双头双工位钢管内圆砂轮磨削装置的原理及应用

陈松涛 新乡市中原起重机械总厂有限公司,河南 新乡 453400

双头双工位钢管内圆砂轮磨削装置的原理及应用

陈松涛 新乡市中原起重机械总厂有限公司,河南 新乡 453400

本文通过对钢管内圆磨削加工的研究，结合国内钢管内圆磨削工艺的现状，提出了一种以双头、双工位为特点的砂轮磨削方案，这种磨削方案大大提高了磨削效率，并使磨削质量得到了稳定的控制。

双头双工位；钢管；内圆；砂轮磨削装置；PLC；接近开关；变频调速

1、双头双工位钢管内圆砂轮磨削装置的原理

双头双工位钢管内圆砂轮磨削装置配有四个砂轮磨头，采用砂轮对工件内圆去除表面氧化层，一次采用两工位可以加工两根钢管。工件自转两个磨头分别从工件两端同时轴向进给完成整件工件磨削，工件可成批连续加工，具有加工精度稳定、加工成本低、劳动强度低的特点。磨削过程采用干磨方式，更能稳定控制磨削质量和改善生产环境，适合于钢管内壁氧化层磨削。

1.1 设备主要参数

1.1.1 砂轮规格：Φ400×75mm（直径x宽度）

砂轮粒度： 10＃～36＃

1.1.2 工件直径范围：Φ400～820mm

1.1.3 工件长度范围：4～12.5m

1.1.4 工件材料：

20钢 15CrMo 12CrMoV 1Cr5Mo等合金钢管

1.1.5 工件允许弯曲度：3/1000mm

1.1.6 磨削压力：0.3～2.5kN

1.1.7 表面粗糙度：Ra≤25μm

1.1.8 单个工件重量：≤12000kg

1.1.9 砂轮线速度：60m/s

1.1.10 托轮直径：Φ520×170mm（直径×宽度）

1.1.11 托轮转速：8～36r/min（变频可调）

1.1.12 工件轴向进给速度：0.3～1.5m/min

1.1.13 磨头电机功率(4台)： 30kW

1.1.14 托轮驱动电机功率：7.5kW×2 (变频调节)

1.1.15 磨头轴向进给电机功率：2.2kW×2(12级变频调节)

1.1.16 电源：交流3相380v 50Hz

1.1.17 气源：0.4Mpa～0.6Mpa 6m3/h

该设备主要由砂轮磨头机构（4组）、托轮装置（2组）、磨头滑车机构（2组）、气动系统、电气控制系统等几部分组成。

1.2 磨头机构

分两组四个磨头左右对称布置，每个磨头主要由磨头主体、磨头抬刀机构、磨头浮动机构等组成。

1.2.1 磨头主体

主要由砂轮主轴、砂轮安装夹具、驱动电机、砂轮、铰链机构等组成。驱动电机是磨头驱动动力源。通过驱动电机带动砂轮高速旋转，配合磨头浮动机构调节压力使磨头沿铰链机构上下浮动，用砂轮压住工件内圆表面进行磨削。

1.2.2 磨头抬刀机构

主要完成磨头的进给和退让功能。主要由抬刀气缸和调整机构组成。该机构通过调整机构调节磨头初始位置，再由气缸控制磨头的进刀和抬刀，其目的是保证磨头有一个恒定的抬刀量，以控制磨头接触工件外圆时的平稳性，防止磨头冲击工件。

1.2.3 磨头浮动机构

采用气缸控制接触轮及砂轮的磨削压力，通过传感器反馈的电流信号自动调节比例阀进气压力，从而改变磨削压力的大小来控制磨削量。

1.3 托轮装置

该机构由两套托轮机构组成，共有6个直径520毫米的托轮。用于支承两个钢管并驱动钢管旋转。每个托轮机构由托轮、托轮轴、轴承座等组成。托轮用于支承两个钢管。六个托轮座安装在托轮支架上，托轮支架固定在基础上。两组托轮机构最大支承重量为24000kg。工件轴向限位机用于限制工件轴向窜动。

1.4 磨头滑车机构

四个砂轮磨头分别安装在两组磨头滑车机构上，通过滑车驱动机构可驱动磨头轴向进给对工件进行磨削。滑车驱动机构可采用变频调速调节合适的轴向进给速度。

1.5 电气控制系统

1.5.1 系统功能：

1.5.2 系统配置：自动化控制设备及元件

①、常用低压电器元件选用施耐德产品；

②、设备动作位置传感器选用天津图尔克接近开关。

③、托轮调速驱动变频器选用西门子产品，并留有合理的过载裕量。

④、电气控制主控单元PLC可编程控制器选用西门子S7-200型系列

⑤、变频调速控制的电机选用变频电机。

1.6 气动系统

1.6.1 系统功能：

①、满足磨头离开和接触工件。

②、满足在磨削过程中磨头具有的浮动性和接触工件压力的可调性。

1.6.2 系统配置：

由三联件、比例调节阀、压力表及压力表开关、电磁阀、调压阀、执行气缸及管线组成。

元件采用西南气动元件厂产品，比例调节阀选用SMC产品。

1.6.3 主要参数：0.4～0.6Mpa

2、双头双工位钢管内圆砂轮磨削装置的应用

双头双工位钢管内圆砂轮磨削装置的开发，使自动化控制技术、气动技术、定位技术、双杆双工位同时磨削技术等在钢管加工行业中得到充分利用，对科技进步起到了巨大的推动作用。大大提高了φ820及其以下系列热轧钢管的磨削质量及效率，满足了各行业对大口径无缝钢管的需求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.035