CN106807999B - 坡口专用机床及基于该机床的单v型管体坡口加工方法 - Google Patents

Abstract

坡口专用机床及基于该机床的单V型管体坡口加工方法，该机床包括机床底座、工作台、机床立柱和铣头，机床立柱设置在机床底座上，铣头活动的与机床立柱连接，铣头与工作台的位置对应。本发明的工艺方法可操作性强，易于实现，自动化程度高，对相关行业具有启迪作用。

Description

坡口专用机床及基于该机床的单V型管体坡口加工方法

技术领域

本发明涉及一种管道加工工艺方法，该方法利用坡口专用机床通过数控系统及机床各轴的联动完成单V型管体坡口的加工。

背景技术

目前，石油、化工、电力等行业中经常有不同直径规格的管体需要焊接，而焊接质量的高低与管体坡口的加工质量密切相关，其中单V型坡口，尤其是变角度单V型坡口的应用越来越广泛。在对管件焊接质量要求较高的情况下，传统的手动气割、靠模车削加工等方式存在加工效率低下、加工精度不足、成本较高、加工变角度坡口困难等问题，因此设计一种新的可提高坡口加工效率及精度，方便实现变（等）角度加工，提高加工成品率的工艺方法成为当务之急。

发明内容

发明目的：发明提供一种坡口专用机床及基于该机床的单V型管体坡口加工方法，其目的是解决目前存在的加工效率低下、加工精度不足、成本较高、加工变角度坡口困难等问题，该方式可提高坡口加工效率及精度、方便实现变（等）角度坡口加工，且提高加工成品率。

技术方案：发明是通过以下技术方案实现的：

坡口专用机床，其特征在于：该机床包括机床底座、工作台、机床立柱和铣头，机床立柱设置在机床底座上，铣头活动的与机床立柱连接，铣头与工作台的位置对应。

在工作台上还设置有卡盘。

机床立柱为能在机床底座上相对于工作台做前后，即X向移动的结构，铣头为能相对于机床立柱做上下即Z轴移动和自身轴向旋转的结构，工作台为能以自己的轴心转动的结构。

机床立柱的底部连接X方向的丝杠，丝杠与X轴伺服电机连接驱动，使用时通过伺服电机驱动丝杠旋转进而驱动伺服电机X方向移动；铣头通过竖向即Z向的丝杠设置在机床立柱上，Z向的丝杠连接Z轴伺服电机，使用时通过Z轴伺服电机驱动Z向的丝杠转动进而完成铣头的上下上下移。

铣头通过铣头滑板设置在Z向的丝杠上，铣头滑板为三角形结构，铣头通过摆角转轴活动的设置在铣头滑板的前端顶角位置，在铣头滑板上还设置有B轴伺服电机，B轴伺服电机连接竖向丝杠，竖向丝杠上设置有能相对于竖向丝杠做上下移动的丝母，丝母与竖向丝杠螺纹配合，丝母与导轨活动连接，导轨的一端通过转轴连接丝母，另一端套有滑块，滑块固定在摆角转轴上，即导轨的一端能以丝母上的转轴为轴转动，另一端能带动摆角转轴轴向转动，进而带动铣头在铣头滑板的前端顶角位置转动。

铣头的底部与工作台或卡盘对应的位置设置有铣刀，铣刀为能通过铣头内部的传动机构在三相异步电机带动下转动的机构，工作台通过齿轮传动机构连接C轴伺服电机，使用时利用C轴伺服电机通过齿轮传动驱动工作台转动，当工作台上设置卡盘时，卡盘与工作台联动。

基于上述的坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：该方法步骤如下：

对装夹在机床上的管体毛坯件进行端面铣削加工，该工步通过机床数控系统，控制机床X、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对管端平面的加工；

对支管进行相贯曲面铣削，该工步通过机床数控系统，控制机床Z、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对管体相贯曲面的加工；

对管体进行变（等）角度坡口铣削加工，该工步利用坡口铣削专用刀具，通过机床数控系统，控制机床X、Z、B 、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对单V型管体坡口的加工；

对管体内壁进行车削加工，该工步首先进行对刀，然后通过机床数控系统，控制机床X、C轴联动实现车刀对管体内壁的加工。

对装夹在机床上的管体毛坯件进行端面铣削加工，该工步将工件通过固定在工作台上的卡盘装夹，利用X轴伺服电机通过X方向的丝杠驱动机床立柱沿X向移动，利用C轴伺服电机通过齿轮传动驱动工作台转动进而带动工件转动，同时锥度铣刀通过铣头内部的传动机构在三相异步电机带动下转动。在数控系统的控制下通过X、C联动完成此工步；

对支管进行相贯曲面铣削，该工步将铣头进行摆角，使锥度铣刀水平， 通过B轴伺服电机带动丝杠旋转，同时使丝母上下移动，进而带动固定在丝母上的导轨上下摆动，从而最终使铣头绕前端顶角位置的摆角转轴，即前支撑进行转动；在Z轴伺服电机作用下，通过Z向丝杠机构带动铣头滑板沿Z方向上下运动，铣头滑板带动铣头运动，同时工件在C轴伺服电机作用下转动；在数控系统的控制下，再通过Z、C联动完成此工步；

对管体进行变（等）角度坡口铣削加工，该工步通过B轴伺服电机通过传动机构使铣头摆动，然后带动锥度铣刀摆动，X轴伺服电机、Z轴伺服电机、B轴伺服电机、C轴伺服电机在数控系统的控制下动作，带动机床各机构运动实现四轴的联动完成坡口的加工；

对管体内壁进行车削加工，该工步将车刀通过刀架固定在铣头上，在Z轴伺服电机作用下，通过Z向的丝杠机构带动铣头滑板沿Z方向上下运动，同时工件在C轴伺服电机作用下转动；在数控系统的控制在通过Z、C联动完成此工步。

所述的铣刀为管体坡口加工专用锥度铣刀，所述的车刀为车内圆专用车刀；所述的工件夹具为三爪卡盘或四爪工作台。

当被加工工件管体直径不足380mm时，三爪卡盘固定在工作台上用于装夹工件；当被加工工件管体直径大于380mm时，直接采用四爪工作台装夹工件。

优点效果：本发明提供一种坡口专用机床及基于该机床的单V型管体坡口加工方法，其创造性的利用坡口专用机床，在强大的数控系统及专用刀具的支撑下，提出了一种新的单V型管体坡口加工工艺方法，该方法可通过对工件的一次装夹完成铣端面、铣相贯曲面、铣变（等）角度坡口、车内壁等一系列工步，使管体毛坯迅速变为合格的产品。该工艺方法克服了目前单V型坡口加工存在的众多问题及困难，是传统铣削加工与焊接领域的一次创新性结合，具有重要的实际应用价值。

本发明的工艺方法可操作性强，易于实现，自动化程度高，对相关行业具有启迪作用。

附图说明：

图1是本发明的管体装夹及端面铣削示意图；

图2是本发明的管体相贯曲面铣削示意图；

图3是本发明的管体相贯曲面铣削完成后管体结构示意图；

图4是本发明的铣头摆角结构示意图；

图5是本发明的变（等）角度坡口铣削示意图；

图6是本发明的变（等）角度坡口铣削完成后管件结构示意图；

图7是本发明的车内壁示意图。

具体实施方式

本发明提供一种坡口专用机床，该机床包括机床底座、工作台003、机床立柱005和铣头008，机床立柱005设置在机床底座上，铣头008活动的与机床立柱005连接，铣头008与工作台003的位置对应。

在工作台003上还设置有卡盘002。

机床立柱005为能在机床底座上相对于工作台003做前后，即X向移动的结构，也就是说机床立柱005可以在图1中X向（图中的左右方向）上靠近和工作台003。

铣头008为能相对于机床立柱005做上下即Z轴移动和自身轴向旋转的结构，工作台003为能以自己的轴心转动的结构。

机床立柱005的底部连接X方向的丝杠，丝杠与X轴伺服电机004连接驱动，使用时通过伺服电机004驱动丝杠旋转进而驱动伺服电机004X方向移动；铣头008通过竖向即Z向的丝杠设置在机床立柱005上，Z向的丝杠连接Z轴伺服电机010，使用时通过Z轴伺服电机010驱动Z向的丝杠转动进而完成铣头008的上下上下移。

铣头008通过铣头滑板011设置在Z向的丝杠上，铣头滑板011为三角形结构，铣头008通过摆角转轴806活动的设置在铣头滑板011的前端顶角位置，在铣头滑板011上还设置有B轴伺服电机801，B轴伺服电机801连接竖向丝杠802，竖向丝杠802上设置有能相对于竖向丝杠802做上下移动的丝母803，丝母803与竖向丝杠802螺纹配合，丝母803与导轨804活动连接，导轨804的一端通过转轴连接丝母803，另一端套有滑块805，滑块805固定在摆角转轴806上，即导轨804的一端能以丝母803上的转轴为轴转动，另一端能带动摆角转轴806轴向转动，进而带动铣头008在铣头滑板011的前端顶角位置转动。

铣头008的底部与工作台003或卡盘002对应的位置设置有铣刀007，铣刀007为能通过铣头008内部的传动机构在三相异步电机009带动下转动的机构，工作台003通过齿轮传动机构连接C轴伺服电机006，使用时利用C轴伺服电机006通过齿轮传动驱动工作台003转动，当工作台003上设置卡盘002时，卡盘002与工作台003联动。

单V型管体坡口加工方法，其特征在于：该方法步骤如下：

对装夹在机床上的管体毛坯件进行端面铣削加工，该工步通过机床数控系统，控制机床X、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对管端平面的加工；

对支管进行相贯曲面铣削，该工步通过机床数控系统，控制机床Z、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对管体相贯曲面的加工；

对管体进行变（等）角度坡口铣削加工，该工步利用坡口铣削专用刀具，通过机床数控系统，控制机床X、Z、B 、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对单V型管体坡口的加工；

对管体内壁进行车削加工，该工步首先进行对刀，然后通过机床数控系统，控制机床X、C轴联动实现车刀对管体内壁的加工；

所述的铣刀为管体坡口加工专用锥度铣刀，所述的车刀为车内圆专用车刀。

所述的工件夹具为三爪卡盘或四爪工作台。当被加工工件管体直径不足380mm时，三爪卡盘固定在工作台上用于装夹工件；当被加工工件管体直径大于380mm时，直接采用四爪工作台装夹工件。

所述的机床X、Z轴动作是通过伺服电机带动丝杠转动实现。

所述的机床B轴动作是通过伺服电机带动丝杠转动，然后通过固定在丝螺上的导轨与固定在铣头转轴上的滑块配合实现。

所述的机床C轴动作是通过伺服电机带动一对齿轮副转动实现。

下面结合附图对本发明进行详细说明：

对装夹在机床上的管体毛坯件进行端面铣削加工，如图1所示，该工步将工件001通过固定在工作台003上的卡盘002装夹，利用X轴伺服电机004通过X方向的丝杠驱动机床立柱005沿X向移动，利用C轴伺服电机006通过齿轮传动驱动工作台003转动进而带动工件001转动，同时锥度铣刀007通过铣头008内部的传动机构在三相异步电机009带动下转动。在数控系统的控制下通过X、C联动完成此工步。

对支管进行相贯曲面铣削，如图2、4所示，该工步将铣头008进行摆角，使锥度铣刀007水平。其中铣头摆角如图4所示，B轴伺服电机801带动丝杠802旋转，同时使丝母803上下移动，进而带动固定在丝母上的导轨804上下摆动，与导轨804配合的滑块805固定在铣头008的摆角转轴806上，从而最终使铣头008绕前端顶角位置的摆角转轴806，即前支撑进行转动。由图2所示，在Z轴伺服电机010作用下，通过丝杠机构带动铣头滑板011沿Z方向上下运动，铣头滑板011带动铣头008运动，同时工件在C轴伺服电机006作用下转动。在数控系统的控制下，再通过Z、C联动完成此工步.。管体相贯曲面铣削完成后管体结构如图3所示。

对管体进行变（等）角度坡口铣削加工,如图5所示，该工步通过B轴伺服电机801通过传动机构使铣头008摆动，然后带动锥度铣刀007摆动。X轴伺服电机004、Z轴伺服电机010、B轴伺服电机801、C轴伺服电机006在数控系统的控制下动作，带动机床各机构运动实现四轴的联动完成坡口的加工。坡口铣削完成后管件结构如图6所示。

对管体内壁进行车削加工，如图7所示，该工步将车刀012通过刀架013固定在铣头008上，在Z轴伺服电机010作用下，通过Z向的丝杠机构带动铣头滑板011沿Z方向上下运动，同时工件在C轴伺服电机006作用下转动。在数控系统的控制在通过Z、C联动完成此工步。

Claims (9)

1.基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：该方法利用如下坡口专用机床实施，该机床包括机床底座、工作台（003）、机床立柱（005）和铣头（008），机床立柱（005）设置在机床底座上，铣头（008）活动的与机床立柱（005）连接，铣头（008）与工作台（003）的位置对应；

该方法步骤如下：

对装夹在机床上的管体毛坯件进行端面铣削加工，该工步通过机床数控系统，控制机床X、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对管端平面的加工；

对支管进行相贯曲面铣削，该工步通过机床数控系统，控制机床Z、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对管体相贯曲面的加工；

对管体进行变角度或等角度坡口铣削加工，该工步利用坡口铣削专用刀具，通过机床数控系统，控制机床X、Z、B 、C轴联动以及机床主轴转动实现铣刀对单V型管体坡口的加工；

对管体内壁进行车削加工，该工步首先进行对刀，然后通过机床数控系统，控制机床X、C轴联动实现车刀对管体内壁的加工。

2.根据权利要求1所述的基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：在工作台（003）上还设置有卡盘（002）。

3.根据权利要求1或2所述的基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：机床立柱（005）为能在机床底座上相对于工作台（003）做前后，即X向移动的结构，铣头（008）为能相对于机床立柱（005）做上下即Z轴移动和自身轴向旋转的结构，工作台（003）为能以自己的轴心转动的结构。

4.根据权利要求3所述的基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：机床立柱（005）的底部连接X方向的丝杠，丝杠与X轴伺服电机（004）连接驱动，使用时通过伺服电机（004）驱动丝杠旋转进而驱动丝杠沿X方向移动；铣头（008）通过竖向即Z向的丝杠设置在机床立柱（005）上，Z向的丝杠连接Z轴伺服电机（010），使用时通过Z轴伺服电机（010）驱动Z向的丝杠转动进而完成铣头（008）的上下移。

5.根据权利要求4所述的基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：铣头（008）通过铣头滑板（011）设置在Z向的丝杠上，铣头滑板（011）为三角形结构，铣头（008）通过摆角转轴（806）活动的设置在铣头滑板（011）的前端顶角位置，在铣头滑板（011）上还设置有B轴伺服电机（801），B轴伺服电机（801）连接竖向丝杠（802），竖向丝杠（802）上设置有能相对于竖向丝杠（802）做上下移动的丝母（803），丝母（803）与竖向丝杠（802）螺纹配合，丝母（803）与导轨（804）活动连接，导轨（804）的一端通过转轴连接丝母（803），另一端套有滑块（805），滑块（805）固定在摆角转轴（806）上，即导轨（804）的一端能以丝母（803）上的转轴为轴转动，另一端能带动摆角转轴（806）轴向转动，进而带动铣头（008）在铣头滑板（011）的前端顶角位置转动。

6.根据权利要求4或5所述的基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：铣头（008）的底部与工作台（003）或卡盘（002）对应的位置设置有铣刀（007），铣刀（007）为能通过铣头（008）内部的传动机构在三相异步电机（009）带动下转动的机构，工作台（003）通过齿轮传动机构连接C轴伺服电机（006），使用时利用C轴伺服电机（006）通过齿轮传动驱动工作台（003）转动，当工作台（003）上设置卡盘（002）时，卡盘（002）与工作台（003）联动。

7.根据权利要求1所述的基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：对装夹在机床上的管体毛坯件进行端面铣削加工，该工步将工件（001）通过固定在工作台（003）上的卡盘（002）装夹，利用X轴伺服电机（004）通过X方向的丝杠驱动机床立柱（005）沿X向移动，利用C轴伺服电机（006）通过齿轮传动驱动工作台（003）转动进而带动工件（001）转动，同时锥度铣刀（007）通过铣头（008）内部的传动机构在三相异步电机（009）带动下转动；在数控系统的控制下通过X、C联动完成此工步；

对支管进行相贯曲面铣削，该工步将铣头（008）进行摆角，使锥度铣刀（007）水平， 通过B轴伺服电机（801）带动丝杠（802）旋转，同时使丝母（803）上下移动，进而带动固定在丝母上的导轨（804）上下摆动，从而最终使铣头（008）绕前端顶角位置的摆角转轴（806），即前支撑进行转动；在Z轴伺服电机（010）作用下，通过Z向丝杠机构带动铣头滑板（011）沿Z方向上下运动，铣头滑板（011）带动铣头（008）运动，同时工件在C轴伺服电机（006）作用下转动；在数控系统的控制下，再通过Z、C联动完成此工步；

对管体进行变角度或等角度坡口铣削加工，该工步通过B轴伺服电机（801）通过传动机构使铣头（008）摆动，然后带动锥度铣刀（007）摆动，X轴伺服电机（004）、Z轴伺服电机（010）、B轴伺服电机（801）、C轴伺服电机（006）在数控系统的控制下动作，带动机床各机构运动实现四轴的联动完成坡口的加工；

对管体内壁进行车削加工，该工步将车刀（012）通过刀架（013）固定在铣头（008）上，在Z轴伺服电机（010）作用下，通过Z向的丝杠机构带动铣头滑板（011）沿Z方向上下运动，同时工件在C轴伺服电机（006）作用下转动；在数控系统的控制在通过Z、C联动完成此工步。

8.根据权利要求1所述的基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：所述的铣刀为管体坡口加工专用锥度铣刀，所述的车刀为车内圆专用车刀；所述的卡盘（002）为三爪卡盘或四爪工作台。

9.根据权利要求8所述的基于坡口专用机床所实施的单V型管体坡口加工方法，其特征在于：当被加工工件管体直径不足380mm时，三爪卡盘固定在工作台上用于装夹工件；当被加工工件管体直径大于380mm时，直接采用四爪工作台装夹工件。