小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备及加工方法
阅读说明：本技术 小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备及加工方法 (Small-diameter thin-wall spiral high-rib inner finned tube machining equipment and machining method ) 是由 黄宗文 梁超 黄智成 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备及加工方法,加工设备包括带水平横导轨的架体上依次设置的动力座、主工作台和尾座,动力座上设有步进电机带动的刀杆、刀头,主工作台上设有支撑换热管的支撑块,刀杆的中段设有哈夫夹具组,尾座上设有顶杆；动力座通过动力传动装置连接的偏心轮及两侧的推板带动动力座左右往复运动,偏心轮通过一对啮合的伞齿轮连接一个转轮、槽轮连接有丝杆、开合螺母带动主工作台；加工方法包括刀头的往复运动加步进旋转运动、换热管的间歇单向运动等即可加工出翅片,调整不同运动参数以加工出不同参数的翅片管。本发明可以解决现有小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工难度高、难以批量生产的问题。(The invention discloses a processing device and a processing method for a small-diameter thin-wall spiral high-rib inner finned tube, wherein the processing device comprises a power seat, a main workbench and a tailstock which are sequentially arranged on a frame body with a horizontal transverse guide rail, a cutter bar and a cutter head which are driven by a stepping motor are arranged on the power seat, a supporting block for supporting a heat exchange tube is arranged on the main workbench, a half clamp group is arranged at the middle section of the cutter bar, and an ejector rod is arranged on the tailstock; the power seat drives the power seat to reciprocate left and right through an eccentric wheel connected with the power transmission device and push plates on two sides, the eccentric wheel is connected with a rotating wheel through a pair of meshed bevel gears, a grooved wheel is connected with a screw rod, and a split nut drives a main workbench; the processing method comprises the steps of machining fins by the aid of reciprocating motion and stepping rotation of a cutter head, intermittent unidirectional motion of a heat exchange tube and the like, and adjusting different motion parameters to machine finned tubes with different parameters. The invention can solve the problems of high processing difficulty and difficult batch production of the existing small-diameter thin-wall spiral high-rib inner finned tube.)
技术领域
本发明涉及压缩机换热
技术领域
，尤其是一种在小径薄壁换热管内加工螺旋高肋内翅片的加工方法及其设备。背景技术
目前加工内翅片管是以低肋为主，设备及工艺主要是在加工铜管过程中植入专用大型设备和工艺加工而成，设备投入大，价格昂贵，适合大批量生产，翅片类型也仅适用于制冷和空调行业。而压缩机行业的冷却器通常要求具有结构简单可靠、体积小、换热效率高，可承载压力大等特点，特别是被冷却气体走管内的冷却器，对强化管内表面要求很高，而现在管内表面强化多以内插物为主，因而需要一种小径薄壁螺旋高肋内翅片管。
但加工小径薄壁螺旋高肋内翅片管难度很高,常遇到以下问题：1、在直径小（d≤φ12）、壁薄（δ≤φ1mm）换热管内加工螺旋高肋（1～2mm）内翅片中易出现刀具刺穿管壁现象；并且加工成品外表面易出现凸起，直线度出现弯曲变形等现象，如何避免是必须解决的问题。2、设备需要具有小型化、易操作、可靠性高、制造难度和造价低、零部件国产化等特点，这对选择设备设计方案提出了较高的要求。3、设备及加工艺需要能够适应翅片参数（有肋宽、肋高、片距、螺旋角、圆周肋数等参数）多样化调整，这对整体设计提出了较高的要求。因此需要设计一种小径薄壁螺旋高肋内翅片管的加工方法及其设备，以满足市场的需要。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备，以解决现有小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工难度高、难以批量生产的问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：本小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备包括带水平横导轨的架体上依次设置的动力座、主工作台和尾座，所述动力座上设有步进电机带动的横向设置的刀杆，所述刀杆的尾部设有圆筒型的刀头，所述主工作台上设有支撑换热管的支撑块和用于夹紧或松开换热管的哈夫夹具组，所述尾座上设有用于加工时将所述刀头顶紧换热管的顶杆；所述动力座通过动力传动装置连接的偏心轮及所述偏心轮旋转平面两侧的推板带动所述动力座左右往复运动，所述偏心轮通过一对啮合的伞齿轮连接一个转轮，所述转轮通过一个径向均布有多道槽口的槽轮连接有丝杆，所述主工作台通过其下部的开合螺母连接所述丝杆；所述主工作台和所述尾座上均设有用于将其锁紧在所述水平横导轨上的锁紧装置。
上述技术方案中，更为具体的方案可以是：所述刀头的尾部刃口呈爪型均匀发散的齿型刃口,所述顶杆头部渐小呈锥度。
进一步的：所述顶杆通过支撑块与所述尾座连接，所述顶杆的尾端设有用于调整顶杆横向移动的顶杆调整螺钉，所述顶杆调整螺钉设于所述尾座的支撑块上。
进一步的；所述步进电机、所述刀杆、所述刀头和所述顶杆各有多个，纵向并排于所述动力座、所述主工作台和所述尾座上。
为了解决上述问题，本发明的技术方案还可以是：本小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工方法包括：在小径薄壁的换热管中加工螺旋高肋内翅片，包括换热管内的刀头直线进刀完成插齿行程，刀头回位后通过步进电机旋转一个角度，同时在回位过程中通过槽轮驱动丝杆及开合螺母闭合开启控制换热管做单向直线运动一个距离后停止，刀头再次进刀完成下一个插齿行程，如此反复进行插齿行程，以完成所有螺旋高肋内翅片在换热管内的加工。
上述技术方案中，更为具体的方案可以是：加工方法包括：步骤A调刀：将动力座连同刀杆、刀头一起向右移动到右极限位置，然后将尾座连同顶杆一起向左移动，使顶杆前端插入刀头内孔里，继续向左移使顶杆前端锥度斜面顶开刀头的齿型刃口，测量刀头张开后的外径尺寸，达到所需插齿的参数尺寸即停止尾座向左移动，并记录此时尾座的位置参数，完成刀具位置调整；
步骤B装管：将动力座连同刀杆、刀头一起向左移动到左极限位置，然后将尾座连同顶杆一起向右移动，使刀头与顶杆分离至装入换热管的位置，装入换热管，然后打开开合螺母，将主工作台移动到为换热管插齿的起始位置，用哈夫夹具组紧固换热管两端即可；
步骤C插齿：将尾座连同顶杆一起向左移动到调刀记录的尾座位置，并用锁紧装置锁紧尾座使之不能移动；然后合上开合螺母使主工作台与丝杆啮合在一起，起动动力座作往复运动，开始为换热管插齿；当动力座向右运动时，为插齿行程，此时转轮与槽轮处于未啮合状态，丝杆也处于未转动状态，主工作台静止不动；当动力座向左运动时，为不插齿的回位行程，此时转轮与槽轮啮合，丝杆转动，主工作台向右单向间歇运动一个距离，同时步进电机旋转一个步距角度；当动力座再次向右运动时，即完成下一个插齿行程，如此反复即可完成内翅片管的加工。
进一步的：还包括步骤D参数调整：变换不同槽数的槽轮，即可改变主工作台向右单向间歇运动的距离，从而改变齿距；改变步进电机旋转一个步距的角度度数，即可改变内翅片的旋转角度；调整顶杆调整螺钉控制顶杆对刀头的压紧程度，即可调整刀头齿型刃口的开合程度，以加工不同高度的翅片；变换不同齿数的刀头即可改变内翅片管的片数。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工方法通过往复运动、步进旋转运动、单向间歇运动及柔性接触等动作在小径薄壁换热管内加工螺旋高肋内翅片，使换热管的内表面强化达到极致，可以大大减少换热管材料的使用，以最低重量成本使用换热管，从而节约资源消耗；
2、本小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备通过将换热管套入刀杆末端圆筒型的刀头部分，采用顶杆顶紧刀头，通过步进电机对刀杆刀头进行步进的旋转，再结合哈夫夹具组装夹刀杆与换热管，使刀杆刀头与换热管柔性接触，以实现螺旋成型，柔性接触对换热管的直线度及设备导轨的制造精度要求不高，使本设备有较强的适应性；通过偏心轮及两侧的推板实现动力座的往复运动；偏心轮通过一对啮合伞齿轮换向后连接转轮，转轮通过槽轮连接有丝杆及开合螺母带动主工作台单向间歇运动，使主工作台上的换热管与刀头之间做单向间歇运动；
3、本小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备的步进电机、刀杆、刀头和顶杆构成的加工机构有多套，并排于动力座、主工作台和尾座，可以同时对多个换热管进行同步加工，实现批量化，并且仅通过动力传动装置带动的偏心轮、一对啮合伞齿轮、转轮、槽轮及丝杆、开合螺母一套传动机构，即可以带动多套刀具实现多个换热管的加工，极大的降低了人工成本和能耗资源；改变步进电机旋转一个步距的角度度数，即可改变内翅片的旋转角度；变换不同槽数的槽轮，即可改变主工作台向右单向间歇运动的距离，从而改变齿距；通过调整顶杆调整螺钉控制顶杆对刀头的压紧程度，可以调整刀头齿型刃口的开合程度，以实现不同翅片高度的加工；变换不同齿数的刀头22即可改变内翅片管的片数；哈夫夹具组装夹方便；可以通过调整步进电机旋转角、变换槽轮组、调整刀具、夹具、顶杆等方法，轻易可以实现翅片参数多样性变化，翅片参数的多样性，便于不同工况的压缩机冷却器选择使用；
本小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备结构简洁，设备及夹具体积小、易操作，可靠性高，结合加工方法，可以加工管径、长度、翅片参数等相对固定尺寸的换热管作为冷却器的通用件，使压缩机冷却器的标准化、批量化生产可以有效实现。
附图说明
图1是本发明实施例的主视图；
图2是本发明实施例机壳内的俯视图；
图3是本发明实施例主工作台的俯视图；
图4是图1的A处剖视图；
图5是图2的B向视图；
图6是图1的C处放大图；
图7是本发明实施例刀头的主视图；
图8是本发明实施例刀头的左视图；
图9是用本发明实施例加工出的换热管翅片结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步详述：
如图1至图3所示的小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备，它包括带水平横导轨的架体上依次设置的动力座4、主工作台9和尾座12，机架13上于水平横导轨27下有机壳24。主工作台9和尾座12上均设有用于将其锁紧在水平横导轨27上的锁紧装置，主工作台9的锁紧装置17，尾座12的锁紧装置14。主工作台9和尾座12可以通过手柄驱动其移动，也可以通过电机驱动。
动力座4上设有步进电机19带动的横向设置的刀杆6，步进电机通过轴座及联轴器5连接带动刀杆6，刀杆6的尾部设有圆筒型的刀头22，刀头22的尾部刃口呈爪型均匀发散的齿型刃口22-1，刀杆6尾部渐大呈锥度。主工作台9上设有支撑换热管8的支撑块23，主工作台9上设有用于夹紧或松开换热管的哈夫夹具组7，尾座12上设有用于加工时将刀头22顶开的顶杆10，顶杆10通过支撑块23与尾座12连接，顶杆10头部渐小呈锥度，顶杆10的尾端设有用于调整顶杆横向移动的顶杆调整螺钉11，顶杆调整螺钉11设于尾座的支撑块23上，通过调整顶杆调整螺钉11控制顶杆对刀头的压紧程度，可以调整爪型的开合程度，以实现不同翅片高度的加工。
动力座4通过动力传动装置连接的偏心轮18及偏心轮18旋转平面两侧的推板25带动动力座4左右往复运动，使动力座4上的步进电机19和刀杆6刀头22一起左右往复运动，步进电机步进的旋转，使刀杆6刀头22一起相对于刀头外的换热管8做步进旋转和往返直线运动；动力传动装置包括机壳24正下方的电机1连接电机的减速器2，减速器2连接机壳内的动力轮3，这里的偏心轮18则连接在动力轮3的转轴上；偏心轮18通过一对啮合的伞齿轮26连接一个转轮21后，通过一个径向均布有多道槽口的槽轮20连接有丝杆15，主工作台9通过其下部的开合螺母16连接丝杆15；偏心轮18连接转轮21、槽轮20连接丝杆15及开合螺母16带动主工作台9做单向间歇运动，使主工作台上的换热管8与刀头22之间做单向间歇运动。
步进电机19、刀杆6、刀头22和顶杆10各有多个，纵向并排于动力座4、主工作台9和尾座12上，可以同时对多个换热管8进行同步加工，实现批量化，并且仅通过动力传动装置带动的偏心轮18、一对啮合伞齿轮26、转轮21、槽轮20及丝杆15、开合螺母16一套传动机构，即可以带动多套刀具实现多个换热管的加工，极大的降低了人工成本和能耗资源。
本小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工方法包括使用小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备对小径薄壁的换热管加工螺旋高肋内翅片，加工方法包括：
步骤A调刀：转动偏心轮18将动力座4连同刀杆6、刀头22一起向右移动到右极限位置，然后将尾座12连同顶杆10一起向左移动，使顶杆10前端插入刀头22内孔里，继续向左移使顶杆10前端锥度斜面顶开刀头22的齿型刃口，测量刀头22张开后的外径尺寸，达到所需插齿的参数尺寸即停止尾座12向左移动，并记录此时尾座的位置参数，完成刀具位置调整。
步骤B装管：转动偏心轮18将动力座4连同刀杆6、刀头22一起向左移动到左极限位置，然后将尾座12连同顶杆10一起向右移动，使刀头22与顶杆10分离至可以装入换热管8的位置，装入换热管8，然后打开开合螺母16，将主工作台9移动到为换热管8插齿的起始位置，用哈夫夹具组7紧固换热管8两端，完成装管。
步骤C插齿：将尾座12连同顶杆10一起向左移动到调刀记录的尾座位置，并用锁紧装置14锁紧尾座12使之不能移动。然后合上开合螺母16 使主工作台9与丝杆15啮合在一起，起动动力座4作往复运动，开始为换热管8插齿，刀头22直线进刀完成插齿行程，刀头22回位后通过步进电机19旋转一个角度，同时在回位过程中通过槽轮20驱动丝杆15及开合螺母16控制换热管8做单向直线运动一个距离后停止，刀头22再次进刀完成下一个插齿行程，之后刀头22回位时换热管8再继续单向直线运动一个相同的距离后停止，如此换热管8做单向间歇直线运动，刀头22做往返直线运动和间歇旋转运动。当动力座4向右运动时，为插齿行程，此时转轮21与槽轮20处于未啮合状态，丝杆15也处于未转动状态，主工作台9静止不动；当动力座4向左运动时，为不插齿的回位行程，此时转轮21与槽轮20啮合，丝杆15转动，主工作台9向右单向间歇运动一个距离，同时步进电机19旋转一个步距角度；当动力座4再次向右运动时，即完成下一个插齿行程，如此反复即可完成内翅片管的加工。
步骤D参数调整：变换不同槽数的槽轮20，即可改变主工作台9向右单向间歇运动的距离，从而改变齿距；改变步进电机19旋转一个步距的角度度数，即可改变内翅片的旋转角度；调整顶杆调整螺钉11控制顶杆对刀头的压紧程度，即可调整刀头齿型刃口的开合程度，以加工不同高度的翅片；变换不同齿数的刀头22即可改变内翅片管的片数。
使用本设备加工及方法出的小径薄壁螺旋高肋内翅片管，翅片管阻力损失比内插物高效换热管的阻力损失可降低50%以上，从而降低了压缩机的比功率，减少了压缩机电机功率消耗；使200立方以下的压缩机冷却器体积比原来缩小近二分之一左右，铜材等贵金属减少三分之一左右，同时耗水量也明显减少，从而降低了资源的使用和能源的消耗。
本小径薄壁螺旋高肋内翅片管加工设备结构简洁，设备及夹具体积小、易操作，可靠性高，结合加工方法，可以加工管径、长度、翅片参数等相对固定尺寸的换热管作为冷却器的通用件，使压缩机冷却器的标准化、批量化生产可以有效实现。
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