用浮动刀盘加工焊管坡口

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目前无缝钢管件焊接坡口的加工大多采用端面铣削或车削（只有大管径时才采用磨削）。加工时，刀具与工件之间相对转动，且回转中心距保持一定。从生产中发现，用这种方式加工的产品很难达到GB12459-89标准中规定的端面公差要求。问题的关键在于管件成型公差带范围远大于机加工坡口的公差带。例如，一管径为325mm的管件成型后的合格尺寸为mm，即在任一径向方向测量，只要外径在322～329mm范围内即为合格品。其焊接坡口尺寸要求如图1所示。

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图1

　　从图1可见，管件端平面尺寸1.6±0.8mm是焊接工艺要求必须保证的尺寸，是以管件内壁为基准的，而管件的成型尺寸是以管件轴心线为基准，且机加工公差带远小于管件成型公差带。由于管件成型与机加工的尺寸基准不同，加之公差带差距较大，所以采用以回转中心为加工基准的定刀加工法不尽合理。

1．固定刀盘加工管件坡口误差分析

　　在理想状态下（管件壁厚、直径均无误差，刀具主轴径跳忽略不计）分析斜刀（角度刀）加工过程（见图2），将轴向定为X，径向定为Y，刀刃形成的直线方程为y＝kx。在理想状态下，外径与斜刀的接触点在Y方向不变，在X方向则随进刀量的变化而变化，外径与内径端面应为正圆形，侧视应为一垂直线。但实际加工中，管件直径、管壁厚度均有误差。当y有增量Δy，x随刀刃则有一变量Δx，那么随着径向方向的变化，x也相应变化，即加工出的管件端面是一空间曲面。由于加工端面（1．6±0．8mm）的平刀与斜刀在刀盘上互成180°，调好位置后固定不变。当刀盘旋转时，若管径在y方向增加Δy，则斜刀切削量加大，端面平刀口变小（有时甚至为0），很难保证1．6±0．8mm尺寸的加工精度。

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1．斜刀　2．固定刀盘　3．平刀 
图2

2．浮动刀盘的结构设计

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　　为解决上述问题，我们将固定刀盘改为浮动刀盘，即将加工基准选在管件内壁，并使刀体随基准径向浮动，这样管件直径方向的误差就可消除，仅剩管壁厚度误差，此误差可由生产厂家保证。浮动刀盘的结构见图3。

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1．支撑滚轮　2．斜刀　3．限位螺钉　4．滑块　5．浮动刀盘6．弹簧　7．平刀
图3

　　斜刀及支撑滚轮装在一径向滑块上，滑块在刀盘上能径向自由滑动，在其下部加一弹簧力，使滚轮保持压紧管件内壁，从而起到以管件内壁为加工基准的作用。为防止浮动刀脱出刀盘，在斜刀上方加限位螺钉。加工时，刀盘转动，带动浮动刀体旋转，基准轮在弹簧力及离心力作用下，始终压向管件内壁且沿管件内壁滚动。斜刀切削管壁形成37．5°的坡口（由斜刀的角度确定）。在刀盘上与斜刀成180°的位置装一把平刀，调整好高度，切除管件端面锐角，形成端平面1．6±0．8mm，其尺寸通过调整平刀与斜刀的相对位置来保证。
　　浮动刀盘从结构上保证了加工基准与设计基准的一致性。对管件定位要求较宽松，只要管件轴心线与刀具回转中心基本平行即可，不要求严格同心，从而缩短了工件夹紧时调整同心的时间。【MechNet】