471型管端车丝机外圆加工刀具改进贴片元件

471型管端车丝机外圆加工刀具改进

471型管端车丝机外圆加工刀具改进 2011： 摘要：为解决471型管端车丝机加工石油套管时管端螺纹锥度不规则变化的问题，对外圆加工刀具几何参数作了合理改进，从而减小了外圆加工时钢管所受径向切削力，保证了管端螺纹锥度的精度稳定性。 1 引言 天津钢管公司于1993年引进四台471型CNC管端车丝机。该机床采用GE-FANDE-11T数控系统，加工过程中，工件固定不动，刀盘旋转，对管端进行多刀螺纹加工，加工精度和加工效率较高。但加工过程中曾出现管端螺纹锥度呈不规则变化的现象，尤其在加工低钢级大直径薄壁管时，甚至可能导致螺纹锥度超差。为此，我们通过分析外圆加工的合理切削用量，从减小加工时管端所受径向切削力入手，对外圆刀具的几何参数进行了合理改进，达到了保证管端螺纹锥度加工精度的目的。 2 车丝机管端螺纹加工工艺 471型车丝机对钢管管端的加工工序包括平端面、倒内棱、车外圆和车螺纹。当钢管到达加工工位时，钢管夹具夹紧钢管，刀盘罩伸出，开始供给冷却液；然后6把正楔刀杆伸出，6把外圆车刀粗倒外棱；倒棱完毕后，正楔刀杆退回，反楔刀杆伸出，端面车刀、内倒棱刀和外倒棱刀进行平端面、倒内棱和精倒外棱加工；加工完毕后，反楔刀杆退回，正楔刀杆伸出，同时内支撑装置伸入钢管端部，涨爪张开支撑住钢管端部，6把外圆车刀和3把螺纹梳刀同时旋转并作径向和轴向进给，加工出1:16锥度，完成车外圆和车螺纹工序后，内支撑涨爪缩回，即完成了一个管端的加工流程。 3 外圆加工切削用量分析 3.1 切削速度 471型车丝机的主轴转速为100～400r/min，可加工石油套管规格(英制)为4.5”～10.75”。加工实践证明，加工外圆时切削速度控制在176m/min左右，可获得较好的机床稳定性和较长的梳刀工作寿命。 3.2 进给量 图1 471型车丝机刀盘刀杆布置图

如图1所示，471型车丝机的刀盘上装有6把正楔刀杆(3把外圆刀杆、3把车丝刀杆)和3把反楔刀杆(外倒棱刀杆、内倒棱刀杆、端面刀杆各1把)。9把刀杆沿圆周间隔40°均布，其中3把外圆刀杆相互间隔120°，3把车丝刀杆相互间隔120°，相邻车丝刀杆与外圆刀杆相互间隔40°(且车丝刀杆在前)。3把外圆刀杆上的外圆车刀与3把车丝刀杆上的外圆车刀并不在同一平面上，如图2所示。 图2 车丝刀杆和外圆刀杆示意图

图2中车丝刀杆(a)和外圆刀杆(b)的规格及相应尺寸X1、X2见表1。 表1 车丝刀杆和外圆刀杆规格及尺寸 车丝刀杆(英寸)规格5.5”7”9.625”X18.314”7.773”6.284”外圆刀杆(英寸)规格5.5”7”9.625”X28.796”8.255”6.766”

外圆刀杆上的外圆车刀比车丝刀杆上的外圆车刀在轴向上靠前尺寸为0.285”-0.276”=0.009”。综合考虑加工圆扣螺纹和梯扣螺纹的情况，外圆刀杆上的外圆车刀靠前0.009”相当于外圆刀杆上的外圆车刀提前转过｛0.009”［/(T1+T2)/2］｝×360°=20°(T1为梯扣螺纹螺距，T1=0.2”；T2为圆扣螺纹螺距，T2=0.125”)，这样即可保证6把外圆车刀在同一横截面上的加工轨迹相隔约60°，即6把外圆车刀在同一横截面上的加工轨迹近似为6条均匀分布的螺旋线。所以，每把刀的进给量为T/6，即加工圆扣螺纹套管时，每把外圆车刀的进给量约为0.53mm；加工梯扣螺纹套管时，每把外圆车刀的进给量约为0.85mm。 在此需特别指出，安装刀杆时切勿将外圆刀杆安装在车丝刀杆之前，否则相邻的外圆刀杆与车丝刀杆在同一横截面上的加工轨迹相隔40°-20°=20°，即相邻外圆刀杆与车丝刀杆的外圆车刀加工轨迹几乎重合，6把外圆车刀的加工轨迹近似为3条螺旋线，刀具进给量接近T/3。由图3可知，此时外圆刀具加工出的表面粗糙度轮廓最大高度为Ry=(f2/8re)×1000(µm)(式中re为外圆刀具半径，mm；f为进给量，mm/r)。由此可知，如刀杆位置安装错位，则外圆车刀加工表面的Ry值将比正确安装时增大近4倍，这会显著增大螺纹梳刀的切削负荷，降低螺纹加工精度和螺纹梳刀寿命。因此安装刀杆时必须保证车丝刀杆在前，外圆刀杆在后。 图3 外圆车刀进给量

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