基于無縫鋼管的穿軸管倒角去毛刺一體化加工技術研究

基于無縫鋼管的穿軸管倒角去毛刺一體化加工技術研究

穿軸管作為機械傳動、流體輸送等領域的關鍵零部件，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、運動穩定性，甚至可能因毛刺脫落引發設備卡滯、磨損等故障。傳統加工模式下，穿軸管倒角與去毛刺多為獨立工序，存在加工效率低、尺寸一致性差、人工干預多等問題，難以滿足規?；a需求?；诖耍疚拈_展無縫鋼管穿軸管倒角去毛刺一體化加工技術研究，通過工藝整合、設備優化及參數匹配，實現加工質量與效率的協同提升。

一、技術背景與現存問題 1. 穿軸管加工技術現狀

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向；二是去除切割、沖壓等前置工序產生的毛刺（包括外圓毛刺、內孔毛刺及端面飛邊），保障裝配面平整。當前行業內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，再通過人工打磨或專用去毛刺工具二次處理，工序間需重復裝夾定位；另一類是采用半自動倒角設備完成倒角加工，毛刺去除仍依賴人工補加工。

2. 傳統加工模式的核心問題

• 加工效率低下：獨立工序導致加工周期長，如單根Φ50mm規格穿軸管的倒角+去毛刺傳統加工耗時可達15-20s/件，難以匹配規?；a節奏；

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

• 生產環境惡劣：傳統加工過程中，毛刺打磨產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設備故障；

• 綜合成本偏高：多工序需配備專用設備及操作人員，人工成本與設備折舊成本疊加，同時廢品率較高進一步推高生產成本。

  
  

一體化加工技術的核心思路是通過“工藝整合+設備集成+自動化控制”，實現穿軸管從裝夾定位到倒角、去毛刺的一次性完成?；跓o縫鋼管的材質特性（如20、Q235的韌性差異）及穿軸管的加工要求，設計的一體化加工方案主要包含設備集成系統、刀具系統及自動化控制系統三部分，整體流程為：自動送料→精準定位→同步倒角去毛刺→粉塵收集→成品出料。

1. 設備集成系統設計

設備集成系統以數控平臺為核心，整合自動送料機構、雙向定位夾具、一體化加工執行機構及環保處理模塊，具體結構如下：

• 自動送料機構：采用排料式送料結構，適配Φ10-120mm不同規格的無縫鋼管，通過伺服電機驅動傳送帶實現定量送料，送料精度控制在±0.1mm，確保管端與加工機構的精準對位；

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

  
  

• 一體化加工執行機構：采用雙頭對稱布局，可同時完成穿軸管兩端的加工。機構內置倒角刀具與去毛刺刀具，通過伺服電機驅動實現轉速與進給量的精準調節，加工速度可達3-5s/件，適配不同長度（10-1100mm）的穿軸管加工需求；

• 環保處理模塊：在加工區域設置密閉式吸塵罩，內置隔音層與吸塵通道，通過大功率吸塵器抽取加工產生的金屬粉塵，粉塵經收集套過濾后集中處理；隔音層可降低加工噪音15-20dB，改善作業環境。

刀具系統是實現倒角與去毛刺同步完成的關鍵，需根據無縫鋼管的材質硬度、壁厚差異設計專用復合刀具，核心優化要點如下：

• 復合刀具結構：采用“倒角刀頭+去毛刺刀翼”一體化設計，倒角刀頭根據加工要求設計為可更換式（適配45°、60°等不同倒角角度），刀頭材質選用硬質合金，提高對無縫鋼管的切削性能；去毛刺刀翼采用彈性浮動結構，可自適應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；

• 刀具參數匹配：針對不同材質無縫鋼管優化刀具轉速與進給量，如加工20，刀具轉速設定為1200-1500r/min，進給量0.1-0.15mm/r；加工Q235無縫鋼管時，轉速調整為1000-1300r/min，進給量0.12-0.18mm/r，平衡加工效率與刀具壽命。

  
  

控制系統采用PLC+觸摸屏的控制模式，實現加工過程的自動化管控與參數可調，核心功能包括：

• 參數設置功能：可根據無縫鋼管的規格（外徑、壁厚）、材質及加工要求，設定刀具轉速、進給量、倒角角度等參數，內置多組常用加工參數模板，方便操作人員調用；

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

• 故障預警功能：實時監測設備運行狀態（如刀具磨損、電機負載、粉塵收集量），當出現異常時立即停機并發出預警，避免設備損壞與加工廢品產生；

• 數據追溯功能：記錄每批次產品的加工參數、加工數量及合格情況，便于生產質量追溯與工藝優化。

難點：穿軸管采用的無縫鋼管規格差異較大（外徑10-120mm、壁厚2-10mm），傳統加工設備難以實現多規格的精準適配，易出現小規格管加工時定位不穩、大規格管加工時切削力不足的問題。

對策：采用可調節式定位夾具與分級刀具系統。定位夾具的三爪卡盤通過液壓驅動實現開合范圍的無級調節，適配不同外徑的無縫鋼管；刀具系統配備多組不同尺寸的復合刀具，通過快速換刀機構實現刀具的便捷更換，同時控制系統內置規格適配算法，可根據輸入的鋼管參數自動匹配最優加工參數。

2. 內孔毛刺去除不徹底問題

難點：無縫鋼管穿軸管的內孔毛刺位于管端內側，傳統刀具難以精準接觸，易出現去除不徹底或過度切削導致內孔尺寸超差的問題。

對策：優化復合刀具的內孔去毛刺結構，采用“彈性刮削刀頭+導向桿”設計。導向桿插入無縫鋼管內孔實現精準導向，彈性刀頭根據內孔直徑自適應張開，通過刮削方式去除內孔毛刺；同時控制刀頭的刮削壓力（0.5-1.2MPa），避免損傷內孔表面。

3. 加工過程中的熱變形問題

難點：無縫鋼管在高速切削加工過程中易產生熱變形，導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。在加工區域設置多點噴淋式切削液系統，實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，先進行粗倒角（去除大部分余量），冷卻后再進行精倒角與去毛刺，減少熱變形對加工精度的影響。

四、技術驗證與效果分析

為驗證一體化加工技術的可行性與優越性，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°），分別采用傳統加工模式與一體化加工技術進行對比試驗，試驗指標包括加工效率、加工精度、毛刺去除效果及綜合成本。

1. 試驗結果

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%，可滿足規模化生產的節拍需求；

• 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；

• 加工質量穩定可靠：毛刺去除率從85%提升至99.5%，徹底解決了傳統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，通過設備集成、刀具優化與自動化控制的協同設計，有效解決了傳統加工模式效率低、精度差、環境惡劣等問題。試驗驗證表明，該技術可實現不同規格、不同材質無縫鋼管穿軸管的高效精準加工，加工效率提升70%以上，毛刺去除率達99.5%以上，綜合成本降低50%以上，具備良好的實用性與經濟性，可廣泛應用于機械制造、流體輸送等領域的穿軸管規?；a。

2. 展望

未來可從三個方向進一步優化該技術：一是引入機器視覺檢測模塊，實現加工過程的實時質量監測與缺陷自動分揀；二是開發自適應刀具系統，實現不同規格無縫鋼管的無換刀加工，進一步提升加工效率；三是結合數字孿生技術，構建加工過程的虛擬仿真模型，實現加工參數的智能優化與設備狀態的預測性維護，推動一體化加工技術向智能化、柔性化方向發展。