宝钢股份钢管厂1#油套管喷印机执行机构加工及安装工艺分析

束栋令

摘要：宝钢股份钢管厂的1#油套管喷印机执行机构在加工、安装调试过程中出现了一些问题，针对这些问题进行了分析。从加工精度、工艺和安装精度、工艺的角度出发讨论其对产品质量的影响，并对喷印机执行机构工作原理进行了介绍，根据其结构特点，提出了合理的加工工艺和安装工艺，该新工艺，为今后再制造该产品打下了良好工艺基础。

关键词：喷印机执行机构；喷印台车；喷印头；悬臂横梁；矩形导轨座；导向座；滚珠直线导轨；加工工艺；安装工艺

宝钢股份公司钢管厂1#油套管喷印机科研项目，由宝钢股份技术中心、宝钢机械制造分公司等部门通力协作获得圆满成功。经钢管厂现场10个月左右的生产考核，喷印机的喷印质量达到设计标准，完全能满足钢管分公司的生产工艺和生产节奏。宝钢股份公司钢管厂1#油套管喷印机，由其比较独特地方，一般钢板板材的喷印设备是给板材喷印字体时，板材运动后停下，让固定在特定位置的喷印机进行喷印，打出需要的字体，显示板材特性和生产日期等。而钢管厂生产钢管时，要显示其钢管特性和生产日期等，就要在钢管表面喷印字符，但钢管表面细长，不能集中喷印较多字符，如将喷印机喷印头固定，就打不出较长字符，生产出的钢管产品特性和生产日期无法全部显示，满足不了钢管生产的需要，为此，就需要喷印机喷头能移动，从而喷印出较长字符，满足现场钢管生产的需要。下面我们就介绍喷印机执行机构的主要结构及组成，看看喷印机喷印头是如何移动的。

1.喷印机执行机构主要构成

喷印机执行机构是钢管厂1#油套管喷印机的主要部件，是整个喷印机的骨架，其主要有支撑立柱、悬臂横樑、矩形导轨座、喷印台车等零部件组成，其结构详见图1。

支撑立柱共有两根，其主要作用是支撑悬臂横樑、矩形导轨座、喷印台车等部件。悬臂横梁下接矩形导轨座，矩形导轨座两侧装有两个导向座，其分布在左右两边，在导向座上装有滚珠直线导轨，让喷印台车悬挂在上面，使喷印台车能轻巧的在滚珠直线导轨上作直线运动。矩形导轨座下方装有齿条，该齿条与喷印台车上的电机齿轮啮合，用于驱动喷印台车沿水平方向作直线运动。喷印台车上不仅装有驱动电机、还装有升降汽缸，使喷印台车作上下的运动，另还装有一对锥齿轮及摇动手柄等，其控制喷印头在垂直方向进行微调，从而达到喷印机喷印头离钢管表面最佳距离，实行高质量的喷印字符的目的。

2.喷印机执行机构工作顺序

首先喷印台车上的电机转动，带动齿轮旋转，其齿轮与矩形导轨座上的齿条啮合，使喷印头在待喷钢管上方作沿水平X方向运动，运动到预先设定的位置停顿（由计算机程序控制），然后，喷印台车上的汽缸作运动（也有计算机程序控制），使喷印台车作垂直运动，将喷印头运动到待喷印的钢管表面上方的设定高度，如果高度过底或过高，就可利用手柄进行微调（不同直径的钢管只要微调一次就行了），与此同时，在钢管表面设定的地方，喷印头适时喷出规定的字符，喷印台车沿钢管水平方向一面运动，而喷印头也一面跟随连续喷印，从而完成在钢管上喷印较长的规定字符。喷完一根钢管后，电机反向旋转，齿轮、齿条啮合带动喷印台车和喷印头沿水平X方向反向运动，喷印台车和喷印头返回到起始位置，待喷下一根钢管。

3.加工及安装工艺分析

喷印机执行机构是保证喷印标记作业的载体，其结构形式、强度、刚度、定位与走行精度直接影响喷印标记作业的进行和喷印效果。本文对喷印机执行机构的结构形式、强度、刚度不作进一步讨论，仅对加工精度，安装定位和走行精度进行讨论。

本次科研项目的喷印机执行机构设计标准是：要求喷印头在有效喷印行程范围内（矩形导轨座长度12500mm、有效喷印行程距离为4545mm）、喷印字符在水平和垂直方向偏差，不超过正负2.5mm[1]，同时，要求在12500mm长的矩形导轨座上滚珠直线导轨和导轨付之间的相对滑动要灵活、齿轮和齿条啮合要平稳。在这么长的范围内，要达到这样较高的水平，这就对悬臂横梁、矩形导轨座、导向座、喷印台车等的加工质量、加工精度、加工工藝和安装精度、安装工艺提出了较高要求。如果加工精度、工艺和安装精度、工艺不到位，则就达不到设计要求，最终将会因传动系统不稳定把字符喷歪、喷糊，影响喷印质量，不利于钢管的生产。

当初，喷印机执行机构在预装调试时确实发生了一些问题。这些问题的产生，与加工精度、工艺不到位，安装工艺、精度不到位，有密切关系。产生的问题一：导向座安装在矩形导轨座上后，滑动不灵活，有卡滞现象。导向座1和导向座2（详见附图1）中台车侧面放大图，导向座1和导向座2在全长12.5米矩形导轨座上，它们在y方向上，最大误差有0.45毫米之多。产生的问题二：齿轮、齿条啮合后，其侧隙最大有0.75毫米之多。这样大的误差是肯定要影响喷印机执行机构的平稳传动的。产生第一个问题的原因是，安装工艺和加工工艺的问题。导向座1和2安装后，它们在y方向误差有0.45mm之多，肯定不是加工刨床本身有这么大的误差。详见附图2，打处*所有处尺寸都是在一部刨床上加工完成的，即使不在一个加工位上，其在刨床上调整工位的误差也不可能有0.45mm这么大。原因是滚珠直线导轨安装孔M6中心线偏移，导致滚珠直线导轨安装基准出了问题。当时，检测出来大多数M6孔的中心线与B基准面的尺寸都不一致，而且误差很多，最大有0.45mm，这说明说明M6孔加工有时，制造方没有按图纸要求控制好M6螺栓孔中心线的定位尺寸，且加工精度不高。如果当时加工时考虑将B面作为安装基准，来控制M6螺栓孔中心线，并保证加工精度，且M6螺栓孔与滚珠直线导轨上的孔配作，就不会产生那么大的误差。显然、这是加工工艺和加工精度问题，同时当初没有考虑M6螺栓孔与滚珠直线导轨进行配作，这是安装工艺考虑不周所至。产生第二问题原因是：既有齿条本身零件加工质量问题，也有电机轴上齿轮中心高和齿向没有调整到位的问题。

当时齿条加工非常粗糙，背面有微量扭曲，因此、整根齿条上齿根与齿根及齿顶与齿顶的尺寸都不一致；另外、电机底板座下安装定位销也没打，显然齿轮齿条的啮合状况没有很好调试过，如果调试过，预调整好后，应该及时打上定位销，把调整好的状态保持下来。这显然是制造方没有按我们图纸要求，对安装工艺没有做到位。所以，当时我们预组装后，检测出来齿条与齿轮最大侧隙有0.75毫米之多，完全无法实行齿轮和齿条的啮合，后来，对齿条进行了修理打磨，再反复对齿轮.齿条的安装位置精心调整，才基本解决了该问题。这是没有很好执行安装工艺要求的结果。我们在设计图纸上要求喷印机执行机构制造完成后进行预组装，但加工制造单位的分包方没有按图纸要求去做。同时，齿条加工精度也没有达到设计要求。

之后我们在为宝钢股份钢管厂承包制造第二台喷印机执行机构时，要求分包方严格控制加工精度和加工工艺，严格执行安装工艺，保证安装精度，我们第二次安装调试就非常顺利，图3是第二台喷印机执行机构工作时的情形，图4是其喷印在钢管上字符的成品效果图。

4.结束语

经历了喷印机执行机构科研项目的加工、安装、调试整个过程，再一次说明加工和安装工艺的重要性。在综合机械项目中，除了基本的每个零部件加工质量必须合格外，还必须保证这些零部件在整个机械系统中符合加工工艺和安装工艺的要求。必须考虑清楚先加工什么后加工什么，先安装那里后安装那里，只有这样才能保证整个机械系统的精度和质量。仅保证每个零部件加工合格是远远不够的，要从整个机械系统出发，考虑每个零部件的加工和安装工艺。由喷印机执行机构项目里所遇到的问题中，能得到一定的启示，对我们今后的工作应有一定的帮助。

喷印机执行机构在钢管厂应用至今情况良好，完全能满足生产工艺和生产节奏的要求。宝钢股份已运用该技术推广到宝钢股份以外的其他钢厂，为其他钢厂也制造喷印机执行机构。

参考文献：

[1]《机械设计手册》化学工业出版社endprint