钢管自动切断倒角机加工中提高工效及余料利用的研究

兰川　龙仁海

摘 要：该文通过对QGE-16×220型钢管自动切断倒角机工作现状分析，挖掘其潜能，提出设计制作一套上料装置和专用导引头提高钢管自动切断倒角机工效和解决该机加工中存在短料再利用及粗管料短料不能复用难题，提高了皮带输送机托辊生产线效率，满足了矿井安全生产的需要。

关键词：钢管自动切断倒角机 提高工效余料利用 研究

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0143-03

皮带输送机托辊半自动化生产线其第一道工序就是辊皮加工，采用了钢管自动切断倒角机对专用托辊钢管进行加工辊皮，钢管的上料和装夹非常麻烦，效率非常低；同时该道工序加工中会产生300 mm以下余料，如何解决和处理余料也是一大难题，处理不好会造成大量的人力、物力浪费。

1 生产现状

图1是QGE-16×220型钢管自动切断倒角机的工件装夹及加工示意图。

如图1所示，专用托辊管一端通过活动顶尖装夹在游动小车上，另一端通过设备的进料座穿过设备，被卡盘夹紧。其工作原理为：卡盘松开时，游动小车前进，推动钢管向切管机的刀具方向移动直至抵达定位位置，活动顶尖将钢管抵紧，夹紧油缸自动伸出推动夹头前进，卡盘随即将工件夹紧。卡盘旋转带动工件旋转（游动小车上的活动顶尖一同旋转），车刀自动进刀，将工件切下并倒角。随后卡盘松开即开始另一个工作循环。

目前专用托辊钢管长度大多为6 m，加工长度为315 mm的托辊最多。以此为例，用6 m长的钢管切315 mm长度的辊皮，可以切18件，一般情况下约12 min就可以切完（不包括上料时间），需换装另一根钢管。切下18件后还剩余约300 mm这部分余料可以加工280 mm长的托辊，但是由于游动小车的行程限制，以及切管机本身从进料座至卡盘的距离限制，无法对剩下的材料继续切削。

1.1 上料方式

用行车吊装上料，必须有2～3人协同操作，一人操作行车，其余人员用钢丝绳吊起一根钢管并将其稳住，移动钢管当钢管中心线大致与机床主轴孔中心线一致的时候，先将钢管一端伸入钢管自动切断倒角机的进料座约100～200 mm，再操作游动小车，使游动小车的活动顶尖伸入钢管之内，随即卸下钢丝绳，操作游动小车推动钢管前进直至伸入卡盘之内，上料工作才结束。每上一次料，耗时约10 min。以加工315 mm长的托辊为例，目前钢管自动切断倒角机每班下料仅350件，远未发挥切管机的效能。如果是加工更长的托辊，装料更为频繁，意味着需要更多地辅助时间，效率则更加低下。

1.2 余料

采用的办法是先将其堆码在切管机周围，待其达到约400～500件的时候，再安排汽车转运至精加工车间用普通车床逐件进行车削。堆码在钢管自动切断倒角机周围的余料，不但影响车间的文明生产，给车间带来了安全隐患；同时使用普通车床进行切削，效率大大降低，每班仅能切削约60件，而且由于使用普通车床进行切削，对车床主轴孔的要求较高（车床主轴孔需大于钢管的外径），对于Φ108以上的钢管，由于没有合适的车床，目前还无法解决这一问题。

2 提高工效及余料利用的实践研究

2.1 设计制作上料装置

如图2所示设计制作了一套上料装置解决该道工序中对行车的依赖性，同时减少上料时人员过多问题和钢管对钢管自动切断倒角机主轴孔对中问题，以实现减人提效。上料装置主要由两部分构成：堆料架和对中支撑架。

2.1.1 堆料架

堆料架实际上就是一个堆料平台，能堆放2捆钢管，约74根，目前常用材料多为6 m长，也有9 m的钢管，因此堆料架在纵向方向设计成3 m，材料在纵向方向居中放置，平稳性较好，不会有垮塌现象等安全隐患。两捆材料约3～4 t重，因此堆料架采用12#槽钢并加固焊制，保证其强度要求。

2.1.2 对中支撑架

对中支撑架是整个上料机构的核心装置。如图所示，其设计成“V”型结构，通过和挡块的共同作用，钢管落在架上之后，能自动对中，即钢管中心线能与钢管自动切断倒角机主轴孔中心线基本保持一致，不再需要人工操作对中。

对中支撑架的平台比堆料架堆料平台低70 mm，使支撑架一端形成约10°的斜面，端头与堆料架搭接，端头比堆料平台低5 mm。这样设计的优点是：人工将堆放区的一根钢管摆放至支撑架的斜面上，钢管通过其自重会自动下滑，直至抵住挡块对中，不需要人工再费时费力地对中，游动小车前进时带锥度的活动顶尖可自动伸入钢管内孔，推动钢管移动。对中支撑架设计成可调结构，高度可以通过调节螺栓进行调节，以适应不同规格的钢管对支撑架高度的要求。

2.1.3 上料装置安装布置及操作

图3是安装后的布置图。

对中支撑架共设计制作两件，分别为固定架和移动架。固定架安装在靠近设备进料座端面约200 mm处，并与导轨固定在一起；移动架安装在游动小车上，随游动小车一起移动，两支撑架的支撑平面高度一致。

游动小车将钢管抵紧、卡盘夹住钢管后，钢管会抬高约5 mm，使钢管与支撑架脱离接触，防止在钢管旋转时与支撑架发生干涉而产生安全事故。

在制作和安装堆料架时，需考虑游动小车的移动空间，防止堆料架干涉和阻碍游动小车的自由通过。

在安装好上料装置后，使用行车一次性吊运两捆钢管（74根）放置在堆料架上，解开捆绑绳后并按图2所示摆放好（约4层）。操作员工将最下层边缘的一根钢管推至支撑架的斜面上，靠自重的作用钢管自动对中，开动游动小车前移，带锥度的活动顶尖顺利伸入钢管之内并将钢管向机床主轴孔内推进，直到钢管端头抵住定位装置，机床启动自动切削。将一根钢管切完后，员工将下一根钢管推入支撑架，继续进行操作。

通过上述操作方式不但生产效率得到了很大的提高，同时也降低了行车的使用频率，提高了行车的使用寿命而且还降低了能耗。

2.2 余料解决方案

从钢管自动切断倒角机的加工工艺分析，出现剩余一段料无法进行加工是由于无法实现连续加工造成的，即：每上一次料，钢管之间形成了断档，由于后上的钢管与前面剩下的钢管之间断开了而无法有效推进剩余的钢管造成的。因此每加工一根钢管，均有一段可以利用的剩余材料，以致费时费力地用其它办法解决，造成了很大的浪费。只要后续钢管能有效与剩余钢管连接并能定位推进，就能有效解决这一问题。为此，设计制作导引头来加以解决。导引头如图4所示。

从图4可以看出，导引头用圆钢加工而成，两端设计成带锥度的圆锥，方便导引头顺利地深入钢管内孔之中，图四为加工Φ89钢管制作的导引头。Φ89钢管的孔径Φ79±0.3，因此将导引头嵌入孔内的外径设计为Φ78±0.1，导引头的最大外径为Φ89，与钢管直径匹配，导引头可以顺利地穿过设备的进料口、主轴孔和卡盘孔。如要加工其它规格的钢管，需另外制作与之相对应的导引头。导引头的工作原理是：当钢管加工至剩余约1200 mm时，停机将导引头装入露在进料侧的钢管孔内，然后将另一根钢管推入支撑架，将钢管的一端套入导引头，开动游动小车顶起钢管并推动钢管前进，就可以继续进行车削。直到将导引头顶出卡盘后，停止游动小车，取下导引头，此时第一根钢管被完全切完，开动游动小车推动钢管，进行第二根钢管的切削。采用此方法进行钢管加工，钢管剩余料一般为30～60mm（根据不同长度的托辊而不同），已没有加工价值，剩余材料全部为废料。

3 结语

通过对QGE-16×220型钢管自动切断倒角机工艺改进取得了显著效果。该机工效提高了近71%，整条皮带机托辊生产线效率提高达42%以上，使托辊生产线的效能得到了充分地发挥。按整条生产线的效率计算（每月按21日、每班按8h计算），每年可增产约35000支托辊，增加收入约200万元。另外，工艺改进后解决了托辊钢管切断剩余短料再利用问题及大管径材料无法加工而造成浪费的困难，还为节省行车使用时间约300h/年，既提高了行车的使用寿命，也降低了设备的维护费用。钢管自动切断倒角机加工中对工效提升及余料利用技术具有广泛的推广应用价值。

参考文献

[1] 肖继德，陈宁平.机床夹具设计[M].2版.北京：机械工业出版社，2013.

[2] 闻邦椿.机械设计手册[M].5版.机械工业出版社，2010.