基于無縫鋼管的穿軸管倒角去毛刺一體化加工技術(shù)研究

穿軸管作為機(jī)械傳動、流體輸送等領(lǐng)域的關(guān)鍵零部件，其核心基材多采用無縫鋼管。在穿軸管裝配與使用過程中，管端毛刺及端面平整度直接影響軸類零件的裝配精度、運(yùn)動穩(wěn)定性，甚至可能因毛刺脫落引發(fā)設(shè)備卡滯、磨損等故障。傳統(tǒng)加工模式下，穿軸管倒角與去毛刺多為獨(dú)立工序，存在加工效率低、尺寸一致性差、人工干預(yù)多等問題，難以滿足規(guī)�；a(chǎn)需求�；诖�，本文開展無縫鋼管穿軸管倒角去毛刺一體化加工技術(shù)研究，通過工藝整合、設(shè)備優(yōu)化及參數(shù)匹配，實(shí)現(xiàn)加工質(zhì)量與效率的協(xié)同提升。

一、技術(shù)背景與現(xiàn)存問題 1. 穿軸管加工技術(shù)現(xiàn)狀

無縫鋼管穿軸管的管端加工需滿足雙重要求：一是通過倒角加工形成特定角度的錐面（常見45°、60°），便于軸類零件裝配導(dǎo)向；二是去除切割、沖壓等前置工序產(chǎn)生的毛刺（包括外圓毛刺、內(nèi)孔毛刺及端面飛邊），保障裝配面平整。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)主流加工方式分為兩類：一類是采用普通車床分步加工，先完成倒角，再通過人工打磨或?qū)Ｓ萌ッ坦ぞ叨翁幚恚ば蜷g需重復(fù)裝夾定位；另一類是采用半自動倒角設(shè)備完成倒角加工，毛刺去除仍依賴人工補(bǔ)加工。

2. 傳統(tǒng)加工模式的核心問題

• 加工效率低下：獨(dú)立工序?qū)е录庸ぶ芷陂L，如單根Φ50mm規(guī)格穿軸管的倒角+去毛刺傳統(tǒng)加工耗時可達(dá)15-20s/件，難以匹配規(guī)�；a(chǎn)節(jié)奏；

• 尺寸一致性差：重復(fù)裝夾易產(chǎn)生定位誤差，導(dǎo)致倒角角度偏差、端面垂直度超差，同時人工去毛刺質(zhì)量受操作技能影響大，難以保證批量產(chǎn)品的均一性；

• 生產(chǎn)環(huán)境惡劣：傳統(tǒng)加工過程中，毛刺打磨產(chǎn)生的金屬粉塵及加工噪音無有效管控，危害操作人員身體健康，且粉塵收集不及時易引發(fā)設(shè)備故障；

• 綜合成本偏高：多工序需配備專用設(shè)備及操作人員，人工成本與設(shè)備折舊成本疊加，同時廢品率較高進(jìn)一步推高生產(chǎn)成本。

  
  

一體化加工技術(shù)的核心思路是通過“工藝整合+設(shè)備集成+自動化控制”，實(shí)現(xiàn)穿軸管從裝夾定位到倒角、去毛刺的一次性完成。基于無縫鋼管的材質(zhì)特性（如20、Q235的韌性差異）及穿軸管的加工要求，設(shè)計的一體化加工方案主要包含設(shè)備集成系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)及自動化控制系統(tǒng)三部分，整體流程為：自動送料→精準(zhǔn)定位→同步倒角去毛刺→粉塵收集→成品出料。

1. 設(shè)備集成系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)備集成系統(tǒng)以數(shù)控平臺為核心，整合自動送料機(jī)構(gòu)、雙向定位夾具、一體化加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)及環(huán)保處理模塊，具體結(jié)構(gòu)如下：

• 自動送料機(jī)構(gòu)：采用排料式送料結(jié)構(gòu)，適配Φ10-120mm不同規(guī)格的無縫鋼管，通過伺服電機(jī)驅(qū)動傳送帶實(shí)現(xiàn)定量送料，送料精度控制在±0.1mm，確保管端與加工機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)對位；

• 雙向定位夾具：采用三爪定心卡盤與端面定位擋塊協(xié)同定位，卡盤實(shí)現(xiàn)無縫鋼管的徑向定心（定心精度±0.05mm），擋塊通過液壓驅(qū)動實(shí)現(xiàn)軸向定位，避免加工過程中鋼管竄動；

  
  

• 一體化加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)：采用雙頭對稱布局，可同時完成穿軸管兩端的加工。機(jī)構(gòu)內(nèi)置倒角刀具與去毛刺刀具，通過伺服電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與進(jìn)給量的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，加工速度可達(dá)3-5s/件，適配不同長度（10-1100mm）的穿軸管加工需求；

• 環(huán)保處理模塊：在加工區(qū)域設(shè)置密閉式吸塵罩，內(nèi)置隔音層與吸塵通道，通過大功率吸塵器抽取加工產(chǎn)生的金屬粉塵，粉塵經(jīng)收集套過濾后集中處理；隔音層可降低加工噪音15-20dB，改善作業(yè)環(huán)境。

刀具系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)倒角與去毛刺同步完成的關(guān)鍵，需根據(jù)無縫鋼管的材質(zhì)硬度、壁厚差異設(shè)計專用復(fù)合刀具，核心優(yōu)化要點(diǎn)如下：

• 復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)：采用“倒角刀頭+去毛刺刀翼”一體化設(shè)計，倒角刀頭根據(jù)加工要求設(shè)計為可更換式（適配45°、60°等不同倒角角度），刀頭材質(zhì)選用硬質(zhì)合金，提高對無縫鋼管的切削性能；去毛刺刀翼采用彈性浮動結(jié)構(gòu)，可自適應(yīng)管端毛刺的厚度差異，確保毛刺去除徹底的同時避免損傷管端表面；

• 刀具參數(shù)匹配：針對不同材質(zhì)無縫鋼管優(yōu)化刀具轉(zhuǎn)速與進(jìn)給量，如加工20，刀具轉(zhuǎn)速設(shè)定為1200-1500r/min，進(jìn)給量0.1-0.15mm/r；加工Q235無縫鋼管時，轉(zhuǎn)速調(diào)整為1000-1300r/min，進(jìn)給量0.12-0.18mm/r，平衡加工效率與刀具壽命。

  
  

控制系統(tǒng)采用PLC+觸摸屏的控制模式，實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化管控與參數(shù)可調(diào)，核心功能包括：

• 參數(shù)設(shè)置功能：可根據(jù)無縫鋼管的規(guī)格（外徑、壁厚）、材質(zhì)及加工要求，設(shè)定刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、倒角角度等參數(shù)，內(nèi)置多組常用加工參數(shù)模板，方便操作人員調(diào)用；

• 定位精度控制：通過光柵尺檢測刀具與鋼管的相對位置，實(shí)時反饋定位誤差并自動補(bǔ)償，確保倒角深度與去毛刺范圍的精準(zhǔn)控制；

• 故障預(yù)警功能：實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（如刀具磨損、電機(jī)負(fù)載、粉塵收集量），當(dāng)出現(xiàn)異常時立即停機(jī)并發(fā)出預(yù)警，避免設(shè)備損壞與加工廢品產(chǎn)生；

• 數(shù)據(jù)追溯功能：記錄每批次產(chǎn)品的加工參數(shù)、加工數(shù)量及合格情況，便于生產(chǎn)質(zhì)量追溯與工藝優(yōu)化。

難點(diǎn)：穿軸管采用的無縫鋼管規(guī)格差異較大（外徑10-120mm、壁厚2-10mm），傳統(tǒng)加工設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)多規(guī)格的精準(zhǔn)適配，易出現(xiàn)小規(guī)格管加工時定位不穩(wěn)、大規(guī)格管加工時切削力不足的問題。

對策：采用可調(diào)節(jié)式定位夾具與分級刀具系統(tǒng)。定位夾具的三爪卡盤通過液壓驅(qū)動實(shí)現(xiàn)開合范圍的無級調(diào)節(jié)，適配不同外徑的無縫鋼管；刀具系統(tǒng)配備多組不同尺寸的復(fù)合刀具，通過快速換刀機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具的便捷更換，同時控制系統(tǒng)內(nèi)置規(guī)格適配算法，可根據(jù)輸入的鋼管參數(shù)自動匹配最優(yōu)加工參數(shù)。

2. 內(nèi)孔毛刺去除不徹底問題

難點(diǎn)：無縫鋼管穿軸管的內(nèi)孔毛刺位于管端內(nèi)側(cè)，傳統(tǒng)刀具難以精準(zhǔn)接觸，易出現(xiàn)去除不徹底或過度切削導(dǎo)致內(nèi)孔尺寸超差的問題。

對策：優(yōu)化復(fù)合刀具的內(nèi)孔去毛刺結(jié)構(gòu)，采用“彈性刮削刀頭+導(dǎo)向桿”設(shè)計。導(dǎo)向桿插入無縫鋼管內(nèi)孔實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)向，彈性刀頭根據(jù)內(nèi)孔直徑自適應(yīng)張開，通過刮削方式去除內(nèi)孔毛刺；同時控制刀頭的刮削壓力（0.5-1.2MPa），避免損傷內(nèi)孔表面。

3. 加工過程中的熱變形問題

難點(diǎn)：無縫鋼管在高速切削加工過程中易產(chǎn)生熱變形，導(dǎo)致管端尺寸精度下降，尤其對于薄壁穿軸管，熱變形問題更為突出。

對策：采用“切削液冷卻+分步加工”策略。在加工區(qū)域設(shè)置多點(diǎn)噴淋式切削液系統(tǒng)，實(shí)時冷卻刀具與鋼管加工面，降低切削溫度；將倒角與去毛刺加工分為兩步完成，先進(jìn)行粗倒角（去除大部分余量），冷卻后再進(jìn)行精倒角與去毛刺，減少熱變形對加工精度的影響。

四、技術(shù)驗(yàn)證與效果分析

為驗(yàn)證一體化加工技術(shù)的可行性與優(yōu)越性，選取20（Φ50mm×5mm）與Q235無縫鋼管（Φ80mm×8mm）兩種常用基材，加工成穿軸管（長度300mm，倒角角度45°），分別采用傳統(tǒng)加工模式與一體化加工技術(shù)進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)指標(biāo)包括加工效率、加工精度、毛刺去除效果及綜合成本。

1. 試驗(yàn)結(jié)果

加工模式

加工效率（s/件）

倒角角度偏差（°）

端面垂直度（mm/m）

毛刺去除率（%）

單件加工成本（元/件）

傳統(tǒng)加工

18

±0.5

0.3

85

3.2

一體化加工

4

±0.1

0.08

99.5

1.5

2. 效果分析

• 加工效率顯著提升：一體化加工將單件加工時間從18s縮短至4s，效率提升77.8%，可滿足規(guī)模化生產(chǎn)的節(jié)拍需求；

• 加工精度大幅改善：倒角角度偏差從±0.5°縮小至±0.1°，端面垂直度從0.3mm/m提升至0.08mm/m，尺寸一致性顯著提高，降低了裝配誤差；

• 加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠：毛刺去除率從85%提升至99.5%，徹底解決了傳統(tǒng)加工中毛刺殘留的問題，提升了穿軸管的裝配安全性與使用壽命；

• 綜合成本有效降低：單件加工成本從3.2元降至1.5元，降幅達(dá)53.1%，主要得益于人工成本減少與廢品率降低。

本文提出的基于無縫鋼管的穿軸管倒角去毛刺一體化加工技術(shù)，通過設(shè)備集成、刀具優(yōu)化與自動化控制的協(xié)同設(shè)計，有效解決了傳統(tǒng)加工模式效率低、精度差、環(huán)境惡劣等問題。試驗(yàn)驗(yàn)證表明，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格、不同材質(zhì)無縫鋼管穿軸管的高效精準(zhǔn)加工，加工效率提升70%以上，毛刺去除率達(dá)99.5%以上，綜合成本降低50%以上，具備良好的實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、流體輸送等領(lǐng)域的穿軸管規(guī)�；a(chǎn)。

2. 展望

未來可從三個方向進(jìn)一步優(yōu)化該技術(shù)：一是引入機(jī)器視覺檢測模塊，實(shí)現(xiàn)加工過程的實(shí)時質(zhì)量監(jiān)測與缺陷自動分揀；二是開發(fā)自適應(yīng)刀具系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格無縫鋼管的無換刀加工，進(jìn)一步提升加工效率；三是結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建加工過程的虛擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)加工參數(shù)的智能優(yōu)化與設(shè)備狀態(tài)的預(yù)測性維護(hù)，推動一體化加工技術(shù)向智能化、柔性化方向發(fā)展。