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大管径钢管焊接坡口加工机的制作要点

大管径钢管或超大厚度的钢板焊接难度较大，特别是坡口的加工有时要用到机械加工，坡口加工机就是其中之一。

随着城乡一体化的进程，城市地下敷设的管道越来越多，除了可用的PE塑料管外，小管径钢管端面加工可在一般的车床上加工，对于较大管径或较长的钢管的端面焊接加工，一般比较困难。

例如，加工的钢管管径为300～1620mm，管壁为8～30mm，管长为8000～15000mm。钢管钢级为最高X70（483MPa≤δ≤621MPa），这样即厚又粗的钢管，要求将钢管端头加工成一定的标准形状，且精度要求较高，是很困难的，因此必须用专用焊接钢管坡口的加工机进行加工，这样的机械是很少见的，一般情况下要进行自制。

1、专用大管径钢管焊接坡口加工机制作要点

由于工件较大，不易手动操作，必须采用夹紧机构夹紧，由刀具动作来进行钢管端面的切削加工。

刀具动作可分：

（1）轴向运动

刀具在钢管轴线方向上的运动，轴向运动一般可通过床身和拖板之间的相对运动来实现；

（2）径向运动

刀具在钢管径向方向上的运动，径向运动可通过刀架在刀盘上的相对运动来实现；

（3）回转运动

刀具围绕钢管轴线方向的旋转运动。而回转运动由于钢管壁厚不一，管壁圆度误差较大，要想加工出较均匀的坡口，需有一个浮动的靠模装置。

2、专用大管径钢管焊接坡口加工机制作结构

专用大管径钢管焊接坡口加工机主要包括：床身与拖板、床头箱、刀盘刀架、夹紧机构和液压系统等或采用电动拖动，与车床基本相同。其中刀盘刀架的结构简图如图1，主要由刀盘体（1刀盘、10丝杠）、浮动刀架（2底座、9弹簧、3调节螺钉、4刀座、11定位块）和内仿形靠模装置（8定位轴、7滚轮）组成。

▲图1.刀盘刀架结构简图

1—刀盘2—底座3—调节螺钉4—刀座5—刀具6—工件7—滚轮8—定位轴9—弹簧10—丝杠11—定位块

刀盘采用铸钢制造，在盘面上有一个“+”字形的槽，装有4根丝杠，最多可安装4个刀架，以满足各种复杂形式的坡口要求，如Y、U形。刀架上带有刻度尺，方便调整。刀架由调整丝杠调节，实现刀具的径向运动，以适应于不同管径的切削加工。

在浮动刀架上，弹簧装在刀座中，通过调节螺钉和定位块来调节弹簧的初压力。在刀座和底座之间有一燕尾结构，起导向作用。在燕尾结构上，有油路系统，以供润滑，减少运动阻力，降低磨损。在燕尾的两侧，有两块衬铁，以减少对刀座和底座的磨损，又便于拆换。应注意的是，衬铁材料的硬度要低于刀座和底座的硬度。

内仿形靠模装置，滚轮通过定位轴、轴承安装在浮动刀架上。在定位轴的一端装有压盖和防松螺母，以防滚轮松动。

3、工作原理

（1）上料机构将需加工的钢管传送到夹紧机构，通过液压缸动作，升降需加工的钢管，轴向移动，然后由夹紧机构夹紧。主轴液压缸驱动拖板移动，使刀盘靠近工件—对刀，使端面刀或斜面刀接近而不接触工件。加工端平面时，用端面刀；加工坡口时，用斜面刀，两者也可同时使用。调节丝杠使刀架沿着丝杠做径向运动，使滚轮刚好接触工件内壁，这时再稍稍调节丝杠，使滚轮受到工件的反作用力，使弹簧受到比初压力更大的力，叫作靠模。

（2）进行切削时，大功率的电动机旋转，经床头箱减速，驱动刀盘以一定的转速旋转，同时，主轴液压缸驱动拖板移动，使刀盘在旋转的同时轴向进给，滚轮与被加工钢管内壁接触，端面刀或斜面刀进行切削。

（3）在切削过程中，刀架浮动，滚轮内仿形，使得钢管的设计基准与工艺基准一致，确保切削后的钢管端面坡口均匀一致，有效地消除了焊接钢管在直径方向上的椭圆度对坡口均匀度的影响。工件内壁见图2。

▲图2.靠模原理图

假设对刀时，调节丝杠使滚轮处于A点，弹簧受的压力为fA；由于钢管内壁不圆，随着刀盘的旋转，滚轮从A点运动到B点，滚轮受压，弹簧受的压力由fA增大到fB；当滚轮从B点运动到C点，由于弹簧的弹力作用，推动刀座复位，显然，由于压缩弹簧的作用，滚轮始终接触被加工钢管的内表面。实际上，滚轮中心的运动曲线和工件内壁是一致的，即内仿形。

选用电动机时应选用功率较大的，一般为40kW，最好用变频起动方法，能使加工机调速，转矩平稳。

工件不动，刀具做旋转运动，并轴向进给，且有刀架浮动，管径靠模装置，仿形切削，使得加工的端面坡口光洁均匀，可达较高精度。

4、注意事项

（1）加工机的制作应由机械技术人员和有经验的车工和钳工、电工进行，最好是由一车床进行改装，因为加工机只是加工钢管的端面坡口。

（2）几个工种分工明确、互相沟通配合，重点要放在夹紧机构上，加工管径1.62m、长15m的钢管至少需要5个夹紧机构。

（3）加工机的长度很长，其坚固稳定要求很严格。

（4）切削、进给机构与一般车床基本相同，只是机械强度要加大，至于刀具与普通车床相同即可。

（5）制作应