PMC Colinet車絲機(jī)旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)結(jié)構(gòu)分析與改造

邊 境，楊 權(quán)

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津300301）

0 引言

天管元通管材制品有限公司是天津鋼管集團(tuán)股份有限公司旗下的一家子公司，廠區(qū)位于天津港保稅區(qū)，2007年當(dāng)年建廠,其中共安裝有車絲機(jī)4臺(tái)型號(hào)RPP13-5和2臺(tái)型號(hào)為RPP7-5，車絲機(jī)供應(yīng)商為PMC Colinet公司。

PMC Colinet制造的管端螺紋車絲機(jī)是專業(yè)加工石油套管和油管管端螺紋的高精度數(shù)控機(jī)床。管柱在井下要長(zhǎng)時(shí)間承受拉伸、彎曲、內(nèi)壓、外擠壓等復(fù)合載荷作用，其失效損壞事故大部分發(fā)生在螺紋接頭處，螺紋連接部位是鋼管最薄弱的環(huán)節(jié)。車絲機(jī)旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)是加工管端螺紋最重要的部分之一，旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)的穩(wěn)定性直接影響著螺紋的錐度、中徑和密封面的精度。

1 旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)的工作原理

旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)所有動(dòng)作均由液壓實(shí)現(xiàn)，并且依靠液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，電氣元件進(jìn)行控制，機(jī)械部件進(jìn)行精確定位。旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，位置檢測(cè)有3個(gè)電氣位置傳感器，鎖緊檢測(cè)有1個(gè)電氣位置傳感器。

1.1 刀臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)主要由液壓馬達(dá)、定位銷、減速銷、電磁換向閥、傳感器、旋轉(zhuǎn)主軸和定位環(huán)、減速環(huán)等主要部件組成，見圖1。

1.2 旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)的工作原理

旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)工作需實(shí)現(xiàn)定位銷松開、主軸旋轉(zhuǎn)、減速銷減速以及鎖緊等動(dòng)作，動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)由液壓控制，其液壓原理圖見圖2。

松開與旋轉(zhuǎn)：NC程序發(fā)出刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)的代碼指令后，PLC接收到代碼指令開始執(zhí)行刀臺(tái)動(dòng)作，PLC輸出電磁換向閥SQL2得電，定位銷縮回液壓馬達(dá)開始旋轉(zhuǎn)。

減速銷減速：液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)后，延時(shí)時(shí)間T1，電磁換向閥SQL1得電，減速銷伸出，減速銷通過與減速環(huán)的摩擦實(shí)現(xiàn)主軸減速。

減速與定位：減速銷伸出后，延時(shí)時(shí)間T2，電磁換向閥SQL2斷電，液壓馬達(dá)停止旋轉(zhuǎn)，此時(shí)定位銷伸出。定位銷伸出嵌入定位環(huán)鎖緊到位后，刀臺(tái)鎖緊信號(hào)被傳感器檢測(cè)到，此時(shí)電磁換向閥SQL1斷電，減速銷縮回，至此M指令通過PLC完成，刀臺(tái)完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。

停止?fàn)顟B(tài)：電磁換向閥SQL1和電磁換向閥SQL2均斷電，定位銷伸出進(jìn)行鎖緊刀臺(tái)，減速銷回退。

圖1 旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

圖2 旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)液壓原理圖

2 刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)不到位分析

車絲機(jī)為每天24h連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，在生產(chǎn)加工過程中，旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)工位經(jīng)常出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不到位的情況。該情況的發(fā)生既影響了產(chǎn)品質(zhì)量，又限制了產(chǎn)量。通過反復(fù)檢查并對(duì)線下零部件進(jìn)行認(rèn)真分析，找出了問題所在：旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不到位是由于液壓、潤(rùn)滑、工件磨損以及電氣傳感器靈敏度下降等幾方面原因。

為了不影響生產(chǎn)，充分利用點(diǎn)檢和檢修時(shí)間，對(duì)造成刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)不到位的問題，逐項(xiàng)進(jìn)行整改，現(xiàn)針對(duì)機(jī)械、電氣、液壓和加工程序及工藝方面進(jìn)行分析并且給出維護(hù)方案：

2.1 機(jī)械方面

通過定期對(duì)旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)銅套加注高負(fù)載、耐高溫的潤(rùn)滑脂減小主軸和銅套的摩擦力，消除了主軸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的卡滯現(xiàn)象。

（1）定期檢查液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)長(zhǎng)時(shí)間高頻率使用過程中，會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部泄漏的情況，液壓馬達(dá)內(nèi)泄會(huì)使主軸旋轉(zhuǎn)不到位，從而造成定位不精的情況。

（2）定期檢查電磁閥SQL1和SQL2，電磁閥卡頓會(huì)造成減速銷或者定位銷伸出慢，甚至造成伸出不到位的情況。

（3）定期檢查定位銷、減速銷和定位環(huán)和減速環(huán)磨損情況，長(zhǎng)期加工過程中減速銷和減速環(huán)摩擦，定位銷和定位環(huán)摩擦經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)磨損起毛的現(xiàn)象，從而造成刀臺(tái)主軸不能旋轉(zhuǎn)到位的情況，因此建議定修期間及時(shí)更換磨損的定位環(huán)和減速環(huán)。

2.2 電氣方面

（1）通過增加延時(shí)時(shí)間T2，延緩刀臺(tái)的旋轉(zhuǎn)時(shí)間，使定位銷完全卡入定位環(huán)中。

（2）定期檢查旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)4個(gè)傳感器的得電、斷電情況。如果出現(xiàn)傳感器得電延時(shí)或者不得電的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)更換傳感器。

2.3 液壓方面

液壓系統(tǒng)為車絲機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，要降低故障率提高生產(chǎn)效率，就必須關(guān)注機(jī)床的液壓系統(tǒng)。機(jī)床在維護(hù)點(diǎn)檢過程中要定期檢測(cè)并且更換液壓油，確保液壓油的清潔度，目前主要鑒別液壓油是否更換的方法有：（1）手捻法：將液壓油捻在手指之間反復(fù)研磨，若感到手指之間的砂粒之類較大摩擦感，則表明潤(rùn)滑油內(nèi)雜質(zhì)多，應(yīng)更換新潤(rùn)滑油。（2）油滴痕跡法：取一張干凈的白色濾試紙，滴油數(shù)滴在濾試紙上，待潤(rùn)滑油滲漏后，若表面有黑色粉末，用手觸摸有阻澀感，則說(shuō)明潤(rùn)滑油里面雜質(zhì)已很多，此時(shí)液壓油必須要更換。如果長(zhǎng)期使用污染嚴(yán)重的液壓油，會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)造成不可逆的損壞，因此要定時(shí)檢測(cè)和更換液壓油，確保液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.4 對(duì)加工程序合理調(diào)整

在車絲機(jī)旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)車絲的加工過程中，管端在被切削時(shí)會(huì)有不同程度的彈性形變，由于鋼管的鋼級(jí)不同，有的鋼管鋼級(jí)比較高，加工程序編制中，對(duì)于車絲切削量分配問題，如車絲余量太多，造成吃刀深度太大，從而使車絲機(jī)旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)受力過大，長(zhǎng)期大負(fù)荷使用會(huì)造成旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)銅套磨損加快。解決方法：根據(jù)車絲余量的大小及不同鋼級(jí)、硬度，可適當(dāng)?shù)夭扇④嚱z由一遍改為兩遍的應(yīng)對(duì)方法以降低刀臺(tái)負(fù)荷，從而延長(zhǎng)刀臺(tái)使用壽命。

3 分析并確定備用件的修復(fù)質(zhì)量

由于刀臺(tái)受力較大，且刀臺(tái)為精密設(shè)備，因此對(duì)于磨損嚴(yán)重的刀臺(tái)，一般選擇外委廠家進(jìn)行專業(yè)的修復(fù)。

3.1 修復(fù)的工藝要求

（1）工件φ180 mm處（見圖1）磨損處表面，激光補(bǔ)焊厚度1 mm，補(bǔ)焊高度40 mm，硬度達(dá)到HRC55，按公差要求進(jìn)行修磨。

（2）配做銅套加工完后鑲?cè)氲杜_(tái)內(nèi)部，要求銅套所加工錐面與刀臺(tái)本體同心度小于0．0 2mm（材質(zhì)要求為錫青銅，材料由廠家乙方提供并加工）,對(duì)銅套錐面表面進(jìn)行配研，保證軸錐面與銅套錐面最小接觸面達(dá)到85%以上。

（3）工件φ180 mm（見圖1）處磨損處表面，激光補(bǔ)焊厚度1 mm，補(bǔ)焊高度45 mm，硬度達(dá)到HRC55，按公差要求進(jìn)行修磨。

3.2 外委廠家修復(fù)后的刀臺(tái)處理

對(duì)于外委廠家修復(fù)回來(lái)的刀臺(tái)，在上線使用之前，應(yīng)對(duì)旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)的重復(fù)定位、鎖緊后圓周跳動(dòng)和鎖緊后旋轉(zhuǎn)軸軸向竄動(dòng)進(jìn)行打表，打表數(shù)據(jù)留底，以此檢驗(yàn)修復(fù)件的質(zhì)量，保證上線備件合格。具體數(shù)值為：試驗(yàn)壓力為：5．5 MPa，檢測(cè)工具為百分表、深度尺。

（1）旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)重復(fù)定位檢測(cè)，動(dòng)作順序：1#工位→2#工位→3#工位→4#工位→5#工位→1#工位，測(cè)量位置為刀座連接器與刀臺(tái)連接平面。旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)重復(fù)定位數(shù)據(jù)見表1。

表1 旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)重復(fù)定位數(shù)據(jù) /0.01 mm

檢測(cè)結(jié)果：鎖緊后圓周跳動(dòng)精度為0．01 mm以內(nèi)。

（2）圓周方向鎖緊后圓周跳動(dòng)檢測(cè)，1#工位→1#工位均為 0；2#工位→2#工位第 1、2、3 次為+0．005 mm，之后為 0 mm；3#工位→3#工位均為+0．02 mm；5#工位→5#工位均為 0；3#工位→3#工位均為-0．005 mm；按以上順序動(dòng)作。

檢測(cè)結(jié)果：圓周方向鎖緊后跳動(dòng)量精度在0．01 mm以內(nèi)。

（3）軸向鎖緊后軸向竄動(dòng)量檢測(cè)，1#工位→1#工位均為 0；2#工位→2#工位均為+0．005 mm；3#工位→3#工位為0 mm，4#工位→4#工位為0 mm，5#工位→5#工位第 1次為+0．002 mm 后均為+0．005 mm，按以上順序動(dòng)作。

檢測(cè)結(jié)果：軸向鎖緊后軸向竄動(dòng)量精度0．01 mm以內(nèi)。

4 結(jié)論

PMC Colinet車絲機(jī)是機(jī)械、電氣、液壓相互融合的高精密機(jī)床，因此應(yīng)引進(jìn)新的方式和思路來(lái)對(duì)自身原有的裝置進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)提高生產(chǎn)效率，減少使用和維修成本，降低設(shè)備的故障率。通過對(duì)車絲機(jī)旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析、技術(shù)改造與打表數(shù)據(jù)存檔，現(xiàn)車絲機(jī)由于旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)問題的停機(jī)時(shí)間大幅減少，旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)的修復(fù)質(zhì)量大幅提高。