寶鋼股份鋼管廠1#油套管噴印機執行機構加工及安裝工藝分析

束棟令

摘要：寶鋼股份鋼管廠的1#油套管噴印機執行機構在加工、安裝調試過程中出現了一些問題，針對這些問題進行了分析。從加工精度、工藝和安裝精度、工藝的角度出發討論其對產品質量的影響，并對噴印機執行機構工作原理進行了介紹，根據其結構特點，提出了合理的加工工藝和安裝工藝，該新工藝，為今后再制造該產品打下了良好工藝基礎。

關鍵詞：噴印機執行機構；噴印臺車；噴印頭；懸臂橫梁；矩形導軌座；導向座；滾珠直線導軌；加工工藝；安裝工藝

寶鋼股份公司鋼管廠1#油套管噴印機科研項目，由寶鋼股份技術中心、寶鋼機械制造分公司等部門通力協作獲得圓滿成功。經鋼管廠現場10個月左右的生產考核，噴印機的噴印質量達到設計標準，完全能滿足鋼管分公司的生產工藝和生產節奏。寶鋼股份公司鋼管廠1#油套管噴印機，由其比較獨特地方，一般鋼板板材的噴印設備是給板材噴印字體時，板材運動后停下，讓固定在特定位置的噴印機進行噴印，打出需要的字體，顯示板材特性和生產日期等。而鋼管廠生產鋼管時，要顯示其鋼管特性和生產日期等，就要在鋼管表面噴印字符，但鋼管表面細長，不能集中噴印較多字符，如將噴印機噴印頭固定，就打不出較長字符，生產出的鋼管產品特性和生產日期無法全部顯示，滿足不了鋼管生產的需要，為此，就需要噴印機噴頭能移動，從而噴印出較長字符，滿足現場鋼管生產的需要。下面我們就介紹噴印機執行機構的主要結構及組成，看看噴印機噴印頭是如何移動的。

1.噴印機執行機構主要構成

噴印機執行機構是鋼管廠1#油套管噴印機的主要部件，是整個噴印機的骨架，其主要有支撐立柱、懸臂橫樑、矩形導軌座、噴印臺車等零部件組成，其結構詳見圖1。

支撐立柱共有兩根，其主要作用是支撐懸臂橫樑、矩形導軌座、噴印臺車等部件。懸臂橫梁下接矩形導軌座，矩形導軌座兩側裝有兩個導向座，其分布在左右兩邊，在導向座上裝有滾珠直線導軌，讓噴印臺車懸掛在上面，使噴印臺車能輕巧的在滾珠直線導軌上作直線運動。矩形導軌座下方裝有齒條，該齒條與噴印臺車上的電機齒輪嚙合，用于驅動噴印臺車沿水平方向作直線運動。噴印臺車上不僅裝有驅動電機、還裝有升降汽缸，使噴印臺車作上下的運動，另還裝有一對錐齒輪及搖動手柄等，其控制噴印頭在垂直方向進行微調，從而達到噴印機噴印頭離鋼管表面最佳距離，實行高質量的噴印字符的目的。

2.噴印機執行機構工作順序

首先噴印臺車上的電機轉動，帶動齒輪旋轉，其齒輪與矩形導軌座上的齒條嚙合，使噴印頭在待噴鋼管上方作沿水平X方向運動，運動到預先設定的位置停頓（由計算機程序控制），然后，噴印臺車上的汽缸作運動（也有計算機程序控制），使噴印臺車作垂直運動，將噴印頭運動到待噴印的鋼管表面上方的設定高度，如果高度過底或過高，就可利用手柄進行微調（不同直徑的鋼管只要微調一次就行了），與此同時，在鋼管表面設定的地方，噴印頭適時噴出規定的字符，噴印臺車沿鋼管水平方向一面運動，而噴印頭也一面跟隨連續噴印，從而完成在鋼管上噴印較長的規定字符。噴完一根鋼管后，電機反向旋轉，齒輪、齒條嚙合帶動噴印臺車和噴印頭沿水平X方向反向運動，噴印臺車和噴印頭返回到起始位置，待噴下一根鋼管。

3.加工及安裝工藝分析

噴印機執行機構是保證噴印標記作業的載體，其結構形式、強度、剛度、定位與走行精度直接影響噴印標記作業的進行和噴印效果。本文對噴印機執行機構的結構形式、強度、剛度不作進一步討論，僅對加工精度，安裝定位和走行精度進行討論。

本次科研項目的噴印機執行機構設計標準是：要求噴印頭在有效噴印行程范圍內（矩形導軌座長度12500mm、有效噴印行程距離為4545mm）、噴印字符在水平和垂直方向偏差，不超過正負2.5mm[1]，同時，要求在12500mm長的矩形導軌座上滾珠直線導軌和導軌付之間的相對滑動要靈活、齒輪和齒條嚙合要平穩。在這么長的范圍內，要達到這樣較高的水平，這就對懸臂橫梁、矩形導軌座、導向座、噴印臺車等的加工質量、加工精度、加工工藝和安裝精度、安裝工藝提出了較高要求。如果加工精度、工藝和安裝精度、工藝不到位，則就達不到設計要求，最終將會因傳動系統不穩定把字符噴歪、噴糊，影響噴印質量，不利于鋼管的生產。

當初，噴印機執行機構在預裝調試時確實發生了一些問題。這些問題的產生，與加工精度、工藝不到位，安裝工藝、精度不到位，有密切關系。產生的問題一：導向座安裝在矩形導軌座上后，滑動不靈活，有卡滯現象。導向座1和導向座2（詳見附圖1）中臺車側面放大圖，導向座1和導向座2在全長12.5米矩形導軌座上，它們在y方向上，最大誤差有0.45毫米之多。產生的問題二：齒輪、齒條嚙合后，其側隙最大有0.75毫米之多。這樣大的誤差是肯定要影響噴印機執行機構的平穩傳動的。產生第一個問題的原因是，安裝工藝和加工工藝的問題。導向座1和2安裝后，它們在y方向誤差有0.45mm之多，肯定不是加工刨床本身有這么大的誤差。詳見附圖2，打處*所有處尺寸都是在一部刨床上加工完成的，即使不在一個加工位上，其在刨床上調整工位的誤差也不可能有0.45mm這么大。原因是滾珠直線導軌安裝孔M6中心線偏移，導致滾珠直線導軌安裝基準出了問題。當時，檢測出來大多數M6孔的中心線與B基準面的尺寸都不一致，而且誤差很多，最大有0.45mm，這說明說明M6孔加工有時，制造方沒有按圖紙要求控制好M6螺栓孔中心線的定位尺寸，且加工精度不高。如果當時加工時考慮將B面作為安裝基準，來控制M6螺栓孔中心線，并保證加工精度，且M6螺栓孔與滾珠直線導軌上的孔配作，就不會產生那么大的誤差。顯然、這是加工工藝和加工精度問題，同時當初沒有考慮M6螺栓孔與滾珠直線導軌進行配作，這是安裝工藝考慮不周所至。產生第二問題原因是：既有齒條本身零件加工質量問題，也有電機軸上齒輪中心高和齒向沒有調整到位的問題。

當時齒條加工非常粗糙，背面有微量扭曲，因此、整根齒條上齒根與齒根及齒頂與齒頂的尺寸都不一致；另外、電機底板座下安裝定位銷也沒打，顯然齒輪齒條的嚙合狀況沒有很好調試過，如果調試過，預調整好后，應該及時打上定位銷，把調整好的狀態保持下來。這顯然是制造方沒有按我們圖紙要求，對安裝工藝沒有做到位。所以，當時我們預組裝后，檢測出來齒條與齒輪最大側隙有0.75毫米之多，完全無法實行齒輪和齒條的嚙合，后來，對齒條進行了修理打磨，再反復對齒輪.齒條的安裝位置精心調整，才基本解決了該問題。這是沒有很好執行安裝工藝要求的結果。我們在設計圖紙上要求噴印機執行機構制造完成后進行預組裝，但加工制造單位的分包方沒有按圖紙要求去做。同時，齒條加工精度也沒有達到設計要求。

之后我們在為寶鋼股份鋼管廠承包制造第二臺噴印機執行機構時，要求分包方嚴格控制加工精度和加工工藝，嚴格執行安裝工藝，保證安裝精度，我們第二次安裝調試就非常順利，圖3是第二臺噴印機執行機構工作時的情形，圖4是其噴印在鋼管上字符的成品效果圖。

4.結束語

經歷了噴印機執行機構科研項目的加工、安裝、調試整個過程，再一次說明加工和安裝工藝的重要性。在綜合機械項目中，除了基本的每個零部件加工質量必須合格外，還必須保證這些零部件在整個機械系統中符合加工工藝和安裝工藝的要求。必須考慮清楚先加工什么后加工什么，先安裝那里后安裝那里，只有這樣才能保證整個機械系統的精度和質量。僅保證每個零部件加工合格是遠遠不夠的，要從整個機械系統出發，考慮每個零部件的加工和安裝工藝。由噴印機執行機構項目里所遇到的問題中，能得到一定的啟示，對我們今后的工作應有一定的幫助。

噴印機執行機構在鋼管廠應用至今情況良好，完全能滿足生產工藝和生產節奏的要求。寶鋼股份已運用該技術推廣到寶鋼股份以外的其他鋼廠，為其他鋼廠也制造噴印機執行機構。

參考文獻：

[1]《機械設計手冊》化學工業出版社endprint