石墨电极加工设备(machining equipment for graphite electrode)

用于加工石墨电极的专用机械设备。包括石墨电极本体和接头加工设备。

石墨电极普通加工车床 由普通车床组成用石墨电极加工的专用设备。

工作原理 采用3台C630普通车床组成流水线，实现石墨电极加工工艺过程，使产品达到用户使用的技术标准。

3台C630普通车床分工：第一台C630车床实现车外圆。第二台C630车床实现掏孔平端面。第三台C630车床实现石墨电极内螺纹加工。(图1、2、3)锥形石墨电极，在拖板带动下，依靠靠模装置(图4)和专用铣刀装置实现锥形内螺纹加工。

设备加工特征 采用C630车床加工石墨电极，其优点是设备价格低、操作简单、维护方便、加工成品率较高、较易于切削。缺点是劳动强度大，系统加工精度低，加工中易产生较大振动，加工中产生较大粉尘造成机床的磨损和危害工人身体健康。

设备组成 它与C630普通车床一样由床头箱、走刀箱、拖板箱、床身及其附件等组成。

(1)床头箱。为适应石墨电极批量生产需要，将C630车床床头箱进行了改造，主要是增大Ⅱ轴轴径，减少工作齿轮齿数，加大相应齿轮模数，使齿轮强度提高50％(图5和表1)。

表1  C630型普通车床床头变速箱改装图表

图中序号	改 装 前			改 装 后
	M	Z	H	M1	Z1	H1
1	2.5	56	16	3	45	18
2	2.5	51	18	3	42	20
3	2.5	34	16	3	30	18
4	2.5	39	16	3	33	18
5	2.5	36	16	3	30	18
6	2.5	20	18	3	20	20
7	2.5	28	16	3	24	18
8	2.5	36	16	3	30	18
9	2.5	52	18	3	40	20
	Ⅱ轴直径为Ф33mm			Ⅱ轴直径为Ф37mm
说 明	MM1为改装前后齿轮模数 ZZ1为改装前后齿轮齿数 HH1为改装前后齿轮宽度

(2)夹盘。小批量生产一般采用定心卡盘。大批量生产则需要采用动力卡盘。可根据具体情况选用气压、液压或电力作为动力源。以气压作动力源，其压力为0.4～0.5MPa，示意图如图6所示，当压力低于0.4MPa时警笛自鸣，电源自动断电以保安全。

(3)屋座及顶尖。为了提高工作效率、减少工人劳动强度，采用气动顶尖，由QF₅操纵阀进行控制顶尖的伸出和退回。

(4)挂轮箱。调整箱内的齿轮亦与走刀箱配合，可以车削各种不同螺距的螺纹。

(5)走刀箱。在加工石墨电极外圆时，多数采用丝杠和开合螺母带动拖板使刀架移动方式，并进行了改造即通过挂轮箱上的交换齿轮a、b、c、d、e和走刀箱M₁、M₂内齿轮直联丝杠、加工石墨电极外圆(图7)以适应外圆加工中的大走刀、大启动的特点。

(6)拖板箱。在石墨电极掏孔、平端面工序中拖板箱是主要出力机构，3把刀(孔刀、平端面刀和底刀)在拖板箱的作用下进行车削，这个切削力相当大。因此，大批量流水作业，“手轮”是相当劳累的体力活。为了减轻体力劳动，保证产品质量，把拖板箱改成电动拖板箱，取消了原机床的光杠、丝杠，由单独电机驱动，通过减速机构，带动拖板箱的内齿轮与床身上的齿条咬合实现掏孔工序的机械加工工艺过程(图8)。

(7)床身。由床座、床壁、模筋条、三角导轨和床面构成的一个铸件整体；是用来支承床头箱、挂轮箱、走刀箱、拖板箱和尾座等部件的基础构件。床身要求刚性好、稳定性好。

三机组数控石墨电极专用加工机床 用于电弧炉炼钢石墨电极加工的自动化设备(图9)。

工作原理 该机床由两台美国A-B公司生产的7360型计算机(CNC)控制。采用空中输送架悬挂运输方式将上料机上的石墨电极毛坯送到该机组1号机上。在1号机上完成石墨电极端部的镗孔和粗加工端面工作。然后，再送到2号机进行车外圆和精平端面的加工。在3号机上完成石墨电极的内螺纹/gH-F，内螺纹加工是采用硬质合金梳刀实行9次进刀来完成的。在3号机进行加工同时，1号和2号机重复自己的动_作对后面的电极进行加工，都完成动作后统一由输送架将石墨电极吊起送到下一个工位进行作业，此时第一根电极的加工循环结束并进入产品检验台进行验收，实现石墨电极自动化加工过程。

设备组成 该机组由上料机、对中机、1号机、2号机、3号机、下料机、输送架、控制系统、空气动力系统、液压系统、润滑系统、螺旋输送系统等组成。此外还有电力系统、检测系统和通风除尘系统。

(1)上料机。将石墨电极毛坯用天车吊在重力给料架上，通过该机拨料装置将滚落在该机平行架上的产品拨入“对中机”对中。

(2)对中机。将拨料装置拨过来的产品对中，确保各种规格石墨电极中心线同处于约1219mm高度，纵向位置误差不超出25.4mm。

(3)1号机。实现石墨电极镗孔、粗平端面加工。该机由床身和拖板、镗孔和粗平端面动力头、夹具、支承装置、传感器、中间底座组成(图10)。

(4)2号机。实现石墨电极外圆加工和精平端面工艺。该机有床身和拖板、电机驱动动力头、端面精加工刀架、外圆加工刀架、中间底座、定心锥(图11)组成。

(5)3号机。实现石墨电极内螺纹加工工艺(图12)。该机有床身和拖板、铣螺纹动力头(图13)、传感器、中间底座、夹紧装置、电极支承座组成。

(6)下料机。承接3号机下来的成品电极，为产品检验提供准备。

(7)输送架。电极输送架是由升降与输送两大部分组成。它以每次一机台的距离将石墨电极从上料机输送到下料机，该输送机一次可同时提起4根电极。输送架可通过主控台手动操作，也可通过工件程序自动操作。

控制系统 该系统有两台A-B7360数控器来自动操作加工循环，有一个装有按钮和信号灯的主控台，同时，在每个机台旁边也提供手动控制板。用来设置机床初始位置和维修。

空气气动系统 空气以原有系统压力通过1号、3号机主轴，吹去石墨电极孔内的碎屑，另一作用，通过空气压力对1号、3号机主轴进行密封和发出夹紧石墨电极信号，使机头进给。同时防止3号机动力头刀具滑台滚珠丝杠进灰尘。并通过四通阀对1、3号机传感器进行控制。

液压系统 该机组的3台机床和输送架都由液压操作。包括液压缸、液压马达、阀、管子以及带有泵和电机的油箱。每台机床都有自己的油箱和油路，为了保持油路清洁和正常操作，保护器件，油路中都装有过滤器、油箱有加热器。

润滑系统 1号机头是由自身循环润滑系统进行润滑。2号机头是通过液压泵室里装有电机和15加仑油箱的油泵来进行润滑的。3号机头是永久性黄油进行润滑。需要连续润滑其他部件，由带有计量出口的间歇式压力喷射系统润滑。只需偶尔润滑的几个点则在适当时候集中处理。

螺旋输送系统 该机带有3台螺旋输送机，分别位于1号、3号两机头滑台座中间和2号机左头及中心座外部，并与工厂通风螺旋相连接，达到排除石墨电极切屑作用。

三机组数控石墨电极加工线技术性能(表2)。

28t 石墨电极加工自动线 用于电弧炉炼钢石墨电极加工自动化设备(图14)。

工作原理 该机由5台OMRONC200HSPC机和6台NC机集中控制。采用地面输送小车将石墨电极半成品输送到各个工位，实现其加工工艺过程。

首先，该机通过拨料装置，将放在上料架上的石墨电极毛坯翻滚到一工位(对中、测长)。在提升装置的作用下，使石墨电极与输送中心对称，同时，由脉冲记数器测出石墨电极长度后，通过运输车送到二工位(镗孔、粗平端面)，放在由伺服马达驱动，可升降的V形支撑架上；在求心装置的作用下，上(油缸驱动)下(伺服马达驱动)V形架将石墨电极定位夹紧。并根据一工位测得的石墨电极长度而计算出的NC程序，在伺服马达，滚珠丝杠的驱动下，使左右两侧床箱前进；床头箱主轴所带刀架上的孔刀和粗平端面铣刀，在二台主轴电机驱动下旋转，并按照切削参数进行镗锥孔，粗平端面。结束后，刀架停转，左右两床头箱退回，上下V形架松开复位。运输车将石墨电极输送到三工位(车外圆)。在由伺服马达驱动，可升降的V形支撑架的作用下，将石墨电极提升到工作位置，之后，左右两侧床头箱迅速向石墨电极两端推进；顶锥头同时伸出。左床头箱在伺服马达，滚珠丝杠驱动下，行至距石墨电极端面5mm处停下；右床头箱有油缸推动下，向左推石墨电极5mm与左顶锥头对中。并在各自油缸作用下，左右两顶锥头顶紧石墨电极，同时，石墨电极两端面被压紧。此时，两床头箱推进停止并锁住。支撑石墨电极V形架降下，左右两侧床头箱的两台主轴电机启动，通过齿轮箱传动，带动夹紧的石墨电极旋转。接着，在石墨电极斜上方设置的8把外圆车刀(间隔330mm)在各自油缸作用下，径向进给，直至达到切削深度。然后，在油缸的作用下，车刀自左向右纵向走刀，实现石墨电极外圆切削。结束后，8把车刀径向退刀，纵向自右向左返回到原位。同时，下面的V形支撑架升起，托住石墨电极，左右床头箱及其顶锥头先后退回到四工位。之后，落下V形支撑架，将石墨电极输送到四工位，进行对中、测长。完成后，由运输车送到五工位(精平端面，铣螺纹)，首先由伺服马达驱动的V形支撑架将石墨电极提升到工作位置；之后，中滑台横向进给到精平端面铣刀切削位置，同时，左右两侧下滑台上的“环形床头箱”，在伺服马达、滚珠丝杠的驱动下，迅速向石墨电极两端前进，到位后，在两侧环形床头箱上方油缸的作用下，通过曲轴联杆，带动两环形床头箱内环夹盘上的夹爪，夹紧石墨电极外圆。V形支撑架降下。而后，在FAMTCα18电机的驱动下(22kW)，通过减速机构，花键轴传动，使夹紧的石墨电极旋转。接着，上滑台精平端面铣刀在主轴电机启动下旋转。在伺服马达驱动下，纵向复合进刀，铣削石墨电极端面。完成后，端面铣刀退回。之后，螺纹梳刀在中滑台带动下，横向退到切削位置，螺纹梳刀在伺服马达驱动下，沿梳刀斜度滑板纵向进给，到位后，在主轴电机驱动下，螺纹梳刀旋转，按照切削参数，左梳刀由里向外；右梳刀由外向里切削螺纹，完成后，梳刀退回。夹紧石墨电极的夹爪松开，石墨电极被运输车送到六工位(卸料装置)，再由六工位翻滚到卸料架上进行检验、称重。石墨电极第一个加工过程结束。照此，往复循环，实现整个石墨电极自动化加工。

设备组成 该自动线由6个工位机床，输送车、电力系统，控制系统，空气动力系统，液压系统，润滑系统，还有与之配套的检测系统，通风除尘系统构成。下面主要介绍6个工位机床情况。

(1)一工位机床。由拨料装置，定长装置和升降装置组成。拨料装置由油缸和转向架组成。它的作用是将上料架上的石墨电极毛坯拨入定长装置上。定长装置由油缸和位于输送车两侧的定长挡板及记数器组成。在油缸驱动下，定长挡板等距匀速推向石墨电极两端实现“对中”并将石墨电极实际长度信息通过脉冲记数器送N--工位，以确定“粗平端面”切削余量。升降装置由油缸和位于输送车两侧的托辊组成。在油缸的驱动下，承接拨料装置过来的石墨电极毛坯，升起“对中”后，降下，放在输送车的工位上，待输送到二工位。

(2)二工位机床。由一个底座，二个床头箱，一个求心装置，夹紧装置和升降装置组成。底座为钢制焊接结构，上面带有滑轨，是本机床基础构件。床头箱外面带有刀架，里面有减速机构，它既能在伺服马达滚珠丝杠驱动下沿底座纵向运动，又能在主轴电机驱动下，通过减速装置带动刀具旋转，以实现镗孔粗平端面功能。求心装置是悬吊在两个床头箱上面的横梁上，它通过探杆、触点、油缸、齿轮、齿条，限位开关等一系列相关动作，使每一根石墨电极中心线与两床头箱中心线平行且重合。夹紧装置由油缸、V形夹头组成。它悬吊在求心装置同一横梁上，它在求心装置的作用下与升降装置协调动作实现石墨电极夹紧定位。该机升降装置在输送车两侧并与夹紧装置的V形夹头相对应，它由伺服马达带动伞形齿轮，传动螺母使丝杠及其上面的V形支撑架构成确认工件位置的主支撑，考虑加工特征，V形支撑架又设有油缸作用下的辅助支撑。(图15)

(3)三工位机床。由一个底座，两个床头箱，一个外圆加工装置和一个升降装置组成。底座为钢制焊接结构，上面有辅助底座是床头箱的基础构件。床头箱外面有顶锥头和夹紧圆盘，里面有减速机构。左床头箱由伺服马达滚珠丝杠驱动，右床头箱由油缸驱动，带动顶锥头、夹紧圆盘实现石墨电极定位夹紧，另外床头箱在主轴电机驱动下通过其减速机构带动石墨电极旋转。外圆加工装置由油缸和车刀装置组成。它安装在石墨电极斜上方的龙门架上。车刀装置由8把车刀和相应的油缸构成实现径向走刀，龙门架左端油缸驱动车刀装置纵向走刀，实现外圆加工。该机升降装置与二工位升降装置相同。

(4)四工位机床。由定长装置和升降装置组成。它的结构和功能与一工位相同。

(5)五工位机床。由一个底座，两个滑台，两个夹紧装置，一个工件旋转装置，一个升降装置，两个精铣端面装置，两个梳铣螺纹装置组成。底座为钢制焊接结构，它上面带有滑轨，是本机的其他装置的基础构件。滑台分上、中、下滑台。下滑台安装在底座上，它带动左右“环形床头箱”及其上面的夹紧装置和中上滑台沿工件纵向移动，以确定石墨电极夹紧位置。中滑台安装在下滑台上面，它带动上滑台精车端面铣刀装置和螺纹梳刀装置沿工件横向移动，以确定“两刀”的切削位置。上滑台安装在中滑台上面，它上面的“两刀”装置在相同伺服马达驱动下，在不同功率主轴马达启动下，实现石墨电极端面精平和螺纹切削。夹紧装置是通过左右两侧“环形床头箱”外上方的油缸，带动各自曲轴联杠，在转动环、楔块的作用下实现夹紧石墨电极功能。工件旋转装置在FANUCα18电机驱动下通过级减速机构，花键轴传动。带动左右两侧二次减速机构，使夹紧的石墨电极转动见图14。精平端面装置与梳铣螺纹装置，呈锐角相对，布置在上滑台同一平面上。精铣端面装置由伺服马达，主轴电机，端面铣刀盘和斜度滑轨组成。它使用斜度滑轨主要考虑复合进刀平稳快捷和石墨电极外端面不出毛边。螺纹梳刀装置由伺服马达，主轴电机，梳刀架和斜度滑轨组成。它使用斜度滑轨主要保证石墨电极孔的锥度符合其技术标准。该机升降装置由伺服马达，1：5齿轮机构，丝杠丝母和V形支撑架组成，该机在伺服马达作用下通过一系列传动把工件升到工作位置，降落在输送车的工位上。

(6)六工位机床。实际是升降装置，它由油缸、支撑架组成。在油缸作用下，支撑架可升降，“升”可把加工完好的石墨电极翻滚到下料架上。“降”待输送车把五工位机床电极送到本工位。

设计计算 这台石墨电极加工自动线的设计生产能力为30根/h，技术性能见表9。如果生产能力以“吨”计量，则班产的多少取决于石墨电极规格大小；也取决于当班开机时间的长短。要提高劳动生产率，必须注意下面几个问题。

(1)减少停机时间。即搞好本机及其配套设备的维护检修，减少非正常停机时间；加强生产组织工作，增加有效加工工时，不经常更换产品规格，缩短更换工装时间，进料不断档，返修量要少；同时加强现场管理。

(2)在条件允许的情况下，尽量安排大规格产品生产。

(3)要有足够的备品备件，不断提高该自动线备品备件国产化率；要有懂技术、会管理的工人和干部参与日常生产活动。

石墨接头普通加工车床 由普通车床组成供两根石墨电极连接用的石墨接头加工的专用设备。

工作原理 利用C630和C620普通金属加工机床的原理来对石墨接头进行加工。石墨接头分圆柱形和圆锥形。圆柱形接头是在一台C630车床和两台C620车床组成的流水作业线上加工的；圆锥形接头是在3台C630车床上加工的。

(1)圆柱形石墨接头。首先在C630车床上，将石墨接头料完成外圆、铣螺纹、定尺横切割之后将半成品石墨接头拧入第二台C620车床胎具定位紧固并由主轴带动旋转，加工石墨接头端面、半扣及模径。(如果指在直径Ф75～250mm石墨电极所用接头，则需将半成品接头放在装有胎具和刀盘的砂轮机上加工端面磨半扣及模径)。同理第三台C620车床加工石墨接头另一端端面、半扣及模径。

(2)圆锥形石墨接头。首先用第一台C630车床对石墨接头料进行外圆加工(配Ф300mm以下石墨电极的接头不加工外圆)，并按规定尺寸接头切成若干段，使每一段料一端为锥形，另一端为圆柱形半成品(图17)之后，交第二台C630车床，用卡盘夹紧圆柱形一端，在大拖板，带稍靠模装置和专用铣刀作用下，铣锥形石墨接头端面、半扣、模径和螺纹(图18a)合格后交第三台C630车床，将已加工完好的一端石墨接头拧入主轴带动的专用胎具，采用第二台C630车床加工方法，加工另一端锥形接头的端面、半扣、模径和螺纹(图18b)。

圆柱形石墨接头加工自动线 用于加工“连接圆柱形螺纹孔石墨电极”接头的自动化加工设备。

工作原理 该自动线先将石墨接头毛坯按一定长度在切割机上切成数段，经料槽进入螺纹铣床，铣出外圆及螺纹并在两端铣出半扣，卸下后交付检验包装。

设备组成 这条自动线由上料架，给料机及3台专用机床组成。3台专用机床为切割机、双面铣床、螺纹铣床。3台机床间用运输带、料槽及拨料机构联结起来(图19)。

(1)上料架。由两根平行并带有斜度的钢架构成，其功能储放毛坯料。为控制毛坯料按规定程序滚到工位，该上料架设有气动给料器。

(2)给料机。由两个滚筒、一条运输带、一个减速器和一个框架组成。在电气联锁下，步进，断续给切割机供料。

(3)切割机。它由锯片、机架和升降气缸组成。切割时毛坯料夹紧不动，可由上下升降的圆锯切断。(见图20)

(4)双端面铣床(图21)。它由一个床身，两个铣头和一个夹料装置组成，并由电气联锁控制给料。该机的作用是将切断的每段坯料两端铣平，并使接头达到规定长度。

(5)螺纹铣床(图22)。该机有前后两个床身，前床身拖板上有床头箱、气动尾座、拖料器和料槽。后床身有两个铣头，一个铣头加工工件两端半扣和外圆，另一个铣头在自己加工外圆表面铣螺纹。

该自动线控制由两套系统组成一是自动程序控制；二是单机手动控制。

圆锥形石墨接头加工自动线 用于加工“连接圆锥形石墨电极”接头的自动化加工设备。

工作原理 首先，通过该自动线第一工位切断机将石墨接头料毛坯按一定长度切成数段，之后，由第二工位逐段进行端头加工、铣端面、钻中心孔、套车两端定位外圆。然后，在第三工位主轴箱“后尾座”顶紧旋转，通过双刀架车刀，切削石墨接头双锥面。最后，以第三工位相同装夹方式送第四工位铣螺纹，钻接头栓孔，经称重，测比电阻检验合格后，包装。见该自动线主要工位示意图23。

设备组成 该自动线采用组合式梳齿刀铣削螺纹。由PC115型计算机进行整个过程控制。对Ф350、Ф400、Ф450、Ф500、Ф600mm石墨电极接头按每英寸3扣或4扣进行加工。该自动线由切断机、端头加工机、锥面加工机、铣螺纹机、钻接头栓孔机、称重测电阻率机以及机械手输送线、液压系统和计算机控制系统组成。

(1)切断机。实现坯料切断功能。它由倾斜料架、送料装置、工作装置、工作台夹具、主机、工件输送装置以及液压、电控、润滑系统组成。

(2)端头加工机。实行刮削端面，钻中心孑L，套车两端定位外圆功能。它由床身、滑台、动力头、刀盘、夹紧装置、防尘罩、电控等部分组成。

(3)锥面加工机。实行锥面加工功能。它由主轴箱，前后刀架、后尾座、电机皮带拉紧机和机座、床身组成。并且设有液压站和电气控制，输送线和微机控制系统。接头双锥面加工如图24所示。

(4)铣螺纹机。实行铣石墨接头螺纹功能。该机主运动采用谐波减速器降速，其降速比大，传动链短、结构紧凑进给系统采用滚珠丝杠，使用螺纹梳刀加工螺纹。该机由床腿、主轴、传动尾架、刀架部分组成；由计算机对上料、夹紧、加工、下料等过程实行自动控制，

(5)机床的传动。见图25。

1)主传动系统。主传动电动机的转动通过三角皮带轮传递给Ⅰ轴，在Ⅱ轴上装有两个电磁离合器，以实现主轴正反转。正转(用于切削)为2.56r/min。反转(用于退刀)为4.72r/min。

2)进给系统。使刀架实现沿工件母线运动的传动链。加工不同螺距的工件是靠对进给运动传动链进行适当的调整来实现的，对于1in3扣为1/3”×37/6mm/r，对于1in4扣为1/4”x37/5mm/r。

(6)钻接头栓孔机。该机床是自动线第五工位，用于安装石墨接头栓。它由夹紧、钻孔、安栓、旋转机构组成。

(7)称重测电阻率机。该机是自动线第六工位，用于加工后，成品接头检测。

表4  锥形石墨接头加工自动线主要技术参数表