Объясняется принцип работы крупномасштабной-бесцентровой лущильной машины и влияние соосности каждого компонента на качество обработки. На основе конструкции оборудования и производственной практики даны методы обнаружения и регулировки соосности крупномасштабной бесцентровой лущильной машины и соответствующих инструментов и приспособлений.
Бесцентровый лущильный станок, также известный как бесцентровый токарный станок, является основным оборудованием для точного производства длинной круглой блестящей стали [1]. Он использует высокоскоростной-вращающийся инструмент для резки и снятия поверхностного материала со сверх-длинных стальных стержней, который более эффективен, чем обычные токарные станки, в удалении оксидной окалины и слоя ржавчины с поверхности стали, тем самым улучшая внешний вид и качество поверхности готовой стали. В настоящее время диаметр обработки на крупномасштабном бесцентровом токарном станке может достигать 500 мм, класс допуска по диаметру может достигать IT9, значение шероховатости поверхности Ra составляет 1,6-3,2 мкм, а значение шероховатости поверхности Ra после полировки может достигать 0,8 мкм.
Основные компоненты бесцентровой машины для очистки включают в себя: зажимное устройство, входное направляющее устройство, вращающуюся режущую головку, выходное направляющее устройство и разгрузочную тележку. Соосность вышеуказанных пяти компонентов (далее называемая «пяти-коаксиальностью») является наиболее важным показателем точности бесцентровой машины для очистки. Соосность пяти центров напрямую влияет на качество поверхности изделия; превышение этого допуска приведет к появлению различных дефектов на поверхности заготовки.
Обнаружить и отрегулировать соосность пяти центров довольно сложно. Тянь Сяохуэй[2], Чао Хунган[3] и другие изучали использование собственной конструкции оборудования в качестве эталона для регулировки точности каждого компонента в отдельности, но унифицированная регулировка соосности пяти центров мало обсуждается. Метод регулировки соосности, предложенный Доу Вэйтао и др. [4] применимо к небольшим-машинам для очистки без стержня, но для больших-машин для очистки без стержня из-за большего размера и веса деталей определение точности и регулировка затруднены. Поэтому необходимо еще изучить более работоспособные схемы обнаружения и настройки и изготовить соответствующие инструменты и приспособления.
Наша компания имеет две машины для очистки без стержня, а именно американскую машину HETRAN BT16 и машину для очистки без стержня Yantai Kejie WCS300S. Максимальные размеры готового изделия составляют φ400 мм и φ305 мм соответственно. Наша компания на практике исследовала и попыталась устранить влияние ошибки пяти-соосности на качество продукции, а также метод регулировки пяти-соосности в крупномасштабных-машинах для очистки. Ниже приводится введение на примере бесцентровой лущильной машины BT16.
Изображение 2 Принцип работы и устройство оборудования
В отличие от принципа работы вращения заготовки и осевой подачи инструмента при обработке круглых стальных прутков на обычном токарном станке при работе бесцентрового лущильного станка инструмент вращается и подача заготовки осуществляется аксиально. Краткий рабочий процесс заключается в том, что зажимное устройство зажимает пруток и подает его, основная машина выполняет обработку лущения, входное и выходное направляющие устройства гасят вибрацию, а затем разгрузочная тележка вытягивает пруток [5].
Режущая часть основной машины BT16 представляет собой вращающуюся режущую головку, установленную на полом шпинделе с внутренним диаметром 600 мм (см. Рисунок 1). Полый шпиндель установлен в шпиндельной коробке и приводится в движение главным двигателем с высокой скоростью. 4, на режущей головке симметрично установлены 8 инструментов, что обеспечивает высокую эффективность резания.
Изображение Рис. 1. Вращающаяся режущая головка
Осевую подачу заготовки осуществляет зажимное устройство (см. рисунок 2). На прижимном устройстве установлены две пары подающих роликов. Зажимное действие роликов осуществляется с помощью гидравлического цилиндра и зубчатого механизма. Вращение роликов приводится в движение серводвигателем, а скорость подачи стабильна и регулируется.
Рисунок Рисунок 2: Зажимное устройство и шпиндельная коробка
Входное направляющее устройство (см. Рисунок 3) состоит из трех самоцентрирующихся захватов, соединенных рычажным механизмом.
Рисунок Рисунок 3: Устройство входной направляющей
Выходное направляющее устройство (см. рисунок 4) установлено внутри полого шпинделя шпиндельной коробки. Это самоцентрирующееся зажимное устройство с четырьмя-кулачками, соединенными-самоцентрирующимся устройством, в губки которого встроены медные пластины для защиты поверхности готовой заготовки. Из-за добавления механического регулировочного устройства для регулировки соосности его оси с вращающейся режущей головкой конструкция усложняется, но структура рычажного механизма и выполняемая им функция аналогичны входной направляющей. Некоторое оборудование имеет два набора выпускных направляющих устройств, которые называются средней направляющей и задней направляющей соответственно в зависимости от их расстояния от вращающейся режущей головки или вместе называются средней и задней направляющими.
Изображение
Рисунок 4. Устройство направляющей выхода
Функция входных и выходных направляющих устройств заключается в зажиме и поддержке заготовки, обеспечении надежного направления, поддержании плавного осевого перемещения и предотвращении вибрации и вращения.
Основным компонентом разгрузочной тележки является пара V-образных наковальнь. Зажимное действие верхней и нижней наковальни связано самоцентрирующейся шестерней и реечным механизмом. Заготовка зажимается непосредственно перед тем, как она покинет подающие ролики, обеспечивая силу зажима и осевую подачу.
Таким образом, соосность центров пяти компонентов-зажимного устройства, вращающейся режущей головки, входного направляющего устройства, выходного направляющего устройства и разгрузочной тележки-должна быть проверена и отрегулирована с определенной точностью. В противном случае пруток будет испытывать кратковременное смещение при входе и выходе из зажимных и направляющих устройств. Даже небольшое смещение отрицательно скажется на качестве поверхности заготовки.
Изображение 3. Влияние соосности пяти-центров, превышающей допуск, на точность обработки
Превышение допуска на соосность пяти-центров приведет к появлению дефектов на поверхности заготовки, таких как следы вибрации, ступеньки, эксцентриситет при повороте, усадка хвостовой части заготовки и повторение ошибок.
3.1 Следы вибрации
Следы вибрации обычно появляются на переднем конце заготовки, как показано на рисунке 5. Согласно принципу работы оборудования, когда заготовка впервые начинает обработку и еще не вошла в диапазон зажима выходного направляющего устройства, она удерживается двумя парами подающих роликов и входным направляющим устройством на зажимном устройстве, в то время как режущая головка выполняет обработку лущения. Если отклонение соосности двух пар подающих роликов и входного направляющего устройства велико, заготовка находится в пере-позиционированном состоянии, ее жесткость снижается, и она имеет тенденцию изгибаться и деформироваться. Под действием силы резания заготовка будет вибрировать, образуя следы вибрации. С другой стороны, при пере-позиционировании силы зажима верхних и нижних роликов зажимного устройства различны, что повлияет на стабильность скорости подачи и усугубит образование вибрационных следов.
Изображение: Рисунок 5. На поверхности заготовки появляются следы вибрации.
3.2 Шаги
Ступени (см. рисунок 6) обычно появляются на обоих концах заготовки. Ступени появляются на переднем конце заготовки, поскольку при осевом подаче заготовки, когда передний конец заготовки достигает положения выходного направляющего устройства или положения зажима разгрузочной тележки, выходное направляющее устройство и разгрузочная тележка зажимают заготовку. Когда выходное направляющее устройство и разгрузочная тележка не соосны вращающейся режущей головке, заготовка будет испытывать радиальное относительное смещение относительно резака, что приведет к появлению ступеньки в соответствующем положении на заготовке. Расстояние от места уступа до переднего торца заготовки равно расстоянию от выходного направляющего устройства или разгрузочной тележки до фрезы.
Уступ появляется на заднем конце заготовки, что происходит при отрыве заготовки от подающих роликов и входного направляющего устройства. Это связано с тем, что подающие ролики и входное направляющее устройство расположены соосно вращающейся режущей головке. Механизм тот же, что и при появлении ступеньки на переднем конце заготовки. Расстояние от места уступа до заднего торца заготовки равно расстоянию от подающих роликов или входного направляющего устройства до фрезы.
Изображение Рис. 6. На поверхности заготовки появляются ступеньки.
3.3 Эксцентриситет при повороте
Основной причиной эксцентриситета вращения (см. Рисунок 7) является большое отклонение между входным направляющим устройством и центром вращения вращающейся режущей головки. Это приводит к тому, что центр заготовки оказывается соосным с центром вращающейся режущей головки, вызывая эксцентриситет, и одна сторона окружности заготовки не обрабатывается. Если зажимное устройство и входное направляющее устройство также соосны, эксцентриситет еще больше увеличится. Поэтому, если не учитывать собственную ошибку прямолинейности заготовки, основной причиной эксцентриситета поворота является несоосность зажимного устройства, входного направляющего устройства и вращающейся режущей головки.
Изображение Рис. 7. Эксцентриситет при повороте
3.4 Усадка хвостовой части заготовки
Усадка хвоста (см. рисунок 8) вызвана большим отклонением соосности между выходным направляющим устройством, разгрузочной тележкой и центром вращения вращающейся режущей головки. Во время очистки заготовка подвергается комбинированному действию радиальной силы резания в направлении диаметра и силы зажима выходного направляющего устройства и разгрузочной тележки. Когда заготовка подается на хвост и вот-вот покинет инструмент, баланс сил между этими тремя нарушается. Только выходное направляющее устройство и разгрузочная тележка прикладывают силу зажима к заготовке, вызывая радиальное смещение и приводящее к усадке хвостовика.
Изображение Рисунок 8. Усадка хвоста
3.5 Репликация ошибок
На поверхности заготовки чередуются светлые и шероховатые участки (см. рисунок 9). Красным кружком на рисунке 9 отмечена медная пыль, которая падает, когда медная пластина выпускной направляющей скользит относительно заготовки. Появление медной пыли указывает на то, что поверхность заготовки в этой области относительно шероховатая. Этот дефект вызван значительным дефектом ковочной спирали на поверхности заготовки перед лущением (см. рисунок 10). Расстояние между соседними черновыми участками на поверхности обрабатываемой детали равно «шагу» спирали.
Теоретически этот дефект не должен появляться на поверхности готовой заготовки, когда ширина губок входного направляющего устройства больше «шага» спирали. Однако когда входное направляющее устройство и зажимное устройство не соосны, губки входного направляющего устройства находятся в едином-точечном контакте с заготовкой. Поскольку заготовка фактически подается спирально, спираль ковки на поверхности заготовки отражается на обработанной поверхности.
Изображение Рисунок 9: Чередование ярких и грубых областей
Изображение Рис. 10. Ковка спирали на поверхности заготовки перед механической обработкой.
Изображение 4. Метод регулировки пяти-соосности
Обнаружение и регулировка пяти-соосности центров должны основываться на центре вращающейся режущей головки, установленной на полом шпинделе, в качестве теоретического ориентира. Поскольку ось полого шпинделя не является твердым объектом, в качестве привязки регулировки необходима опорная полоса. Трудность заключается в том, как выбрать разумное положение опоры и метод опоры, чтобы точно разместить опорную планку на оси оборудования. Крупномасштабные-машины для бесцентровой очистки требуют испытательных стержней значительного диаметра и массы, что требует высокой точности и жесткости при выборе опорных компонентов. Для испытательных стержней крайне важно уменьшить их массу, сохранив при этом жесткость.
После многочисленных испытаний наша компания разработала следующий план регулировки: во-первых, отрегулируйте входное направляющее устройство так, чтобы оно было концентрично вращающейся режущей головке. Затем поддерживайте испытательные стержни отверстиями цилиндров впускных и выпускных направляющих устройств и отрегулируйте центр подающих прижимных роликов и разгрузочной тележки. Упрощенная схема метода поддержки испытательного стержня и процедуры испытаний бесцентровой лущильной машины BT16 показана на рисунке 11.
Рисунок 11. Метод поддержки и схема контроля машины для проверки прутков.
Проверка 1 бар
2-зажимное устройство
3-передний поддерживающий рукав
Направляющее устройство с 4 входами
5-циферблатный индикатор
6-Режущая Головка
Направляющее устройство с 7 выходами
8-задняя опорная втулка
9-разгрузочная тележка
Передние и задние опорные втулки установлены на входном и выходном направляющих устройствах соответственно. Проверка стержня поддерживается этими двумя опорными втулками (см. рисунки 12 и 13), поскольку эти два компонента имеют хорошую жесткость и надежную опору. Две опорные втулки используются в качестве переходных опор. Выравнивание опорных втулок относительно вращающейся режущей головки относительно просто и позволяет легко достичь высокой точности. Другая функция опорных втулок — сбалансировать требования к жесткости и качеству контроля стержня, позволяя сделать проверку стержня меньше и легче, что полезно для повышения точности контроля и эффективности работы.
Изображение 12. Опорная планка передней опоры
Изображение 13. Опорная планка задней опорной втулки
Наша компания использует пруток длиной 3500мм, диаметром 120мм и прямолинейностью 0,7мм/длина.
Конкретные шаги по регулировке пятицентровой соосности следующие:
1) Установите переднюю опорную втулку и выровняйте ее по центру. Как показано на Рисунке 14, зажмите переднюю опорную втулку с помощью впускного направляющего устройства. Используйте циферблатный индикатор, чтобы проверить соосность между центром передней опорной втулки и центром вращающейся режущей головки: Магнитное основание циферблатного индикатора прикреплено к вращающейся режущей головке, а головка циферблатного индикатора измеряет внутреннее отверстие передней опорной втулки. Циферблатный индикатор вращается на 360 градусов вместе с вращающейся режущей головкой. По показаниям стрелочного индикатора определите погрешность соосности и ее направление. Отрегулируйте толщину прокладок под тремя захватами переднего направляющего устройства соответствующим образом, чтобы обеспечить соосность центра передней опорной втулки с вращающейся режущей головкой. После регулировки входное направляющее устройство должно оставаться зажатым.
Изображение
Рисунок 14 Проверка соосности передней опорной втулки и режущей головки
2) Установите заднюю опорную втулку в отверстие цилиндра выпускного направляющего устройства. Поскольку выходное направляющее устройство и шпиндель вращающейся режущей головки смонтированы вместе в коробке шпинделя (конструкция показана на рисунке 15), его левый конец поддерживается вращающейся режущей головкой, а правый конец - торцевой крышкой. Таким образом, конструкция шпиндельной коробки определяет, что отверстие цилиндра выпускного направляющего устройства соосно с вращающейся режущей головкой, что позволяет устанавливать заднюю опорную втулку непосредственно в качестве опорного компонента без регулировки.
Изображение
Рисунок 15 Принципиальная схема конструкции шпиндельной коробки
1-Режущая головка 2-Выпускное направляющее устройство 3-Концевая крышка 4-Задняя опорная втулка
3) Вставьте тестовую планку в отверстия передней и задней опорных втулок. Оба конца находятся в зоне зажима подающего устройства и разгрузочной тележки соответственно. При этом соосность испытательного стержня и режущей головки зависит от точности изготовления самого оборудования и точности центровки передней опорной втулки.
4) Проверьте соосность между центром подающего устройства и испытательным стержнем. 5) Проверьте расстояния G и H между испытательным стержнем и верхним и нижним прижимными роликами с помощью контрольных мер (см. Рисунок 11). Отрегулируйте толщину прокладок под основанием зажимного устройства, чтобы значения G и H были равными. В этот момент центры верхнего и нижнего прижимных роликов соосны испытательному стержню.
6) Проверьте соосность между центром разгрузочной тележки и испытательной планкой. Метод проверки и регулировки аналогичен шагу 4: отрегулируйте толщину прокладок под площадками захвата по измеренным значениям E и F (см. рисунок 11).
7) Выходное направляющее устройство имеет механическое регулировочное устройство, которое позволяет напрямую регулировать соосность с испытательным стержнем.
Примечание. В процессе проверки и регулировки впускное направляющее устройство должно оставаться зажатым, зажимая переднюю опорную втулку до завершения всех работ; верхний и нижний прижимные ролики, а также V--образная наковальня тележки не должны касаться испытательного стержня, а только приближаться к нему, чтобы облегчить измерение расстояния до испытательного стержня, чтобы сохранить точность испытательного стержня. Требования к точности для передней и задней опорных втулок таковы: зазор 0,10 мм между внутренним отверстием передней опорной втулки и испытательным стержнем и соосность 0,05 мм между внутренним отверстием и внешним кругом. Зазор между внутренним отверстием задней опорной втулки и испытательным стержнем составляет 0,10 мм, соосность между внутренним отверстием и внешним кругом составляет 0,05 мм, а зазор между внешним кругом и отверстием цилиндра выпускного направляющего устройства составляет 0,15 мм.
Изображение 5. Заключение
Принцип регулировки заключается в использовании центра вращающейся режущей головки в качестве ориентира для регулировки пяти-соосности и использовании испытательного стержня для тестирования. Жесткость положения опоры испытательного стержня должна быть хорошей. Испытательный стержень поддерживается опорной втулкой, которая служит опорной точкой перехода и отрегулирована так, чтобы быть соосной режущей головке. Другая функция опорной втулки — уменьшение веса испытательной планки, повышение точности испытаний и повышение эффективности регулировки. Регулировка пяти-соосности шелушильной машины описанным выше способом дает удовлетворительные результаты, а качество обработки продукции значительно улучшается.
