钢管本身有较大的直线度差（3mm/m左右），圆度误差很大（3mm左右），要想将内壁穿孔时产生的缺陷用一般的切削加工手段将钢管内壁连同缺陷深度在内均匀加工掉一层内表面，是不易实现的。目前对于坯料穿孔后精整工序都没有很好的解决办法。现在采用砂轮磨削的方式精整钢管内壁，由于无法外加磨削所需的外力，仅仅由传动轴的自重产生一个磨削外力，使加工的效率大大降低，例如目前精整内孔加工一根Φ159×6长度8米的钢管，所需时间在工作上8～10小时。在一定的产量需求下，只能采用大量增加加工精整设备的方法实现。同时当采用这种砂轮磨削的精整方式，受其结构的限制，当精整的钢管直径较小的（如﹤150㎜）时，由于传动轴太小无法传递大的磨削功率，而无法进行精整加工，直径太大时（如﹥219㎜以上）时，由于无外加磨削力，当内部缺陷严重时（如内螺旋道较深时，）其效率很低下，但这种工艺方法当钢管大小适当、内部缺陷不严重时其加工也有一定的适用性。在钢管穿孔后产生的内部缺陷有内折、内麻坑、和内螺旋道等多种多样的内部缺陷形式，在保证精整效率的前堤下，不同的精整加工方法适用于精整不同的内部缺陷。另外，一个钢管生产企业，其产品的规格和产量受市场的影响是很大的，由其在高端（如高合金管）市场上，用户更是需要内孔质量更高的成品管。用户不可能当生产不同的产品，或者生产相同的产品有不同的缺陷时配置不同的精整设备，为此钢管生产企业十分需要一种能够完成不同精整加工的设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自适应不圆钢管的钢管内壁精整机。
本发明解决其技术问题所采用的钢管内壁精整机，包括床身、滑板部件、动力部件、主轴以及钢管装夹机构，所述滑板部件安装在床身上并可沿床身做进给运动，所述动力部件安装在所述滑板部件上，所述主轴与所述动力部件相连，所述主轴由所述动力部件带动旋转，还包括镗头部件，所述镗头部件包括圆形的连接盘和活动盘，所述活动盘至少设置四个并且周向均匀设置在所述连接盘的圆形端面上，所述活动盘沿连接盘的径向活动设置，所述连接盘安装在所述主轴的末端并由所述主轴带动旋转，所述活动盘上设置有铰链结构，在连接盘周向方向上，相邻两个活动盘的铰链结构通过杆相互连接从而形成多杆铰链结构，所述活动盘在径向方向的外表面上设置有刀具安装孔。
进一步的是，还包括导向机构，所述导向机构包括支撑轴、转动安装在支撑轴上的筒体以及安装在所述筒体上的筒体组块，所述导向机构的支撑轴与所述镗头部件同轴相连，所述筒体组块至少设置三个并均匀设置在筒体的周向，所述筒体组块沿所述筒体的径向活动设置，所述筒体组块与所述筒体之间设置有弹性部件。
进一步的是，所述筒体组块上设置有轴承，所述轴承的滚动方向与所述导向机构的轴向相同。
进一步的是，所述筒体组块设置有四个，并且各个杆的长度相等。
进一步的是，所述滑板部件与所述床身通过滚动滑动复合导轨相互配合。
进一步的是，所述主轴由传动轴、万向联轴器和主轴支承机构三部分组成，所述连接盘安装在万向联轴器上。
进一步的是，所述活动盘设置有四个，所述连接盘的径向设置有T形槽，T形槽设置有四个并沿连接盘的周向均匀设置，所述活动盘上设置有与所述T形槽相匹配的T形结构，所述活动盘上的T形结构滑动配合安装在T形槽上。
进一步的是，所述动力部件包括变频电机和与变频电机相连的高精度减速机，所述变频电机采用转速闭环控制方法控制，高精度减速机带动主轴旋转。
此外，本发明所要另一个要解决的技术问题是提供一种自适应不圆钢管的钢管内壁精整工具。
本发明解决其技术问题所采用的钢管内壁精整工具，包括镗头部件，所述镗头部件包括圆形的连接盘和活动盘，所述活动盘至少设置四个并且周向均匀设置在所述连接盘的圆形端面上，所述活动盘可沿连接盘的径向运动，所述连接盘上设置有主轴连接端，所述活动盘上设置有铰链结构，在连接盘周向方向上，相邻两个活动盘的铰链结构通过杆相互连接从而形成多杆铰链结构，所述活动盘在径向方向的外表面上设置有刀具安装孔。
进一步的是，还包括导向机构，所述导向机构包括支撑轴、转动安装在支撑轴上的筒体以及安装在所述筒体上的筒体组块，所述导向机构的支撑轴与所述镗头部件同轴相连，所述筒体组块至少设置三个并均匀设置在筒体的周向，所述筒体组块沿所述筒体的径向活动设置，所述筒体组块与所述筒体之间设置有弹性部件。
本发明的有益效果是：由于活动盘是沿连接盘的径向活动设置，并且连接盘上设置有相互连接的铰链结构，因此各连接盘实际上形成了多连杆铰链结构，加工椭圆孔，当动力传动连接盘从而带动活动盘组块上的刀具进行切屑时，椭圆的短轴加工的力比长轴的力大，这时短轴的活动盘组块向轴线运动，通过铰链将长轴上的活动盘组块推离轴线；这就使此切屑机构具备自适应镗削加工不圆孔的能力，而且这种镗削的精整方法相对于磨削的精整方法就极大的增加了加工速度，提高了生产效率。在镗头部件上还可以安装导向机构，导向机构的筒体组块在筒体中可以径向移动，并通过蝶形弹簧在已加工的管内壁施加一径向力；这就使加工的轴线同已加工的孔的轴线保持一致，同时当已加工的孔不圆时可以压缩弹簧使筒体组块通过，整个机构具完成导向由能适应已加工的不圆孔。滑板部件移动导轨采用滚动滑动复合导轨，即由滚动导轨支承承担重力，倾翻力由滑动导轨承担。这种导轨型式，一方面在进行低速切削时由于动静摩擦系数差小可以保证运动不爬行，同时在较大切削状况下，由于机构的振动频率低不会引起切削时的共振，从而改善切削的质量。
附图说明
图1是钢管内壁精整工具的结构示意图；
图2是钢管内壁精整工具的主视图；
图3是图2的A-A线剖视图；
图4是图2的B-B线剖视图；
图5是钢管内壁精整机的结构示意图；
图中零部件、部位及编号：镗头部件1、导向机构2、主轴3、万向联轴器4、动力部件5、滑板部件6、床身7、钢管装夹机构8、连接盘11、活动盘12、刀具安装孔13、T形槽14、T形结构15、铰链结构16、杆17、筒体21、筒体组块22、轴承23、弹性部件24、支撑轴25。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图5所示，本发明的钢管内壁精整机包括床身7、滑板部件6、动力部件5、主轴3以及钢管装夹机构8，所述滑板部件6安装在床身7上并可沿床身7做进给运动，所述动力部件5安装在所述滑板部件6上，所述主轴3与所述动力部件5相连，所述主轴3由所述动力部件5带动旋转，还包括镗头部件1，所述镗头部件1包括圆形的连接盘11和活动盘12，所述活动盘12至少设置四个并且周向均匀设置在所述连接盘11的圆形端面上，所述活动盘12可沿连接盘11的径向运动，所述连接盘11安装在所述主轴3的末端并由所述主轴3带动旋转，所述活动盘12上设置有铰链结构16，在连接盘11周向方向上，相邻两个活动盘12的铰链结构16通过杆17相互连接从而形成多杆铰链结构，所述活动盘12在径向方向的外表面上设置有刀具安装孔13。滑板部件6一般通过导轨安装在床身7上，从而完成进给运动，进给运动的动力源为安装在滑板部件6上的伺服电机，配有高精度的传动齿轮，以保证大的调整范围，从而提高切削的效率。主轴3设置在滑板部件6上，其本身由动力部件5带动旋转，再由滑板部件6的进给运动实现进给。参见图4所示，活动盘12上设置有铰链结构16，即活动盘12之间形成了多杆铰链结构，以四块活动盘12为例，四块活动盘12之间的连接就可以简化为四杆铰链结构，活动盘12本身是作为铰链，活动盘12本身只能沿连接盘11的径向运动，即活动盘12为滑块结构，因此，在挤压对角的两个活动盘12时，另外两个活动盘12必然向外扩张。同样，对于多于四个活动盘12，单数的活动盘12相互之间的运动并不对称，因此可用于具有不规则内壁的钢管；而偶数的活动盘12具有对称的运动，且刀具数量较多，能加工规则内壁的钢管，精度较高。本发明不仅针对穿孔后的毛管的内部缺陷处理，还能用于成品管，进一步的修正内表面从而提高成品管的品质。
下面结合附图介绍本发明的工作过程，本发明在工作过程中是采用拉镗方式，在精整不圆度较高的钢管时，首先将钢管安装到钢管装夹机构8上，将镗头部件1穿过钢管，此时再在活动盘12的刀具安装孔13上安装刀具，最好是一个活动盘12安装一个刀具，保证刀具在周向方向上均匀分布，并且所有刀具的刀尖调整在一个圆周上，刀具的调节采用常规的螺旋弹簧结构即可。此时开动动力部件5，利用滑板部件6逐渐向后进给，实现拉镗加工，此时钢管的内壁被刀具切削，而非传统的磨削，镗头部件1可以一次加工钢管内壁的周向表面，这就极大的提高了精整的效率。在遇到钢管中的不圆段时，例如椭圆形，当动力传动连接盘11从而带动活动盘12上的刀具进行切屑时，椭圆的短轴加工的力比长轴的力大，这时短轴的活动盘12向转轴线运动，通过多杆铰链机构将长轴上的活动盘12推离轴线；这就使此切屑机构具备自适应镗削加工不圆孔的能力。这对于不圆钢管来说，所有的内表面都得到了精整，就不会出现同一圆周上直径较大的内表面得不到精整的情况。在精整的过程中，既具有镗削加工的效率，又能顺利的精整到所有内表面。
为了适应直线度较差的钢管，如图3所示，在上述结构的基础上还包括导向机构2，所述导向机构2包括支撑轴25、转动安装在支撑轴25上的筒体21以及安装在所述筒体21上的筒体组块22，所述导向机构2的支撑轴25与所述镗头部件1同轴相连，所述筒体组块22至少设置三个并均匀设置在筒体21的周向，所述筒体组块22沿所述筒体21的径向活动设置，所述筒体组块22与所述筒体21之间设置有弹性部件24。筒体21需与支撑轴25同轴，同时需与镗头部件1同轴，以实现其导向的功能。筒体21一般通过轴承可转动的安装到支撑轴25上，然后支撑轴25再与镗头部件1同轴相连。在加工方向上，导向机构2连接在镗头部件1之后。筒体组块22上最好设置滚动元件，如轴承之类的，滚动的方向与进给方向相同，这样在精整加工的时候能够减少阻力，避免对精整加工造成影响。导向机构2是通过如下方式实现导向的，在精整加工中，镗头部件1首先精整加工出一段钢管内壁，此时继续前进，导向机构2就进入了刚加工完的一段钢管内壁，导向机构2中的弹性部件24处于压缩状态，使得筒体组块22对已加工的钢管内壁施加一径向力，而多个筒体组块22是周向均匀设置的，即此时径向力会使导向机构2的轴线与已加工钢管内壁的轴线一致，这样镗头部件1的轴线就与已加工钢管内壁的轴线达到一致，这样新加工出的一段钢管内壁的轴线就能保持与前面的钢管内壁轴线一致，从而完成导向。最终精整出的钢管直线度就得到提高。
具体的，如图3所示，所述筒体组块22上设置有轴承23，所述轴承23的滚动方向与所述导向机构2的轴向相同。导向机构2本身需同镗头部件1一同在轴线方向运动，因此，设置轴承23可以减少导向机构2产生的摩擦力，避免对运动造成影响。同时，所述筒体组块22设置有四个，以此均匀的定位钢管内壁的四个方向。
为了便于安装连接，如图1和图2所示，所述主轴3由传动轴、万向联轴器4和主轴支承机构三部分组成，所述连接盘11安装在万向联轴器4上。万向联轴器4利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。万向联轴器4最大的特点是具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。
具体的，如图2所示，所述活动盘12设置有四个，并且各个杆17的长度相等，所述连接盘11的径向设置有T形槽14，T形槽14设置有四个并沿连接盘11的周向均匀设置，所述活动盘12上设置有与所述T形槽14相匹配的T形结构15，所述活动盘12上的T形结构15滑动配合安装在T形槽14上。T形槽14和T形结构15的配合可以防止活动盘12在轴向方向运动，其仅能在径向方向运动，满足镗头部件1自适应切削的需要。
具体的，所述动力部件5包括变频电机和与变频电机相连的高精度减速机，所述变频电机采用转速闭环控制方法控制，高精度减速机带动主轴3旋转。电机控制采用转速闭环控制，以保证在切削时产生很硬的机械特性，保证加工质量。同时闭环控制具有起动和停止时间短的能力可以减少辅助时间，从面提高加工效率。
本发明的钢管内壁精整工具包括镗头部件1，所述镗头部件1包括圆形的连接盘11和活动盘12，所述活动盘12至少设置四个并且周向均匀设置在所述连接盘11的圆形端面上，所述活动盘12可沿连接盘11的径向运动，所述连接盘11上设置有主轴连接端，所述连接盘11上设置有铰链结构16，在活动盘12周向方向上，相邻两个连接盘11的铰链结构16通过杆17相互连接从而形成多杆铰链结构，所述连接盘11在径向方向的外表面上设置有刀具安装孔13。本钢管内壁精整工具可以适应各种规格的钢管，只需设计出不同规格的钢管内壁精整工具即可。
在实际的生产过程中，由于本发明的钢管内壁精整工具具有相对较复杂的结构，对于精整直径较小的钢管，钢管内壁精整工具本身就需要加工到足够小，这就导致钢管内壁精整工具的精细度和成本极大的提高，并且这类小口径的钢管所需的主轴3太小，导致传递的功率有限，这就导致了本钢管内壁精整工具在加工口径较小钢管时的局限性。
针对小口径的钢管精整，可以采用以下结构实现，其包括床身7、钢管装夹机构8、牵引绳、磨带以及磨带支撑结构，钢管装夹机构8上设置有传动结构从而使钢管在夹持到钢管装夹结构上后可随传动结构作旋转运动，及钢管装夹机构8连接安装有动力驱动装置，如电机、液压马达之类的，利用动力驱动装置带动传动结构转动，从而带动钢管转动。磨带套设在磨带支撑结构上，磨带通常采用圆形的筒状，磨带支撑结构一般采用可膨胀结构，即在讲磨带安装到磨带支撑结构上后，利用膨胀的功能调节磨带呈圆形，并使磨带的直径与需加工的钢管内径相匹配。牵引绳从两端传入钢管中并分别于磨带支撑结构的两端相连接，牵引绳与动力装置相连接。其工作模式如下：在加工口径较小的钢管时，首先将磨带套设在磨带支撑结构上，调节磨带的直径与钢管的内径相匹配，然后将牵引绳穿过钢管与磨带支撑结构的一端相连，未穿钢管的另一端与磨带支撑结构的另一端相连，由此形成一个封闭的环形，此时利用动力驱动装置使得钢管旋转，此时利用动力装置控制磨带前进和后退，利用相对运动精整钢管的内壁。由于此种方法不需利用主轴1，因此可适应直径较小的钢管，其在磨削的时候也能一次磨到整个周向局部内壁，从而其效率介于镗削和传动的磨削之间。
本钢管内壁精整机中的床身7、滑板部件6、动力部件5、主轴3以及钢管装夹机构8均可用于传动的砂轮磨削的方式精整钢管内壁，即可将砂轮安装到主轴3上进行传统方式的精整内壁。即本钢管内壁精整机上的镗头部件1是可拆下，采用其它加工工具替换，例如传统的砂轮。
Claims (10)
1.钢管内壁精整机，包括床身(7)、滑板部件(6)、动力部件(5)、主轴(3)以及钢管装夹机构(8)，所述滑板部件(6)安装在床身(7)上并可沿床身(7)做进给运动，所述动力部件(5)安装在所述滑板部件(6)上，所述主轴(3)与所述动力部件(5)相连，所述主轴(3)由所述动力部件(5)带动旋转，其特征在于：还包括镗头部件(1)，所述镗头部件(1)包括圆形的连接盘(11)和活动盘(12)，所述活动盘(12)至少设置四个并且周向均匀设置在所述连接盘(11)的圆形端面上，所述活动盘(12)沿连接盘(11)的径向活动设置，所述连接盘(11)安装在所述主轴(3)的末端并由所述主轴(3)带动旋转，所述活动盘(12)上设置有铰链结构(16)；在连接盘(11)周向方向上，相邻两个活动盘(12)的铰链结构(16)通过杆(17)相互连接从而形成多杆铰链结构，所述活动盘(12)在周向外表面上设置有刀具安装孔(13)。
2.如权利要求1所述的钢管内壁精整机，其特征在于：还包括导向机构(2)，所述导向机构(2)包括支撑轴(25)、转动安装在支撑轴(25)上的筒体(21)以及安装在所述筒体(21)上的筒体组块(22)，所述导向机构(2)的支撑轴(25)与所述镗头部件(1)同轴相连，所述筒体组块(22)至少设置三个并均匀设置在筒体(21)的周向，所述筒体组块(22)沿所述筒体(21)的径向活动设置，所述筒体组块(22)与所述筒体(21)之间设置有弹性部件(24)。
3.如权利要求2所述的钢管内壁精整机，其特征在于：所述筒体组块(22)上设置有轴承(23)，所述轴承(23)的滚动方向与所述导向机构(2)的轴向相同。
4.如权利要求2所述的钢管内壁精整机，其特征在于：所述筒体组块(22)设置有四个，并且各个杆(17)的长度相等。
5.如权利要求2所述的钢管内壁精整机，其特征在于：所述滑板部件(6)与所述床身(7)通过滚动滑动复合导轨相互配合。
6.如权利要求1所述的钢管内壁精整机，其特征在于：所述主轴(3)由传动轴、万向联轴器(4)和主轴支承机构三部分组成，所述连接盘(11)安装在万向联轴器(4)上。
7.如权利要求1所述的钢管内壁精整机，其特征在于：所述活动盘(12)设置有四个，所述连接盘(11)的径向设置有T形槽(14)，T形槽(14)设置有四个并沿连接盘(11)的周向均匀设置，所述活动盘(12)上设置有与所述T形槽(14)相匹配的T形结构(15)，所述活动盘(12)上的T形结构(15)滑动配合安装在T形槽(14)上。
8.如权利要求1至7任一权利要求所述的钢管内壁精整机，其特征在于：所述动力部件(5)包括变频电机和与变频电机相连的高精度减速机，所述变频电机采用转速闭环控制方法控制，高精度减速机带动主轴(3)旋转。
9.钢管内壁精整工具，其特征在于：包括镗头部件(1)，所述镗头部件(1)包括圆形的连接盘(11)和活动盘(12)，所述活动盘(12)至少设置四个并且周向均匀设置在所述连接盘(11)的圆形端面上，所述活动盘(12)可沿连接盘(11)的径向运动，所述连接盘(11)上设置有主轴连接端，所述活动盘(12)上设置有铰链结构(16)；在连接盘(11)周向方向上，相邻两个活动盘(12)的铰链结构(16)通过杆(17)相互连接从而形成多杆铰链结构，所述活动盘(12)在周向外表面上设置有刀具安装孔(13)。
10.如权利要求9所述的钢管内壁精整工具，其特征在于：还包括导向机构(2)，所述导向机构(2)包括支撑轴(25)、转动安装在支撑轴(25)上的筒体(21)以及安装在所述筒体(21)上的筒体组块(22)，所述导向机构(2)的支撑轴(25)与所述镗头部件(1)同轴相连，所述筒体组块(22)至少设置三个并均匀设置在筒体(21)的周向，所述筒体组块(22)沿所述筒体(21)的径向活动设置，所述筒体组块(22)与所述筒体(21)之间设置有弹性部件(24)。
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- 2012-05-25 CN CN201210166776.1A patent/CN102672233B/zh not_active Expired - Fee Related
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