PMC Colinet车丝机旋转刀台结构分析与改造

边 境，杨 权

（天津钢管集团股份有限公司，天津300301）

0 引言

天管元通管材制品有限公司是天津钢管集团股份有限公司旗下的一家子公司，厂区位于天津港保税区，2007年当年建厂,其中共安装有车丝机4台型号RPP13-5和2台型号为RPP7-5，车丝机供应商为PMC Colinet公司。

PMC Colinet制造的管端螺纹车丝机是专业加工石油套管和油管管端螺纹的高精度数控机床。管柱在井下要长时间承受拉伸、弯曲、内压、外挤压等复合载荷作用，其失效损坏事故大部分发生在螺纹接头处，螺纹连接部位是钢管最薄弱的环节。车丝机旋转刀台是加工管端螺纹最重要的部分之一，旋转刀台的稳定性直接影响着螺纹的锥度、中径和密封面的精度。

1 旋转刀台的工作原理

旋转刀台所有动作均由液压实现，并且依靠液压驱动进行旋转，电气元件进行控制，机械部件进行精确定位。旋转刀台旋转时，位置检测有3个电气位置传感器，锁紧检测有1个电气位置传感器。

1.1 刀台机械结构

旋转刀台主要由液压马达、定位销、减速销、电磁换向阀、传感器、旋转主轴和定位环、减速环等主要部件组成，见图1。

1.2 旋转刀台的工作原理

旋转刀台工作需实现定位销松开、主轴旋转、减速销减速以及锁紧等动作，动作的实现由液压控制，其液压原理图见图2。

松开与旋转：NC程序发出刀台旋转的代码指令后，PLC接收到代码指令开始执行刀台动作，PLC输出电磁换向阀SQL2得电，定位销缩回液压马达开始旋转。

减速销减速：液压马达旋转后，延时时间T1，电磁换向阀SQL1得电，减速销伸出，减速销通过与减速环的摩擦实现主轴减速。

减速与定位：减速销伸出后，延时时间T2，电磁换向阀SQL2断电，液压马达停止旋转，此时定位销伸出。定位销伸出嵌入定位环锁紧到位后，刀台锁紧信号被传感器检测到，此时电磁换向阀SQL1断电，减速销缩回，至此M指令通过PLC完成，刀台完成旋转动作。

停止状态：电磁换向阀SQL1和电磁换向阀SQL2均断电，定位销伸出进行锁紧刀台，减速销回退。

图1 旋转刀台机械结构图

图2 旋转刀台液压原理图

2 刀台旋转不到位分析

车丝机为每天24h连续生产设备，在生产加工过程中，旋转刀台工位经常出现旋转不到位的情况。该情况的发生既影响了产品质量，又限制了产量。通过反复检查并对线下零部件进行认真分析，找出了问题所在：旋转刀台出现旋转不到位是由于液压、润滑、工件磨损以及电气传感器灵敏度下降等几方面原因。

为了不影响生产，充分利用点检和检修时间，对造成刀台旋转不到位的问题，逐项进行整改，现针对机械、电气、液压和加工程序及工艺方面进行分析并且给出维护方案：

2.1 机械方面

通过定期对旋转刀台铜套加注高负载、耐高温的润滑脂减小主轴和铜套的摩擦力，消除了主轴转动过程中的卡滞现象。

（1）定期检查液压马达，液压马达长时间高频率使用过程中，会出现内部泄漏的情况，液压马达内泄会使主轴旋转不到位，从而造成定位不精的情况。

（2）定期检查电磁阀SQL1和SQL2，电磁阀卡顿会造成减速销或者定位销伸出慢，甚至造成伸出不到位的情况。

（3）定期检查定位销、减速销和定位环和减速环磨损情况，长期加工过程中减速销和减速环摩擦，定位销和定位环摩擦经常会出现磨损起毛的现象，从而造成刀台主轴不能旋转到位的情况，因此建议定修期间及时更换磨损的定位环和减速环。

2.2 电气方面

（1）通过增加延时时间T2，延缓刀台的旋转时间，使定位销完全卡入定位环中。

（2）定期检查旋转刀台4个传感器的得电、断电情况。如果出现传感器得电延时或者不得电的现象，应及时更换传感器。

2.3 液压方面

液压系统为车丝机的主要驱动系统，要降低故障率提高生产效率，就必须关注机床的液压系统。机床在维护点检过程中要定期检测并且更换液压油，确保液压油的清洁度，目前主要鉴别液压油是否更换的方法有：（1）手捻法：将液压油捻在手指之间反复研磨，若感到手指之间的砂粒之类较大摩擦感，则表明润滑油内杂质多，应更换新润滑油。（2）油滴痕迹法：取一张干净的白色滤试纸，滴油数滴在滤试纸上，待润滑油渗漏后，若表面有黑色粉末，用手触摸有阻涩感，则说明润滑油里面杂质已很多，此时液压油必须要更换。如果长期使用污染严重的液压油，会对液压系统造成不可逆的损坏，因此要定时检测和更换液压油，确保液压系统的正常运行。

2.4 对加工程序合理调整

在车丝机旋转刀台车丝的加工过程中，管端在被切削时会有不同程度的弹性形变，由于钢管的钢级不同，有的钢管钢级比较高，加工程序编制中，对于车丝切削量分配问题，如车丝余量太多，造成吃刀深度太大，从而使车丝机旋转刀台受力过大，长期大负荷使用会造成旋转刀台铜套磨损加快。解决方法：根据车丝余量的大小及不同钢级、硬度，可适当地采取将车丝由一遍改为两遍的应对方法以降低刀台负荷，从而延长刀台使用寿命。

3 分析并确定备用件的修复质量

由于刀台受力较大，且刀台为精密设备，因此对于磨损严重的刀台，一般选择外委厂家进行专业的修复。

3.1 修复的工艺要求

（1）工件φ180 mm处（见图1）磨损处表面，激光补焊厚度1 mm，补焊高度40 mm，硬度达到HRC55，按公差要求进行修磨。

（2）配做铜套加工完后镶入刀台内部，要求铜套所加工锥面与刀台本体同心度小于0．0 2mm（材质要求为锡青铜，材料由厂家乙方提供并加工）,对铜套锥面表面进行配研，保证轴锥面与铜套锥面最小接触面达到85%以上。

（3）工件φ180 mm（见图1）处磨损处表面，激光补焊厚度1 mm，补焊高度45 mm，硬度达到HRC55，按公差要求进行修磨。

3.2 外委厂家修复后的刀台处理

对于外委厂家修复回来的刀台，在上线使用之前，应对旋转刀台的重复定位、锁紧后圆周跳动和锁紧后旋转轴轴向窜动进行打表，打表数据留底，以此检验修复件的质量，保证上线备件合格。具体数值为：试验压力为：5．5 MPa，检测工具为百分表、深度尺。

（1）旋转刀台旋转重复定位检测，动作顺序：1#工位→2#工位→3#工位→4#工位→5#工位→1#工位，测量位置为刀座连接器与刀台连接平面。旋转刀台重复定位数据见表1。

表1 旋转刀台重复定位数据 /0.01 mm

检测结果：锁紧后圆周跳动精度为0．01 mm以内。

（2）圆周方向锁紧后圆周跳动检测，1#工位→1#工位均为 0；2#工位→2#工位第 1、2、3 次为+0．005 mm，之后为 0 mm；3#工位→3#工位均为+0．02 mm；5#工位→5#工位均为 0；3#工位→3#工位均为-0．005 mm；按以上顺序动作。

检测结果：圆周方向锁紧后跳动量精度在0．01 mm以内。

（3）轴向锁紧后轴向窜动量检测，1#工位→1#工位均为 0；2#工位→2#工位均为+0．005 mm；3#工位→3#工位为0 mm，4#工位→4#工位为0 mm，5#工位→5#工位第 1次为+0．002 mm 后均为+0．005 mm，按以上顺序动作。

检测结果：轴向锁紧后轴向窜动量精度0．01 mm以内。

4 结论

PMC Colinet车丝机是机械、电气、液压相互融合的高精密机床，因此应引进新的方式和思路来对自身原有的装置进行优化，以此来提高生产效率，减少使用和维修成本，降低设备的故障率。通过对车丝机旋转刀台的结构分析、技术改造与打表数据存档，现车丝机由于旋转刀台问题的停机时间大幅减少，旋转刀台的修复质量大幅提高。