CN111002193B - 一种大口径管材表面精加工设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种大口径管材表面精加工设备及方法，针对现有大口径管材外表面加工工艺加工精度低、自动化程度低的问题。它包括框架主体，管材驱动装置、研磨组件及研磨组件驱动装置，管材驱动装置的第一转动卡盘和第二转动卡盘分别固定于框架主体的基座和支撑架，与第二转动卡盘连接的液压油缸带动大口径管材竖向运动，与第一转动卡盘连接的第一驱动电机带动大口径管材沿轴线转动，研磨组件驱动装置的齿轮传动机构带动研磨组件转动，使得多个研磨头能够绕大口径管材圆周方向转动研磨，顶升油缸推动研磨组件竖向运动，使得多个研磨头能够沿大口径管材高度方向进行研磨，从而实现大口径管材外表面圆周方向及竖直方向的精密研磨加工。

Description

一种大口径管材表面精加工设备及方法

技术领域

本发明涉及机械加工制造技术领域，特别涉及一种大口径金属及非金属管材质量防护预处理的表面精加工设备及方法。

背景技术

大口径管材普遍应用于航空航天、工业制造、建筑工程等领域。大口径管材使用前，需要对管材内外表面进行光整加工，除去材料表面金属毛刺、金属锈迹、粗糙纹理等，以提高材料表面均匀性、光整性，最终使用各种防护剂对管材表面进行喷涂保护。特别在一些高新技术领域，如航天制造领域使用的燃油、燃气输送管道，由于管材应用环境的特殊性，不仅对管材内表面质量要求比较高，同样对管材外表面的光整度要求也比较高，管材外表面的质量状况影响它的耐腐蚀性、抗氧化性、耐疲劳性等各个方面。

目前，大口径管材表面精加工方法有数控机床铣削高精度加工技术、化学试剂酸洗抛光处理、及砂轮砂纸打磨工艺，上述方法存在以下缺点：

1、数控机床铣削高精度加工技术成本高；

2、化学试剂酸洗抛光处理方式污染严重，且化学腐蚀方法应用性比较局限，不适于非金属材料化学抛光，金属材料抛光均匀性效果一般，效率不高；

3、砂轮打磨方式精度差，材料去除量控制不准确；砂纸打磨方式加工效率低下，适用于小口径管材表面抛光，不适用于大口径管材的精加工处理。

因此，本领域技术人员亟需设计一种适用于大口径管材表面精加工的设备及方法，以解决大口径管材表面精加工所面临的技术难题。

发明内容

针对现有大口径管材外表面精加工工艺光整度加工精度低、加工效率低、自动化程度低的问题。本发明的目的是提供一种大口径管材表面精加工设备及方法，利用管材驱动装置、研磨组件、研磨组件驱动装置及控制系统的自动化配合实现大口径管材外表面圆周方向及竖直方向的精密研磨加工，自动化程度高、加工效率高、抛光精度高，且材料去除量控制精准。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大口径管材表面精加工设备，包括：

框架主体，包括基座，及平行且间隔连接于所述基座顶部的支撑架；

管材驱动装置，包括固定于所述基座的第一驱动电机、连接于所述第一驱动电机的第一转动卡盘；固定于所述支撑架的液压油缸，连接于所述液压油缸的第二转动卡盘；所述大口径管材竖向卡扣于所述第一转动卡盘和所述第二转动卡盘之间，且所述第一驱动电机、第一转动卡盘、液压油缸、第二转动卡盘和所述大口径管材同轴；

研磨组件，包括水平设置且贯穿大口径管材的底板，固接于所述底板并沿所述大口径管材轴线径向均布的多个研磨头，且所述研磨组件与所述第一转动卡盘、所述第二转动卡盘同轴；

研磨组件驱动装置，其设置于所述研磨组件底部并与其轴承连接，它包括多个顶升油缸、基板、轴承连接件及齿轮传动机构，多个所述顶升油缸竖向固定于所述基座，水平设置且贯穿所述大口径管材的基板固定于所述顶升油缸顶部，贯穿所述大口径管材的轴承连接件的一端连接于所述基板，其另一端连接于所述研磨组件的底板，设置于所述基板上的所述齿轮传动机构带动所述轴承连接件运动，进而带动所述研磨组件沿轴线绕所述大口径管材转动；

控制系统，其分别与所述第一驱动电机、所述液压油缸及所述顶升油缸信号连接。

本发明的大口径管材表面精加工设备，包括框架主体，管材驱动装置、研磨组件及研磨组件驱动装置，管材驱动装置的第一转动卡盘和第二转动卡盘分别固定于框架主体的基座和支撑架，与第二转动卡盘连接的液压油缸带动大口径管材竖向运动，使得大口径管材底部卡扣于第一转动卡盘并夹紧，与第一转动卡盘连接的第一驱动电机带动大口径管材沿轴线转动，从而配合研磨组件对大口径管材外表面进行研磨加工，研磨组件驱动装置的固定于基板的齿轮传动机构带动研磨组件转动，使得研磨组件的多个研磨头能够绕大口径管材圆周方向转动研磨，而且，研磨组件驱动装置的顶升油缸推动研磨组件竖向运动，使得研磨组件的多个研磨头能够沿大口径管材高度方向进行研磨，从而实现大口径管材外表面圆周方向及竖直方向的精密研磨加工；因此，本发明的大口径管材表面精加工设备自动化程度高、加工效率高、抛光精度高，且材料去除量控制精准。

优选的，所述齿轮传动机构包括齿轮一、齿轮二及第二驱动电机，所述承轴连接件的外圈固定于所述研磨组件的底板，所述承轴连接件的内圈固定于所述研磨组件驱动装置的基板，所述齿轮一套设并固接于所述轴承连接件的外圈，所述齿轮二安装于所述基板顶部，所述第二驱动电机安装于所述基板底部，且所述齿轮二与所述第二驱动电机的转动轴同轴并固接，所述齿轮一和所述齿轮二传动连接。

优选的，所述研磨组件还包括沿所述大口径管材轴线径向均布并固定于所述底板的多个位移调节器，所述位移调节器包括T形支架、滑杆及连接有传动丝杆的手轮，所述T形支架竖杆的一端螺栓连接于底板，连接有传动丝杆的手轮横向贯穿所述竖杆的另一端，所述滑杆水平嵌设于所述T形支架横杆顶部，且所述传动丝杆的外螺纹与所述滑杆的内螺纹相匹配，所述研磨头嵌设于所述滑杆端部槽口内并通过顶紧螺栓活动连接。

优选的，所述研磨头由磁铁材料制成，且所述研磨头表面吸附有研磨粒子，所述研磨粒子由铁粉、金刚石、氧化铝烧结、破碎、筛分后的粒子混合而成。

优选的，所述管材驱动装置还包括与所述第一驱动电机同轴设置的电机轴连接件、转盘及法兰盘，所述电机轴连接件底端连接于所述第一驱动电机的转动轴，所述电机轴连接件顶端固定所述转盘，所述第一转动卡盘通过所述法兰盘连接于所述转盘。

优选的，所述基座包括平行且间隔设置的层板一和层板二，及多对纵杆，上、下设置的所述层板一和所述层板二通过竖向设置于两者之间的多对所述纵杆连接为一体，所述研磨组件驱动装置的所述第一驱动电机固定于所述层板一底部，所述层板一还设有与所述第二驱动电机竖向位置相对应的电机沉降孔。

优选的，所述研磨组件驱动装置还包括连接于所述顶升油缸顶部的支撑推杆，所述支撑推杆顶部贯穿所述层板一后与所述基板固接。

优选的，所述框架主体的支撑架包括一对平行且间隔设置的导轨一，所述管材驱动装置还包括滑台一、丝杆一、第三驱动电机及伸缩连接杆，所述滑台一卡扣于所述导轨一上并能够沿导轨一滑动，所述第三驱动电机连接于所述导轨一端部，所述丝杆一沿所述导轨一延伸方向设置，所述丝杆一的一端与所述第三驱动电机连接，所述丝杆一的外螺纹与所述滑台一的内螺纹相匹配；所述液压油缸连接于所述滑台一顶部，所述第二转动卡盘位于所述滑台一底部并通过所述伸缩连接杆与所述液压油缸连接，且所述液压油缸、伸缩连接杆和所述第二转动卡盘同轴。

优选的，所述管材驱动装置还包括设置于所述导轨一侧面的第一限位感应器，当所述大口径管材水平移动至与所述第二转动卡盘同轴时，所述滑台一触发所述第一限位感应器，所述第一限位感应器发送信号至所述控制系统，所述控制系统控制所述第二驱动电机停止工作，并通过所述液压油缸控制所述第二转动卡盘沿竖直方向运动并与所述第一转动卡盘共同夹紧所述大口径管材。

优选的，所述导轨一另一端的侧面还设有第二限位感应器，所述滑台一水平移动并触发所述第二限位感应器时，所述控制系统控制所述滑台一停止移动。

优选的，它还包括管材供给机构：所述管材供给机构包括一对平行且间隔设置的导轨二、滑台二、第四驱动电机、第三限位感应器、丝杆二、管件卡盘、气缸支架、气缸及弧形夹爪，一对所述导轨二沿所述基座长度方向设置并固定于其端部，所述滑台二嵌设于所述导轨二并能够沿所述导轨二滑动，所述第四驱动电机安装于所述导轨二端部，所述丝杆二沿所述导轨二延伸方向设置，所述丝杆二的一端连接所述第四驱动电机，所述丝杆二的外螺纹与所述滑台二的内螺纹相匹配，所述管件卡盘设置于所述滑台二顶部，所述气缸支架位于所述管件卡盘两侧，所述气缸设置于所述气缸支架顶部，所述气缸伸缩杆的端部连接一对相对设置的所述弧形夹爪，一对所述弧形夹爪与所述大口径管材的外表面相配合，且一对所述弧形夹爪与所述管件卡盘同轴，所述第三限位感应器设置于所述导轨二侧面。

另外，本发明还提供了一种大口径管材表面精加工方法，步骤如下：

在框架主体上安装管材驱动装置，所述框架主体包括基座及平行且间隔连接于所述基座顶部的支撑架，所述管材驱动装置的第一驱动电机固定于所述框架主体的基座，第一转动卡盘连接于所述第一驱动电机，所述管材驱动装置的液压油缸固定于所述框架主体的支撑架，第二转动卡盘连接于所述液压油缸，将竖向设置的大口径管材夹紧于所述第一转动卡盘和所述第二转动卡盘之间并就位后，调整研磨组件的多个研磨头与所述大口径管材外表面之间的间隙；

启动所述第一驱动电机，所述第一驱动电机转动带动所述大口径管材逆时针转动；启动研磨组件驱动装置的第二驱动电机，所述第二驱动电机驱动齿轮传动机构带动所述研磨组件的多个研磨头同步顺时针转动，使得所述研磨组件围绕所述大口径管件外表面进行研磨加工；启动研磨组件驱动装置的顶升油缸，所述顶升油缸推动所述研磨组件沿竖直方向进行循环升降运动，使得所述研磨组件沿竖直方向对所述大口径管材外表面进行磨削加工。

本发明的大口径管材表面精加工方法，首先，通过管材驱动装置的第一转动卡盘和第二转动卡盘夹紧固定待加工的大口径管材，依次调整研磨组件的研磨头与大口径管材外表面之间的间隙；接着，第一驱动电机带动大口径管材逆时针转动，研磨组件驱动装置的第二驱动电机通过齿轮传动机构带动研磨组件的研磨头同步沿大口径管件外表面顺时针方向转动进行研磨加工，同时顶升油缸沿竖直方向进行循环升降运动，使得研磨组件沿竖直方向对大口径管材外表面进行磨削加工，从而实现大口径管材外表面圆周方向和竖直方向的精密研磨加工；本发明的大口径管材表面精加工方法利用多个沿大口径管材高速转动的研磨头对其外表面进行切削及研磨，使得加工后的管材表面均匀性以及光整性均得以提高，而且，该精加工方法利用控制系统精确控制管材驱动装置、研磨组件及研磨组件驱动装置的启停工作，使得大口径管材外表面研磨加工精度更高，自动化加工程度高，从而提高了工作效率，实现研磨加工全过程的自动化。

优选的，所述研磨头由磁铁材料制成，且所述研磨头表面吸附有大量研磨粒子，所述研磨粒子由铁粉、金刚石、氧化铝烧结、破碎、筛分后的粒子混合而成。

优选的，所述研磨头与所述大口径管材外表面之间的间隙为3mm～5mm，所述研磨头吸附的研磨粒子填满所述大口径管材与所述研磨头之间的空隙。

优选的，大口径管材研磨加工之前还包括大口径管材取件，步骤如下：

将所述大口径管材顶部卡扣于所述管材驱动装置的第二转动卡盘，启动所述管材驱动装置的第三驱动电机，所述第三驱动电机带动丝杆一转动，连接于滑台一底部的所述第二转动卡盘在所述丝杆一带动下沿导轨一水平移动，待所述大口径管材到达待加工位置后，安装于所述导轨一侧面的第一限位感应器触发动作，所述第三驱动电机接收信号后即刻停止工作，此时，所述大口径管材与所述第一转动卡盘、所述第二转动卡盘同轴；控制系统控制安装于滑台一顶部的液压油缸伸出带动所述第二转动卡盘沿竖直方向运动，使得所述第一转动卡盘和所述第二转动卡盘夹紧所述大口径管材。

优选的，在大口径管材研磨加工之前还包括：由管件供给机构将其运送至待加工位置，并由管材驱动装置取件，步骤如下：

吊装所述大口径管材并将其底部卡扣于管件供给机构的滑台二顶部的管件卡盘，控制气缸的伸缩杆伸出，使得一对弧形夹爪夹紧所述大口径管材中上部；启动第四驱动电机，两根丝杆二同步转动并带动所述滑台二沿导轨二水平移动，当所述滑台二移动至第三限位感应器所在位置时，所述第三限位感应器触发动作并发送信号至控制系统，所述控制系统即刻向所述第四驱动电机发送停止工作指令，所述大口径管材进入待取件位置。

控制管材驱动装置的第三驱动电机正向转动，滑台一在丝杆一带动下沿水平方向移动，当所述滑台一带动第二转动卡盘移动至待取件位置时，第二限位感应器触发动作，控制系统控制所述滑台一停止运动，此时，第二转动卡盘位于所述大口径管材所在位置顶部，且所述第二转动卡盘、所述大口径管材及所述管件卡盘的轴线重合，控制系统控制液压油缸带动所述第二转动卡盘沿竖直方向运动并卡紧所述大口径管材顶部，同时控制气缸的伸缩杆收缩，使得弧形夹爪松开所述大口径管材，所述第二转动卡盘带动所述大口径管材沿轴线向上提升；

控制所述管材驱动装置的第三驱动电机反向转动，所述滑台一在所述丝杆一带动下沿水平方向移动，待所述大口径管材到达待加工位置后，第一限位感应器触发动作，第三驱动电机接收信号后即刻停止工作，此时，所述大口径管材与所述第一转动卡盘、所述第二转动卡盘同轴；控制系统控制所述液压油缸伸出带动所述第二转动卡盘沿竖直方向运动，使得所述第一转动卡盘和所述第二转动卡盘夹紧所述大口径管材。

附图说明

图1为本发明的大口径管材表面精加工设备一实施例的三维立体图；

图2为本发明的大口径管材表面精加工设备一实施例的侧视图；

图3为本发明的大口径管材表面精加工设备一实施例的研磨组件的结构示意图；

图4为本发明的大口径管材表面精加工设备一实施例的研磨组件和研磨组件驱动装置的结构示意图；

图5为本发明的大口径管材表面精加工设备一实施例的管材驱动装置的结构示意图；

图6为本发明的大口径管材表面精加工设备一实施例的管材供给机构的结构示意图。

图中标号如下：

大口径管材10；框架主体20；基座21；层板一21a；层板二21b；纵杆21c；支撑架22；支杆23；电机沉降孔24；万向轮25；

管材驱动装置30；第一驱动电机31；第一转动卡盘32；滑台一33；液压油缸34；第二转动卡盘35；伸缩连接杆36；第一限位感应器37；第二限位感应器37′；第二驱动电机38；转盘39；

研磨组件40；底板41；位移调节器42；竖杆421；横杆422；滑杆423；手轮424；传动丝杆425；研磨头426；研磨粒子427；

研磨组件驱动装置50；顶升油缸51；支撑推杆52；基板53；轴承连接件54；齿轮二55；第三驱动电机56；

管材供给机构60；导轨二61；滑台二63；第四驱动电机62；第三限位感应器68；管件卡盘64；气缸支架65；气缸66；弧形夹爪67。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例1：

本实施例以某航天飞机应用的钛合金材料的大口径管材10表面精加工为例，如图1所示，为了明确方向关系，按需要设置了将z轴方向作为大口径管材10高度延伸方向的xyz直角坐标系，下面结合图1至图6说明本发明的大口径管材表面精加工设备，它包括：

框架主体20，包括基座21，及平行且间隔连接于基座21顶部的支撑架22，本实施例中基座21和支撑架22通过多个竖向设置于两者之间的支杆23连接为一体，但并不局限于支杆23；

管材驱动装置30，包括固定于基座21的第一驱动电机31、连接于第一驱动电机31的第一转动卡盘32；固定于支撑架22的液压油缸34，连接于液压油缸34的第二转动卡盘35；大口径管材10竖向卡扣于第一转动卡盘32和第二转动卡盘35之间，且第一驱动电机31、第一转动卡盘32、液压油缸34、第二转动卡盘35和大口径管材10同轴；

研磨组件40，包括水平设置且贯穿大口径管材10的底板41，固接于底板41并沿大口径管材10轴线径向均布的多个研磨头426，且研磨组件40与第一转动卡盘32、第二转动卡盘35同轴；

研磨组件驱动装置50，其设置于研磨组件40底部并与其轴承连接，它包括多个顶升油缸51、基板53、轴承连接件54及齿轮传动机构，多个顶升油缸51竖向固定于基座21，水平设置且贯穿大口径管材10的基板53固定于顶升油缸51顶部，贯穿大口径管材10的轴承连接件54的一端连接于基板53，其另一端连接于研磨组件40的底板41，设置于基板53上的齿轮传动机构带动轴承连接件54运动，进而带动研磨组件40沿轴线绕大口径管材10转动；

控制系统，其分别与第一驱动电机31、液压油缸34及顶升油缸51信号连接。

本发明的大口径管材表面精加工设备，包括框架主体20，管材驱动装置30、研磨组件40及研磨组件驱动装置50，管材驱动装置5030的第一转动卡盘32和第二转动卡盘35分别固定于框架主体20的基座21和支撑架22，与第二转动卡盘35连接的液压油缸34带动大口径管材10竖向运动，使得大口径管材10底部卡扣于第一转动卡盘32并夹紧，与第一转动卡盘32连接的第一驱动电机31带动大口径管材10沿轴线转动，从而配合研磨组件40对大口径管材10外表面进行研磨加工，研磨组件驱动装置50的固定于基板53的齿轮传动机构带动研磨组件40转动，使得研磨组件40的多个研磨头426能够绕大口径管材10圆周方向转动研磨，而且，研磨组件驱动装置50的顶升油缸51推动研磨组件40竖向运动，使得研磨组件40的多个研磨头426能够沿大口径管材10高度方向进行研磨，从而实现大口径管材10外表面圆周方向及竖直方向的精密研磨加工；因此，本发明的大口径管材10表面精加工设备自动化程度高、加工效率高、抛光精度高，且材料去除量控制精准，它尤其适用于大口径金属及非金属管材外表面的自动化抛光工艺。

如图1至图4所示，齿轮传动机构包括齿轮一、齿轮二55及第二驱动电机38，承轴连接件的外圈固定于研磨组件40的底板41，承轴连接件的内圈固定于研磨组件驱动装置50的基板53，齿轮一套设并固接于轴承连接件54的外圈，齿轮二55安装于基板53顶部，第二驱动电机38安装于基板53底部，且齿轮二55与第二驱动电机38的转动轴同轴并固接，齿轮一和齿轮二55通过齿轮链条传动连接。第二驱动电机38启动后，通过齿轮一和齿轮二55的传动带动轴承连接件54的外圈转动，使得研磨组件40的底板41及设置于底板41上的多个研磨头426沿大口径管材10轴线作圆周运动，利用驱动电机自动控制多个研磨头426同步对大口径管材10外表面实施研磨施工，使得材料去除量更加均匀，提高了研磨加工的精度。

如图3和图4所示，研磨组件40还包括沿大口径管材10轴线径向均布并固定于底板41的多个位移调节器42，位移调节器42包括T形支架、滑杆423及连接有传动丝杆425的手轮424，T形支架竖杆421的一端螺栓连接于底板41，连接有传动丝杆425的手轮424横向贯穿竖杆421的另一端，滑杆423水平嵌设于T形支架横杆422顶部，且传动丝杆425的外螺纹与滑杆423的内螺纹相匹配，研磨头426嵌设于滑杆423端部槽口内并通过顶紧螺栓活动连接；大口径管材10卡扣于管材驱动装置30就位后，依次旋转位移调节器42的手轮424推动滑杆423沿横杆422水平移动，进而达到精确调整研磨头426与大口径管材10外表面之间间隙的作用。本实施例的研磨组件40包含四个位移调节器42，相邻两个位移调节器42之间呈90夹角排布。

上述研磨头426由磁铁材料制成，且研磨头426表面吸附有大量研磨粒子427，研磨粒子427由铁粉、金刚石、氧化铝烧结、破碎、筛分后的粒子混合而成，上述材料制成的研磨粒子427具有高硬度、高强度、铁磁性等特性，铁磁性的研磨粒子427被研磨头426吸附后，填满大口径管材10外表面与研磨头426之间的空隙；由于研磨粒子427在大口径管材10外表面进行柔性加工而不是刚性接触，材料去除量比较小，而且加工后的管材表面应力得以提高。上述研磨头426与大口径管材10外表面之间的间隙一般控制在3-5mm之间。

如图2所示，管材驱动装置30还包括与第一驱动电机31同轴设置的电机轴连接件、转盘39及法兰盘，电机轴连接件底端连接于第一驱动电机31的转动轴，电机轴连接件顶端固定转盘39，第一转动卡盘32通过法兰盘连接于转盘39。第一驱动电机31启动后带动转盘39转动，进而间接通过第一转动卡盘32带动大口径管材10转动，转盘39的设置提高了第一驱动电机31轴力传递的稳定性，保证大口径管材10平稳转动。

如图1和图2所示，基座21包括平行且间隔设置的层板一21a和层板二21b，及多对纵杆21c，上、下设置的层板一21a和层板二21b通过竖向设置于两者之间的多对纵杆21c连接为一体，研磨组件驱动装置50的第一驱动电机31固定于层板一21a底部，层板一21a还设有与第二驱动电机38竖向位置相对应的电机沉降孔24，当基板53沿-z方向下降至层板一21a时，设置于基板53底部的第二驱动电机38能够穿过电机沉降孔24，避免第二驱动电机38与层板一21a发生碰撞。

请继续参考图1和图2，研磨组件驱动装置50还包括连接于顶升油缸51顶部的支撑推杆52，支撑推杆52顶部贯穿层板一21a后与基板53固接，起到延长顶升高度的作用，以满足研磨组件40加工高度的需要。

如图1所示，基座21层板二21b的底部还设有多个万向轮25，便于大口径管材10表面精加工设备整体移动。

本实施例所述的控制系统采用PLC控制器，且工作人员通过触摸屏组态界面对大口径管材10的研磨加工进行控制。

实施例2

与实施例1不同的是，如图1和图5所示，本实施例的大口径管材表面精加工设备的框架主体20的支撑架22包括一对平行且间隔设置的导轨一，管材驱动装置30还包括滑台一33、丝杆一、第三驱动电机56及伸缩连接杆36，滑台一33卡扣于导轨一上并能够沿导轨一滑动，第三驱动电机56连接于导轨一端部，丝杆一沿导轨一延伸方向设置，丝杆一的一端与第三驱动电机56连接，丝杆一的外螺纹与滑台一33的内螺纹相匹配；液压油缸34连接于滑台一33顶部，第二转动卡盘35位于滑台一33底部并通过伸缩连接杆36与液压油缸34连接，且液压油缸34、伸缩连接杆36和第二转动卡盘35同轴。同步启动导轨一端部的两个第三驱动电机56，丝杆一旋转并带动滑台一33及夹持于其底部的大口径管材10沿导轨一水平移动至待加工位置，接着，启动液压油缸34，液压油缸34推动伸缩连接杆36带动大口径管材10沿-z方向运动，使得大口径管材10能够卡扣于第一转动卡盘32和第二转动卡盘35之间，从而利用第三驱动电机56和液压油缸34在水平和垂直两个方向上实现大口径管材10的位置调节及定位。

请继续参考图5，管材驱动装置30还包括设置于导轨一侧面的第一限位感应器37，当大口径管材10沿+x方向水平移动至与第二转动卡盘35同轴位置时，滑台一33边缘触发第一限位感应器37，第一限位感应器37发送信号至控制系统，控制系统控制第二驱动电机38停止工作，并通过液压油缸34控制第二转动卡盘35沿-z方向运动并与第一转动卡盘32共同夹紧大口径管材10。第一限位感应器37的设置，实现了大口径管材10待加工位置的自动准确定位；更进一步，导轨一另一端的侧面还设有第二限位感应器37′，滑台一33沿-x方向水平移动并触发第二限位感应器37′时，控制系统控制滑台一33停止移动，避免滑台一33滑出导轨一而发生安全事故。

实施例3

与实施例2不同的是，如图1和图6所示，本实施例的大口径管材表面精加工设备还包括管材供给机构60，管材供给机构60包括一对平行且间隔设置的导轨二61、滑台二63、第四驱动电机62、第三限位感应器68、丝杆二、管件卡盘64、气缸支架65、气缸66及弧形夹爪67，一对导轨二61沿基座21长度方向设置并固定于其端部，滑台二63嵌设于导轨二61并能够沿导轨二61滑动，第四驱动电机62安装于导轨二61端部，丝杆二沿导轨二61延伸方向设置，丝杆二的一端连接第四驱动电机62，丝杆二的外螺纹与滑台二63的内螺纹相匹配，管件卡盘64设置于滑台二63顶部，气缸支架65位于管件卡盘64两侧，气缸66设置于气缸支架65顶部，气缸66伸缩杆的端部连接一对相对设置的弧形夹爪67，一对弧形夹爪67与大口径管材10的外表面相配合，且一对弧形夹爪67与管件卡盘64同轴，用于夹持大口径管材10的中上部，第三限位感应器68设置于导轨二61侧面。

吊装大口径管材10并将其底部卡扣于管件卡盘64后，控制一对气缸66的伸缩杆沿y轴方向伸出，使得一对弧形夹爪67夹紧大口径管材10上部，接着，控制两个第四驱动电机62同步运动带动滑台二63水平移动，当滑台二63移动至第三限位感应器68所在位置并与其接触时，第三限位感应器68发送信号至控制系统，控制系统控制第四驱动电机62停止工作，同时控制第三驱动电机56运动带动第二转动卡盘35水平移动，当滑台一33触发第二限位感应器37′时，滑台一33停止运动，此时，第二转动卡盘35位于大口径管材10所在位置顶部，且第二转动卡盘35、大口径管材10及管件卡盘64同轴，控制系统控制液压油缸34带动第二转动卡盘35沿-y方向运动并卡紧大口径管材10顶部，此时，控制系统控制气缸66伸缩杆收缩，使得弧形夹爪67松开大口径管材10，然后，滑台一33沿+x轴水平移动将大口径管材10运输至待加工位置。通过设置管材供给机构60能够将大口径管材10自动运送至待加工位置，不但定位准确，而且，自动化运输提高了工作效率，并保障了运输作业的安全性。

实施例4

本实施例结合图1至图6说明大口径管材表面精加工方法，采用实施例1所述的大口径管材表面精加工设备，具体步骤如下：

在框架主体20上安装管材驱动装置30，管材驱动装置30的第一驱动电机31固定于框架主体20的基座21，第一转动卡盘32连接于第一驱动电机31，管材驱动装置30的液压油缸34固定于框架主体20的支撑架22，第二转动卡盘35连接于液压油缸34，将竖向设置的大口径管材10夹紧于管材驱动装置30的第一转动卡盘32和第二转动卡盘35之间并就位后，调整研磨组件40的多个研磨头426与大口径管材10外表面之间的间隙；

启动第一驱动电机31，第一驱动电机31转动带动大口径管材10逆时针转动；启动研磨组件驱动装置50的第二驱动电机38，第二驱动电机38驱动齿轮传动机构带动研磨组件40的多个研磨头426同步顺时针转动，使得研磨组件40围绕大口径管件外表面进行研磨加工；启动研磨组件驱动装置50的顶升油缸51，顶升油缸51推动研磨组件40沿z轴方向进行循环升降运动，使得研磨组件40沿z轴对大口径管材10外表面进行磨削加工，从而实现大口径管材10外表面圆周方向和竖直方向的精密研磨加工。

本发明的大口径管材表面精加工方法，首先，通过管材驱动装置30的第一转动卡盘32和第二转动卡盘35夹紧固定待加工的大口径管材10，依次调整研磨组件40的研磨头426与大口径管材10外表面之间的间隙；接着，第一驱动电机31带动大口径管材10逆时针转动，研磨组件驱动装置50的第二驱动电机38通过齿轮传动机构带动研磨组件40的研磨头426同步沿大口径管件外表面顺时针方向转动进行研磨加工，同时顶升油缸51沿竖直方向进行循环升降运动，使得研磨组件40沿竖直方向对大口径管材10外表面进行磨削加工，从而实现大口径管材10外表面圆周方向和竖直方向的精密研磨加工；本发明的大口径管材10表面精加工方法利用多个沿大口径管材10高速转动的研磨头426对其外表面进行切削及研磨，使得加工后的管材表面均匀性以及光整性均得以提高，而且，该精加工方法利用控制系统精确控制管材驱动装置30、研磨组件40及研磨组件驱动装置50的启停工作，使得大口径管材10外表面研磨加工精度更高，自动化加工程度高，从而提高了工作效率，实现研磨加工全过程的自动化。

上述研磨头426由磁铁材料制成，且研磨头426表面吸附有大量研磨粒子427，研磨粒子427由铁粉、金刚石、氧化铝烧结、破碎、筛分后的粒子混合而成，研磨头426与大口径管材10外表面的间隙一般控制在3-5mm之间，研磨头426吸附的研磨粒子427填满大口径管材10与研磨头426之间的空隙，研磨粒子427具有高硬度、高强度、铁磁性等特性，采用颗粒式磨削工艺对大口径管材10进行研磨加工，研磨粒子427在大口径管材10外表面进行柔性加工而不是刚性接触，因此，管材材料去除量比较小，而且加工后的管材表面应力得以提高，从而达到精密研磨的目的。

实施例5

与实施例4不同的是，本实施例的大口径管材表面精加工方法，在管材研磨加工之前还包括管材供给和管材取件两个步骤。

大口径管材10研磨加工之前，由前文实施例3所述的管件供给机构将其运送至待加工位置，具体步骤如下：

如图6所示，吊装大口径管材10并将其底部卡扣于滑台二63顶部的管件卡盘64，控制气缸66的伸缩杆伸出，使得一对弧形夹爪67夹紧大口径管材10中上部；启动第四驱动电机62，两根丝杆二同步转动并带动滑台二63沿导轨二61水平移动，当滑台二63移动至第三限位感应器68所在位置时，第三限位感应器68触发动作并发送信号至控制系统，控制系统即刻向第四驱动电机62发送停止工作指令，大口径管材10进入待取件位置。

大口径管材10取件步骤如下：如图1和图5所示，控制管材驱动装置30的第三驱动电机56正向转动，滑台一33在丝杆一带动下沿-x方向移动，当滑台一33带动第二转动卡盘35移动至待取件位置时，第二限位感应器37′触发动作，控制系统控制滑台一33停止运动，此时，第二转动卡盘35位于大口径管材10所在位置顶部，且第二转动卡盘35、大口径管材10及管件卡盘64的轴线重合，控制系统控制液压油缸34带动第二转动卡盘35沿-z方向运动并卡紧大口径管材10顶部，同时控制气缸66的伸缩杆收缩，使得弧形夹爪67松开大口径管材10，第二转动卡盘35带动大口径管材10沿+z轴向上提升；

控制管材驱动装置30的第三驱动电机56反向转动，滑台一33在丝杆一带动下沿+x方向移动，待大口径管材10到达待加工位置后，第一限位感应器37触发动作，第三驱动电机56接收信号后即刻停止工作，此时，大口径管材10与第一转动卡盘32、第二转动卡盘35同轴；控制系统控制液压油缸34伸出带动第二转动卡盘35沿-z方向运动，使得第一转动卡盘32和第二转动卡盘35夹紧大口径管材10。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。

Claims (16)

1.一种大口径管材表面精加工设备，其特征在于，包括：

框架主体，包括基座，及平行且间隔连接于所述基座顶部的支撑架；

管材驱动装置，包括固定于所述基座的第一驱动电机、连接于所述第一驱动电机的第一转动卡盘；固定于所述支撑架的液压油缸，连接于所述液压油缸的第二转动卡盘；所述大口径管材竖向卡扣于所述第一转动卡盘和所述第二转动卡盘之间，且所述第一驱动电机、第一转动卡盘、液压油缸、第二转动卡盘和所述大口径管材同轴；

研磨组件，包括水平设置且贯穿大口径管材的底板，固接于所述底板并沿所述大口径管材轴线径向均布的多个研磨头，且所述研磨组件与所述第一转动卡盘、所述第二转动卡盘同轴；

研磨组件驱动装置，其设置于所述研磨组件底部并与其轴承连接，它包括多个顶升油缸、基板、轴承连接件及齿轮传动机构，多个所述顶升油缸竖向固定于所述基座，水平设置且贯穿所述大口径管材的基板固定于所述顶升油缸顶部，贯穿所述大口径管材的轴承连接件的一端连接于所述基板，其另一端连接于所述研磨组件的底板，设置于所述基板上的所述齿轮传动机构带动所述轴承连接件运动，进而带动所述研磨组件沿轴线绕所述大口径管材转动；

控制系统，其分别与所述第一驱动电机、所述液压油缸及所述顶升油缸信号连接。

2.根据权利要求1所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述齿轮传动机构包括齿轮一、齿轮二及第二驱动电机，所述轴承连接件的外圈固定于所述研磨组件的底板，所述轴承连接件的内圈固定于所述研磨组件驱动装置的基板，所述齿轮一套设并固接于所述轴承连接件的外圈，所述齿轮二安装于所述基板顶部，所述第二驱动电机安装于所述基板底部，且所述齿轮二与所述第二驱动电机的转动轴同轴并固接，所述齿轮一和所述齿轮二传动连接。

3.根据权利要求1所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述研磨组件还包括沿所述大口径管材轴线径向均布并固定于所述底板的多个位移调节器，所述位移调节器包括T形支架、滑杆及连接有传动丝杆的手轮，所述T形支架竖杆的一端螺栓连接于底板，连接有传动丝杆的手轮横向贯穿所述竖杆的另一端，所述滑杆水平嵌设于所述T形支架横杆顶部，且所述传动丝杆的外螺纹与所述滑杆的内螺纹相匹配，所述研磨头嵌设于所述滑杆端部槽口内并通过顶紧螺栓活动连接。

4.根据权利要求1所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述研磨头由磁铁材料制成，且所述研磨头表面吸附有研磨粒子，所述研磨粒子由铁粉、金刚石、氧化铝烧结、破碎、筛分后的粒子混合而成。

5.根据权利要求1所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述管材驱动装置还包括与所述第一驱动电机同轴设置的电机轴连接件、转盘及法兰盘，所述电机轴连接件底端连接于所述第一驱动电机的转动轴，所述电机轴连接件顶端固定所述转盘，所述第一转动卡盘通过所述法兰盘连接于所述转盘。

6.根据权利要求2所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述基座包括平行且间隔设置的层板一和层板二，及多对纵杆，上、下设置的所述层板一和所述层板二通过竖向设置于两者之间的多对所述纵杆连接为一体，所述研磨组件驱动装置的所述第一驱动电机固定于所述层板一底部，所述层板一还设有与所述第二驱动电机竖向位置相对应的电机沉降孔。

7.根据权利要求6所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述研磨组件驱动装置还包括连接于所述顶升油缸顶部的支撑推杆，所述支撑推杆顶部贯穿所述层板一后与所述基板固接。

8.根据权利要求2所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述框架主体的支撑架包括一对平行且间隔设置的导轨一，所述管材驱动装置还包括滑台一、丝杆一、第三驱动电机及伸缩连接杆，所述滑台一卡扣于所述导轨一上并能够沿导轨一滑动，所述第三驱动电机连接于所述导轨一端部，所述丝杆一沿所述导轨一延伸方向设置，所述丝杆一的一端与所述第三驱动电机连接，所述丝杆一的外螺纹与所述滑台一的内螺纹相匹配；所述液压油缸连接于所述滑台一顶部，所述第二转动卡盘位于所述滑台一底部并通过所述伸缩连接杆与所述液压油缸连接，且所述液压油缸、伸缩连接杆和所述第二转动卡盘同轴。

9.根据权利要求8所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述管材驱动装置还包括设置于所述导轨一侧面的第一限位感应器，当所述大口径管材水平移动至与所述第二转动卡盘同轴时，所述滑台一触发所述第一限位感应器，所述第一限位感应器发送信号至所述控制系统，所述控制系统控制所述第二驱动电机停止工作，并通过所述液压油缸控制所述第二转动卡盘沿竖直方向运动并与所述第一转动卡盘共同夹紧所述大口径管材。

10.根据权利要求8所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于：所述导轨一另一端的侧面还设有第二限位感应器，所述滑台一水平移动并触发所述第二限位感应器时，所述控制系统控制所述滑台一停止移动。

11.根据权利要求1至10任一项所述的大口径管材表面精加工设备，其特征在于，还包括管材供给机构：所述管材供给机构包括一对平行且间隔设置的导轨二、滑台二、第四驱动电机、第三限位感应器、丝杆二、管件卡盘、气缸支架、气缸及弧形夹爪，一对所述导轨二沿所述基座长度方向设置并固定于其端部，所述滑台二嵌设于所述导轨二并能够沿所述导轨二滑动，所述第四驱动电机安装于所述导轨二端部，所述丝杆二沿所述导轨二延伸方向设置，所述丝杆二的一端连接所述第四驱动电机，所述丝杆二的外螺纹与所述滑台二的内螺纹相匹配，所述管件卡盘设置于所述滑台二顶部，所述气缸支架位于所述管件卡盘两侧，所述气缸设置于所述气缸支架顶部，所述气缸的伸缩杆的端部连接一对相对设置的所述弧形夹爪，一对所述弧形夹爪与所述大口径管材的外表面相配合，且一对所述弧形夹爪与所述管件卡盘同轴，所述第三限位感应器设置于所述导轨二侧面。

12.大口径管材表面精加工方法，其特征在于，步骤如下：

在框架主体上安装管材驱动装置，所述框架主体包括基座及平行且间隔连接于所述基座顶部的支撑架，所述管材驱动装置的第一驱动电机固定于所述框架主体的基座，第一转动卡盘连接于所述第一驱动电机，所述管材驱动装置的液压油缸固定于所述框架主体的支撑架，第二转动卡盘连接于所述液压油缸，将竖向设置的大口径管材夹紧于所述第一转动卡盘和所述第二转动卡盘之间并就位后，调整研磨组件的多个研磨头与所述大口径管材外表面之间的间隙；

启动所述第一驱动电机，所述第一驱动电机转动带动所述大口径管材逆时针转动；启动研磨组件驱动装置的第二驱动电机，所述第二驱动电机驱动齿轮传动机构带动所述研磨组件的多个研磨头同步顺时针转动，使得所述研磨组件围绕所述大口径管材 外表面进行研磨加工；启动研磨组件驱动装置的顶升油缸，所述顶升油缸推动所述研磨组件沿竖直方向进行循环升降运动，使得所述研磨组件沿竖直方向对所述大口径管材外表面进行磨削加工。

13.根据权利要求12所述的大口径管材表面精加工方法，其特征在于：所述研磨头由磁铁材料制成，且所述研磨头表面吸附有大量研磨粒子，所述研磨粒子由铁粉、金刚石、氧化铝烧结、破碎、筛分后的粒子混合而成。

14.根据权利要求13所述的大口径管材表面精加工方法，其特征在于：所述研磨头与所述大口径管材外表面之间的间隙为3mm～5mm，所述研磨头吸附的研磨粒子填满所述大口径管材与所述研磨头之间的空隙。

15.根据权利要求12所述的大口径管材表面精加工方法，其特征在于，大口径管材研磨加工之前还包括大口径管材取件，步骤如下：

将所述大口径管材顶部卡扣于所述管材驱动装置的第二转动卡盘，启动所述管材驱动装置的第三驱动电机，所述第三驱动电机带动丝杆一转动，连接于滑台一底部的所述第二转动卡盘在所述丝杆一带动下沿导轨一水平移动，待所述大口径管材到达待加工位置后，安装于所述导轨一侧面的第一限位感应器触发动作，所述第三驱动电机接收信号后即刻停止工作，此时，所述大口径管材与所述第一转动卡盘、所述第二转动卡盘同轴；控制系统控制安装于滑台一顶部的液压油缸伸出带动所述第二转动卡盘沿竖直方向运动，使得所述第一转动卡盘和所述第二转动卡盘夹紧所述大口径管材。

16.根据权利要求12所述的大口径管材表面精加工方法，其特征在于，在大口径管材研磨加工之前还包括：由管件供给机构将其运送至待加工位置，并由管材驱动装置取件，步骤如下：

吊装所述大口径管材并将其底部卡扣于管件供给机构的滑台二顶部的管件卡盘，控制气缸的伸缩杆伸出，使得一对弧形夹爪夹紧所述大口径管材中上部；启动第四驱动电机，两根丝杆二同步转动并带动所述滑台二沿导轨二水平移动，当所述滑台二移动至第三限位感应器所在位置时，所述第三限位感应器触发动作并发送信号至控制系统，所述控制系统即刻向所述第四驱动电机发送停止工作指令，所述大口径管材进入待取件位置；

控制管材驱动装置的第三驱动电机正向转动，滑台一在丝杆一带动下沿水平方向移动，当所述滑台一带动第二转动卡盘移动至待取件位置时，第二限位感应器触发动作，控制系统控制所述滑台一停止运动，此时，第二转动卡盘位于所述大口径管材所在位置顶部，且所述第二转动卡盘、所述大口径管材及所述管件卡盘的轴线重合，控制系统控制液压油缸带动所述第二转动卡盘沿竖直方向运动并卡紧所述大口径管材顶部，同时控制气缸的伸缩杆收缩，使得弧形夹爪松开所述大口径管材，所述第二转动卡盘带动所述大口径管材沿轴线向上提升；

控制所述管材驱动装置的第三驱动电机反向转动，所述滑台一在所述丝杆一带动下沿水平方向移动，待所述大口径管材到达待加工位置后，第一限位感应器触发动作，第三驱动电机接收信号后即刻停止工作，此时，所述大口径管材与所述第一转动卡盘、所述第二转动卡盘同轴；控制系统控制所述液压油缸伸出带动所述第二转动卡盘沿竖直方向运动，使得所述第一转动卡盘和所述第二转动卡盘夹紧所述大口径管材。

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