专利名称：管材外圆修配器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管材外圆修配器，该装置特别适用于走向复杂管材距端面40mm 内外圆及端面加工。
背景技术：
管材是各类航空、航天器产品及制冷设备必不可少的重要组成部分，随着型号任 务数量增多，涉及管材的生产任务成倍增长，管材种类、规格、走向多样化，种类包括Ω型 管、Φ型管、方形热管等，规格Φ6 30，其走向多为三维空间布局。导管型材管-管对接 焊前需要对管材距端面30mm内管口进行修圆加工才能满足焊接的需求。如焊缝质量不合 格，需对不合格焊缝截断重新进行修圆加工，以满足重新焊接的需求。由于上述导管型材外形多样，导管空间尺寸大、走向多样复杂，待加工管口所处位 置随机性强、朝向各异，甚至有些导管产品与其它仪器设备相连无法拆除。在这种情况下， 传统的车床和铣床无法对导管管口进行修圆加工，端面修平器只能通过外圆定位对圆导管 端面进行加工，不能加工导管外圆。因此，只能采用手工修锉的方式进行。手工修锉管材外圆的方式劳动强度大、生产效率低，不仅不能满足产品进度的需 求，而且不能满足焊接对导管外圆精度及壁厚精度的要求，严重制约管材焊接的可靠性和 一致性，使其成为管材产品研制生产的瓶颈，急需一种便捷且能快速精确加工管材外圆的
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发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，采用管材外圆修配器，实现对不 同种类、不同规格、处于任意弯曲状态下的管材待焊管口进行外圆精加工。本发明的技术解决方案是一种管材外圆修配器，包括小托板、动力机构、小底板、 大底板、刀架、管件夹持架、芯轴、刀具和对刀条；刀架和动力机构安装在小底板的左右两 端，刀架的主轴与动力机构同轴；小底板安装在小托板上，小托板为进给机构，刀架的主轴 与小托板的进给方向平行；管件夹持架和小托板安装在大底板上，刀架的主轴与管件夹持 架的管件夹持架安装底座的圆弧定位面同轴；依据加工外圆尺寸选择相应对刀条调节安装 在刀架上刀具的位置，刀具安装好后，对刀条从主轴中心腔内取出；待加工管件固定在夹持 架安装底座上，芯轴一端为外六角形状，另一端为夹持端，芯轴夹持端与待加工管件内撑配 合后，芯轴的另一端插入主轴中心腔内，加工时，芯轴处于静止状态，刀架在动力机构的驱 动下相对芯轴做旋转运动，小托板完成直线进给，完成加工。还包括旋紧块，旋紧块安装在刀架主轴中心腔内，与芯轴外六角端配合，通过旋转 实现待加工管件的装卸。 所述的通过旋转实现待加工管件的装卸有自动和手动两种实现方式，当自动时， 采用动力机构提供旋转动力；当手动时，在主轴上安装一个助力杆，通过手动旋转助力杆提 供旋转动力。
所述的芯轴包括内芯和外套；内芯一端为开口缩小的锥体，另一端为外六角形状； 外套套在内芯外，外套夹持端腔内为开口缩小的锥腔，与内芯相应端配合；外套另一端与内 芯采用梯形螺接方式实现内芯相对于外套的直线运动，进而使外套的夹持端外径变化，实 现对待加工管件的装卸。 所述的外套采用双点面定位，实现对待加工管件为弯曲导管时的有效定位。还包括保护罩，保护罩由支架安装板、保护罩支撑架和透明保护罩组成；透明保护 罩通过支架安装板和保护罩支撑架支撑并安装在小底板上，透明保护罩及保护罩支撑架通 过保护罩支撑架的T型槽滑动，实现加工区域的保护与开启。所述的刀具采用4把刀具，按照与待加工管件的接触先后顺序依次为外圆加工刀 具、粗加工刀具、2把精加工刀具；刀具之间沿进给方向的距离0. 4 0. 6mm。所述的刀架包括刀架安装底座、刀架安装底座上盖、主轴、轴承套盖、第一向心球 轴承、轴承套、第二向心球轴承、挡屑螺母；第二向心球轴承内嵌在主轴中心腔内，挡屑螺母 安装在主轴的端部，防止金属屑进入主轴中心腔内，主轴通过安装在刀架安装底座和刀架 安装底座上盖的第一向心球轴承实现转动，主轴端部的刀具安装槽采用非对称式设计，以 保证刀具的切削点位于待加工管件的切线法向位置。所述的主轴中心腔的长度根据待加工管件的加工长度进行调整。本发明与现有技术相比有益效果为(1)本发明实现了导管空间尺寸大、走向多样复杂、外形多样导管型材管口 40mm 内外圆自动加工。通过活塞式芯轴，实现了管材静态加工，能够对不同种类、规格的管材端 口 40mm内外圆及端面进行精加工。(2)本发明通过采用多刀组合一体化快速加工，实现了导管型材管口 40mm内外圆 精加工，外圆尺寸精度高，壁厚均勻，同轴度和椭圆度小于0. 05，为管-管对接焊提供了可 靠的技术保证；(3)本发明使生产效率明显提高、工人劳动强度大幅降低，经济效益显著。(4)本发明用于管件距端面40mm范围内外圆加工，通过增加主轴29中心腔及芯 轴7的长度，增加芯轴7在主轴29中心腔内的相对直线运动距离，从而增加管件加工时的 进给长度，扩展本发明的加工范围。(5)本发明加工效率高，能够实现外圆加工、粗加工、精加工一次进给完成。(6)本发明加工精度高，采用四个刀加工，每个刀具的切削量小，四个刀具在四个 象限位置同时加工，管件震动小、加工精度高，同轴度和椭圆度小于0. 05。(7)本发明刀具磨损小，针对外圆加工、粗加工、精加工采用相应功能刀具，对刀具 的冲击力小，刀具寿命长。
图1为本发明机构的装配图，其中，Ia为A-A剖视图，Ib为主视图，Ic为左视图，Id 为俯视图，Ie为三维视图；图2为本发明对刀条示意图；图3为本发明刀架装配图；其中，3a为A-A剖视图，3b为主视图，3c为左视图，3d 为俯视图，3e为三维视图4为本发明管件夹持器装配图；其中，4a为A_A剖视图，4b为主视图，4c为左视 图，4d为三维视图，4e为俯视图；图5为本发明芯轴装配图，5a为A_A剖视图，5b为主视图，5c为三维视图；图6为本发明保护罩的示意图；图7为本发明芯轴与管件装配关系三维剖视图；图8为本发明4把刀具的装配关系示意图； 图9为Ω型管加工前模型示意图；图10为Ω型管两把修圆刀具修圆后模型示意图；图11为Ω型管经过粗加工刀具和精加工刀具加工后模型示意图。
具体实施例方式如图1、2、3、4、5、6所示，本发明管材外圆修配器，包括小托板1、动力机构2、小底 板3、大底板4、刀架5、管件夹持架6、芯轴7、Μ10内六角圆柱头螺钉8、Φ 10平垫圈9、Φ 10 弹簧垫圈10、Μ8内六角圆柱头螺钉11(14)、Φ8平垫圈12 (15)、Φ8弹簧垫圈13 (16)、刀具 18、旋紧块20、助力杆19、保护罩21、对刀条22 ；刀架5包括刀架安装底座23、刀架安装底 座上盖24、Μ3内六角圆柱头螺钉25、Φ 3平垫圈26、Φ 3弹簧垫圈27、Μ6内六角平端紧定 螺钉28、主轴29、轴承套盖30、Μ2十字槽沉头螺钉31、100808单列向心球轴承32、轴承套 33、1000803单列向心球轴承34、挡屑螺母35 ；管件夹持器6包括管件夹持架安装底座36、 固定销钉37、T型螺母38、顶紧螺钉39、旋转销钉40、压紧条41、压紧螺母42、夹块组件43 ； 芯轴7包括芯轴内芯44和芯轴外套45 ；保护罩21包括支架安装板46、保护罩支撑架47、 透明保护罩48。整体装配及运动关系为刀架5和动力机构2 (本例中采用可调速正反转动力机 构，可采用可调速正反转电钻或电机)，采用螺接安装在小底板3上，刀架5的主轴29与动 力机构2同轴；小底板3采用螺接安装在小托板1上，小托板1为进给机构，刀架5的主轴 29与小托板1的进给方向平行；管件夹持架6和小托板1采用螺接安装在大底板4上，刀 架5的主轴29与管件夹持架6的管件夹持架安装底座36的圆弧定位面同轴；刀具18用刀 架5上的Μ6内六角平端紧定螺钉28安装在刀架5上，依据加工外圆尺寸选择相应对刀条 22调节安装在刀架5上刀具18的位置，刀具18安装好后，对刀条22 (如图2所示)从主轴 29中心腔内取出。刀具18采用4刀系统，分别完成修圆、粗加工和精加工，按照与待加工管 件的接触先后顺序依次为外圆加工刀具、粗加工刀具、2把精加工刀具；刀具之间沿进给方 向的距离0. 4 0. 6mm。端面加工时，将刀具18向轴心偏移并贴近刀架5 ；芯轴7与刀架5 的1000803单列向心球轴承34轴孔配合，加工时管件位于17处，芯轴7处于静态，随着小 托板1的进给与1000803单列向心球轴承内衬做相对直线运动；旋紧块20位于刀架5的主 轴29中心腔圆槽内，通过在槽内沿主轴29轴线滑动实现与芯轴7的外六角配合和脱离，用 助力杆19手动实现芯轴7与管件的锁紧与松脱，也可不采用助力杆19，通过动力机构正反 转自动实现芯轴7与管件的锁紧与松脱。如图3所示，刀架5的装配及运动关系为第二向心球轴承34 (采用1000803单列 向心球轴承)内嵌在主轴29中心腔内，挡屑螺母35安装在主轴29的端部，防止金属屑进 入主轴29中心腔内，主轴通过安装在刀架安装底座23和刀架安装底座上盖24的第一向心球轴承32 (采用100808单列向心球轴承)实现转 动，主轴上的刀具安装槽采用非对称式设 计，以保证刀具18的切削点位于待加工管件的切线法向位置(如图3中3c所示，刀具18 安装在3c图中的4个槽内，由16个M6内六角平端紧定螺钉28固定刀具18，刀具18的安 装状态如图8所示，通过调整M6内六角平端紧定螺钉28使刀具的切削方向与管件切削位 置的切线重合，使刀具具有最佳的切削位置。图8中刀具a完成修外圆加工，刀具b完成粗 加工，刀具c、d完成两次精加工，当反向进给时刀具d再次完成一次精加工)。主轴29中 心腔的长度根据待加工管件的加工长度可以进行调整。如图4所示，管件夹持器6的装配与运动关系为松动压紧螺母42，压紧条41以 旋转销钉40为轴旋转，可以实现依据管材外形对夹块组件43的更换，通过转动T型螺母38 和顶紧螺钉39调节夹块组件43无圆弧部分b(如图4中4c所示)实现对管材的固定，夹 块组件43圆弧部分a(如图4中4c所示)实现与管件夹持架安装底座36的配合。如图5所示，所述的芯轴7包括内芯44和外套45 ；内芯44 一端为开口缩小的锥 体，另一端为外六角形状；外套45套在内芯44外，外套45夹持端腔内为开口缩小的锥腔， 与内芯44相应端配合；外套45另一端与内芯44采用梯形螺接方式实现内芯44相对于外 套45的直线运动，进而使外套45的夹持端外径变化，实现对待加工管件的装卸，芯轴与管 件装配关系剖视图如图7所示。芯轴7的装配及运动关系为通过芯轴内芯44和芯轴外套 45实现对管件的锁紧与松脱，芯轴外套45采用双点面定位，实现对弯曲导管的有效定位。如图6所示，保护罩21由支架安装板46、保护罩支撑架47和透明保护罩48组成， 保护罩21采用螺接安装在小底板3上。保护罩21的装配及运动关系为透明保护罩48通 过支架安装板46和保护罩支撑架47支撑并安装在小底板3上，支架安装板46和保护罩支 撑架47可以沿保护罩支撑架47的T型槽滑动，实现加工区域的保护与开启。加工时使管材处于静态加工状态，采用活塞式芯轴定位，芯轴可以从装置腔体内 抽出，且与腔体精密配合，实现导向和精确定位功能。采用4个刀具，实现异型管(如方管、 翼型管、Ω型管)修圆、粗加工、精加工一次完成，其中精加工刀具随活塞式芯轴在腔体内 的进出实现两次精加工。这里以一段Ω型管为例，说明该装置的加工过程1)管材安装将加工前的管材(如图9所示)在图1中17所示的位置装入，装入至芯轴7定位 处，管材与芯轴7装配关系如图7所示，顺时针转动T型螺母38，固定管材。2)芯轴快速装配向前拨动图1所示旋紧块20、助力杆19，正向驱动，完成管材快速定位，向后拨动 旋紧块20、助力杆19。3)管材加工正向驱动，利用图1中小托板1正向进给，进行管材加工，直接达到如图11所示状 态(图10为Ω型管只用修圆刀具修圆后模型示意图)，利用图1中小托板1反向进给，再 次完成精加工；4)芯轴快速拆卸向前拨动图1所示旋紧块20、助力杆19，反向驱动，完成管材快速拆卸，向后拨动 旋紧块20、助力杆19。
5)取出管材 逆时针转动图1所示T型螺母38，取出管材。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
权利要求
1.一种管材外圆修配器，其特征在于包括小托板(1)、动力机构( 、小底板C3)、大底 板、刀架(5)、管件夹持架(6)、芯轴(7)、刀具(18)和对刀条02)；刀架(5)和动力机 构⑵安装在小底板⑶的左右两端，刀架(5)的主轴09)与动机机构(2)同轴；小底板 (3)安装在小托板(1)上，小托板(1)为进给机构，刀架(5)的主轴09)与小托板(1)的进 给方向平行；管件夹持架(6)和小托板(1)安装在大底板(4)上，刀架(5)的主轴09)与 管件夹持架(6)的管件夹持架安装底座(36)的圆弧定位面同轴；依据加工外圆尺寸选择相 应对刀条02)调节安装在刀架(5)上刀具(18)的位置，刀具(18)安装好后，对刀条02) 从主轴09)中心腔内取出；待加工管件固定在管件夹持架(6)的夹块组件上，芯轴 (7) 一端为外六角形状，另一端为夹持端，芯轴(7)夹持端与待加工管件内撑配合后，芯轴 (7)的另一端插入主轴09)中心腔内，加工时，芯轴(7)处于静止状态，刀架( 在动力机 构的驱动下相对芯轴(7)做旋转运动，小托板(1)完成直线进给，完成加工。
2.根据权利要求1所述的管材外圆修配器，其特征在于还包括旋紧块(20)，旋紧块 (20)安装在刀架(5)主轴09)中心腔内，与芯轴(7)外六角端配合，通过旋转实现待加工 管件的装卸。
3.根据权利要求2所述的管材外圆修配器，其特征在于所述的通过旋转实现待加工 管件的装卸有自动和手动两种实现方式，当自动时，采用动力机构(2)提供旋转动力；当手 动时，在主轴09)上安装一个助力杆(19)，通过手动旋转助力杆(19)提供旋转动力。
4.根据权利要求1或2所述的管材外圆修配器，其特征在于所述的芯轴(7)包括内 芯(44)和外套(45)；内芯(44) 一端为开口缩小的锥体，另一端为外六角形状；外套(45) 套在内芯G4)外，外套05)夹持端腔内为开口缩小的锥腔，与内芯G4)相应端配合；外套 (45)另一端与内芯04)采用梯形螺接方式实现内芯G4)相对于外套05)的直线运动，进 而使外套0 的夹持端外径变化，实现对待加工管件的装卸。
5.根据权利要求4所述的管材外圆修配器，其特征在于所述的外套0 采用双点面 定位，实现对待加工管件为弯曲导管时的有效定位。
6.根据权利要求1或2所述的管材外圆修配器，其特征在于还包括保护罩(21)，保护 罩由支架安装板(46)、保护罩支撑架07)和透明保护罩08)组成；透明保护罩08) 通过支架安装板G6)和保护罩支撑架G7)支撑并安装在小底板(3)上，透明保护罩08) 及保护罩支撑架G7)通过保护罩支撑架07)的T型槽滑动，实现加工区域的保护与开启。
7.根据权利要求1所述的管材外圆修配器，其特征在于所述的刀具(18)采用4把刀 具，按照与待加工管件的接触先后顺序依次为外圆加工刀具、粗加工刀具、2把精加工刀具； 刀具之间沿进给方向的距离0. 4 0. 6mm。
8.根据权利要求1或2所述的管材外圆修配器，其特征在于所述的刀架( 包括刀架 安装底座(23)、刀架安装底座上盖(M)、主轴( )、轴承套盖(30)、第一向心球轴承(32)、 轴承套(33)、第二向心球轴承(34)、挡屑螺母(35)；第二向心球轴承(34)内嵌在主轴09)中心腔内，挡屑螺母(3 安装在主轴09)的 端部，防止金属屑进入主轴09)中心腔内，主轴09)通过安装在刀架安装底座和刀 架安装底座上盖04)的第一向心球轴承(32)实现转动，主轴09)端部的刀具安装槽采用 非对称式设计，以保证刀具(18)的切削点位于待加工管件的切线法向位置。
9.根据权利要求8所述的管材外圆修配器，其特征在于所述的主轴09)中心腔的长度根据待加工管件的加工长度进行调整。
全文摘要
一种管材外圆修配器，刀架和动力机构安装在小底板的左右两端，刀架的主轴与动力机构同轴；小底板安装在小托板上，小托板为进给机构，刀架的主轴与小托板的进给方向平行；管件夹持架和小托板安装在大底板上，刀架的主轴与管件夹持架的管件夹持架安装底座的圆弧定位面同轴；依据加工外圆尺寸选择相应对刀条调节安装在刀架上刀具的位置，刀具安装好后，对刀条从主轴中心腔内取出；待加工管件固定在夹持架安装底座上，芯轴一端为外六角形状，另一端为夹持端，芯轴夹持端与待加工管件内撑配合后，芯轴的另一端插入主轴中心腔内，加工时，芯轴处于静止状态，刀架在动力机构的驱动下相对芯轴做旋转运动，小托板完成直线进给，完成加工。
文档编号B23D79/02GK102069235SQ20101057547
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者侯文德, 徐杰, 杜会桥, 杨颂华, 王奇娟, 王文超, 薛忠明, 路永平, 高战蛟 申请人:北京卫星制造厂