Wyjaśniono zasadę działania wielkogabarytowej-bezkłowej obieraczki oraz wpływ współosiowości każdego elementu na jakość przetwarzania. W oparciu o strukturę sprzętu i praktykę produkcyjną podano metody wykrywania i regulacji współosiowości wielkoskalowej-bezkłowej obieraczki oraz odpowiednich narzędzi i osprzętu.
Bezkłowa maszyna do obierania, znana również jako tokarka bezkłowa, jest podstawowym urządzeniem do precyzyjnej produkcji długiej, okrągłej stali jasnej [1]. Wykorzystuje narzędzie obrotowe o dużej-prędkości do cięcia i odrywania materiału powierzchniowego z bardzo-prętów stalowych, które jest bardziej wydajne niż zwykłe tokarki w usuwaniu zgorzeliny tlenkowej i warstwy rdzy z powierzchni stali, poprawiając w ten sposób wygląd i jakość powierzchni gotowej stali. Obecnie średnica obróbki na dużej-tokarce bezkłowej może osiągnąć 500 mm, stopień tolerancji średnicy może osiągnąć IT9, wartość chropowatości powierzchni Ra wynosi 1,6–3,2 μm, a wartość chropowatości powierzchni Ra po polerowaniu może osiągnąć 0,8 μm.
Do głównych elementów obieraczki bezkłowej należą: urządzenie zaciskowe, urządzenie prowadzące wlot, obrotowa głowica tnąca, urządzenie prowadzące wylot i wózek wyładowczy. Współosiowość powyższych 5 elementów (zwana dalej „współosiowością pięciu-środków”) jest najważniejszym wskaźnikiem precyzji bezkłowej obieraczki. Współosiowość pięciu ośrodków bezpośrednio wpływa na jakość powierzchni produktu; przekroczenie tej tolerancji doprowadzi do różnych defektów na powierzchni przedmiotu obrabianego.
Wykrycie i dostosowanie współosiowości pięciu ośrodków jest dość trudne. Tian Xiaohui[2], Chao Honggang[3] i inni badali wykorzystanie własnej konstrukcji sprzętu jako punktu odniesienia przy dostosowywaniu dokładności każdego elementu z osobna, ale niewiele jest dyskusji na temat jednolitej regulacji współosiowości pięciu ośrodków. Metoda regulacji współosiowości podana przez Dou Weitao i in. [4] ma zastosowanie w przypadku małych-obierarek bezrdzeniowych, ale w przypadku-obierarek bezrdzeniowych o dużych rozmiarach, ze względu na większy rozmiar i wagę części, wykrywanie dokładności i regulacja są trudniejsze. Dlatego nadal konieczne jest zbadanie bardziej funkcjonalnych schematów wykrywania i regulacji oraz wykonanie odpowiednich narzędzi i osprzętu.
Nasza firma posiada dwie obieraczki bezrdzeniowe, a mianowicie amerykańską obieraczkę bezrdzeniową HETRAN BT16 oraz obieraczkę bezrdzeniową Yantai Kejie WCS300S. Maksymalne rozmiary gotowego produktu to odpowiednio φ400mm i φ305mm. Nasza firma zbadała i próbowała zająć się wpływem błędu pięciocentrowej-współosiowości na jakość produktu oraz metodę regulacji pięcioosiowej-współosiowości w-dużych maszynach do obierania w praktyce. Poniżej znajduje się wprowadzenie na przykładzie obieraczki bezkłowej BT16.
Zdjęcie 2 Zasada działania i budowa urządzenia
W przeciwieństwie do zasady działania polegającej na obrocie przedmiotu obrabianego i osiowym posuwie narzędzia podczas obróbki okrągłych prętów stalowych na konwencjonalnej tokarce, narzędzie obraca się, a przedmiot obrabiany jest podawany osiowo, gdy pracuje bezkłowa maszyna do obierania. Krótki proces pracy polega na tym, że urządzenie zaciskowe zaciska pręt i podaje go, główna maszyna wykonuje obróbkę obierania, prowadnice wlotowe i wylotowe buforują drgania, a następnie wózek wyładowczy wyciąga pręt [5].
Częścią tnącą maszyny głównej BT16 jest obrotowa głowica tnąca osadzona na wydrążonym wrzecionie o średnicy wewnętrznej 600mm (patrz rysunek 1). Wydrążone wrzeciono jest zamontowane w skrzynce wrzeciona i napędzane przez silnik główny, aby obracać się z dużą prędkością. 4 8 narzędzi jest symetrycznie zainstalowanych na głowicy tnącej, co zapewnia wysoką wydajność cięcia.
Obraz Rysunek 1 Obrotowa głowica tnąca
Posuw osiowy przedmiotu obrabianego realizowany jest przez urządzenie mocujące (patrz rysunek 2). Na urządzeniu zaciskowym zamontowane są dwie pary rolek podających. Zacisk rolek napędzany jest cylindrem hydraulicznym i mechanizmem przekładniowym. Obrót rolek napędzany jest serwomotorem, a prędkość podawania jest stabilna i regulowana.
Obraz Rysunek 2: Urządzenie mocujące i skrzynka wrzeciona
Urządzenie prowadzące wlot (patrz rysunek 3) składa się z trzech-samocentrujących szczęk połączonych mechanizmem dźwigniowym.
Obraz Rysunek 3: Urządzenie prowadzące wlot
Urządzenie prowadzące wylot (patrz rysunek 4) jest zainstalowane wewnątrz wydrążonego trzpienia skrzynki wrzeciona. Jest to samocentrujące urządzenie mocujące z czterema-połączonymi szczękami-, z miedzianymi płytkami osadzonymi w szczękach w celu ochrony powierzchni gotowego przedmiotu obrabianego. Dzięki dodaniu mechanicznego urządzenia regulującego do regulacji współosiowości jego osi z obracającą się głowicą tnącą, konstrukcja jest bardziej złożona, ale konstrukcja połączenia i osiągana przez niego funkcja są podobne do prowadnicy wlotowej. Niektóre urządzenia posiadają dwa zestawy urządzeń prowadzących wylot, zwane odpowiednio prowadnicą środkową i prowadnicą tylną, w zależności od ich odległości od obracającej się głowicy tnącej, lub łącznie określane jako prowadnica środkowa i tylna.
Obraz
Rysunek 4. Urządzenie prowadzące wyjście
Zadaniem urządzeń prowadzących wlotowych i wylotowych jest zaciskanie i podpieranie przedmiotu obrabianego, zapewnianie niezawodnego prowadzenia, utrzymywanie płynnego ruchu osiowego oraz zapobieganie wibracjom i obrotom.
Głównym elementem wózka wyładowczego jest para kowadeł w kształcie litery V-. Działanie zaciskające górnego i dolnego kowadła jest połączone za pomocą-samocentrującego mechanizmu zębatego i mechanizmu zębatkowego. Obrabiany przedmiot jest mocowany tuż przed opuszczeniem rolek podających, zapewniając siłę docisku i osiową siłę posuwu.
Podsumowując, współosiowość środków pięciu elementów-urządzenia zaciskowego, obrotowej głowicy tnącej, urządzenia prowadzącego wlotowego, urządzenia prowadzącego wylotowego i wózka wyładowczego-należy sprawdzić i wyregulować z pewną dokładnością. W przeciwnym razie pręt będzie doświadczał chwilowego przesunięcia podczas wchodzenia i wychodzenia z urządzeń zaciskających i prowadzących. Nawet niewielkie przesunięcie będzie miało niekorzystny wpływ na jakość powierzchni przedmiotu obrabianego.
Obraz 3. Wpływ pięciu-współosiowości przekraczającej tolerancję na dokładność obróbki
Przekroczenie tolerancji pięciu-współosiowości będzie prowadzić do defektów na powierzchni przedmiotu obrabianego, takich jak ślady wibracji, uskoki, mimośród toczenia, skurcz końca przedmiotu obrabianego i powielanie błędów.
3.1 Ślady wibracji
Ślady wibracji zwykle pojawiają się na przednim końcu przedmiotu obrabianego, jak pokazano na rysunku 5. Zgodnie z zasadą działania urządzenia, gdy przedmiot obrabiany rozpoczyna się po raz pierwszy i nie wszedł jeszcze w zakres mocowania urządzenia prowadzącego wyjściowego, jest on utrzymywany przez dwie pary rolek podających i urządzenie prowadzące wlotowe na urządzeniu zaciskającym, podczas gdy głowica tnąca wykonuje obróbkę odrywania. Jeśli odchylenie współosiowości dwóch par rolek podających i urządzenia prowadzącego wlotowego jest duże, przedmiot obrabiany znajduje się w stanie przesuniętym-, jego sztywność maleje oraz ma tendencję do zginania się i odkształcania. Pod wpływem siły skrawania przedmiot obrabiany będzie wibrował, tworząc ślady wibracji. Z drugiej strony podczas-przepozycjonowania siły docisku górnej i dolnej rolki urządzenia dociskowego są różne, co będzie miało wpływ na stabilność prędkości posuwu i zaostrzy powstawanie śladów wibracyjnych.
Zdjęcie: Rysunek 5 Na powierzchni przedmiotu obrabianego pojawiają się ślady wibracji
3.2 Kroki
Stopnie (patrz rysunek 6) zwykle pojawiają się na obu końcach przedmiotu obrabianego. Stopnie pojawiają się na przednim końcu przedmiotu obrabianego, ponieważ gdy przedmiot obrabiany jest podawany osiowo, gdy przedni koniec przedmiotu obrabianego osiągnie położenie urządzenia prowadzącego wyjściowego lub położenie mocowania wózka wyładowczego, urządzenie prowadzące wyjściowe i wózek wyładowczy zacisną przedmiot obrabiany. Gdy urządzenie prowadzące wylot i wózek wyładowczy nie są współosiowe z obrotową głowicą tnącą, przedmiot obrabiany będzie doświadczał promieniowego przemieszczenia względnego względem noża, co spowoduje powstanie stopnia w odpowiednim położeniu na przedmiocie obrabianym. Odległość od stopnia do przedniego końca przedmiotu obrabianego jest równa odległości od urządzenia prowadzącego wylot lub wózka wyładowczego do noża.
Stopień pojawia się na tylnym końcu przedmiotu obrabianego, co następuje, gdy przedmiot obrabiany odłącza się od rolek podających i urządzenia prowadzącego wlotowego. Dzieje się tak dlatego, że rolki podające i urządzenie prowadzące wlotowe są współosiowe z obrotową głowicą tnącą. Mechanizm jest taki sam, jak w przypadku pojawienia się stopnia na przednim końcu przedmiotu obrabianego. Odległość od miejsca stopnia do tylnego końca przedmiotu obrabianego jest równa odległości od rolek podających lub urządzenia prowadzącego wlotowego do noża.
Obraz Rysunek 6: Na powierzchni przedmiotu obrabianego pojawiają się stopnie
3.3 Mimośród skrętu
Główną przyczyną mimośrodu toczenia (patrz rysunek 7) jest duże odchylenie pomiędzy urządzeniem prowadzącym wlotowym a środkiem obrotu obrotowej głowicy tnącej. Powoduje to, że środek przedmiotu obrabianego jest współosiowy ze środkiem głowicy obrotowej, co powoduje mimośrodowość i jedna strona obwodu przedmiotu obrabianego nie jest obrabiana. Jeżeli urządzenie zaciskowe i urządzenie prowadzące wlot są również współosiowe, mimośród zostanie dodatkowo wzmocniony. Dlatego też, bez uwzględnienia własnego błędu prostoliniowości przedmiotu obrabianego, główną przyczyną mimośrodu toczenia jest niewspółosiowość urządzenia mocującego, urządzenia prowadzącego wlotowego i obrotowej głowicy tnącej.
Obraz Rysunek 7 Mimośród skrętu
3.4 Skurcz końcówki przedmiotu obrabianego
Skurcz ogona (patrz rysunek 8) jest spowodowany dużym odchyleniem współosiowości pomiędzy urządzeniem prowadzącym wylot, wózkiem wyładowczym i środkiem obrotu obrotowej głowicy tnącej. Podczas obierania obrabiany przedmiot poddawany jest połączonemu działaniu promieniowej siły skrawania w kierunku średnicy oraz siły docisku urządzenia prowadzącego wylot i wózka wyładowczego. Kiedy przedmiot obrabiany jest podawany do ogona i ma wkrótce opuścić narzędzie, równowaga sił między tymi trzema zostaje zerwana. Tylko urządzenie prowadzące wylot i wózek wyładowczy przykładają siłę dociskową do obrabianego przedmiotu, powodując promieniowe przemieszczenie i skutkujące skurczem końcowym.
Obraz Rysunek 8 Skurcz ogona
3.5 Replikacja błędów
Powierzchnia przedmiotu obrabianego zmienia się z obszarów jasnych i szorstkich (patrz rysunek 9). Czerwone kółko na rysunku 9 oznacza pył miedziany, który odpada, gdy miedziana płytka prowadnicy wylotowej przesuwa się względem przedmiotu obrabianego. Pojawienie się pyłu miedzi wskazuje, że powierzchnia przedmiotu obrabianego jest w tym miejscu stosunkowo szorstka. Wada ta jest spowodowana znacznym ubytkiem spirali odkuwki na powierzchni kęsa przed łuszczeniem (patrz rysunek 10). Odległość między sąsiednimi szorstkimi obszarami na powierzchni obrabianego przedmiotu jest równa „skokowi” spirali.
Teoretycznie wada ta nie powinna pojawić się na powierzchni gotowego przedmiotu, gdy szerokość szczęk urządzenia prowadzącego wlotowego jest większa niż „skok” spirali. Jeżeli jednak wlotowe urządzenie prowadzące i urządzenie zaciskające nie są współosiowe, szczęki wlotowego urządzenia prowadzącego stykają się-w jednym punkcie z kęsem. Ponieważ kęs jest w rzeczywistości podawany spiralnie, spirala kucia na powierzchni kęsa odbija się na obrobionej powierzchni.
Obraz Rysunek 9: Naprzemienne obszary jasne i szorstkie
Obraz Rysunek 10: Kucie spirali na powierzchni kęsa przed obróbką
Obraz 4: Metoda regulacji pięcio-współosiowości
Wykrywanie i regulacja pięciu-współosiowości powinna opierać się na środku obrotowej głowicy tnącej zamontowanej na wydrążonym wrzecionie, jako odniesienie teoretyczne. Ponieważ oś wydrążonego wrzeciona nie jest bryłą, potrzebny jest pręt odniesienia jako punkt odniesienia do regulacji. Trudność polega na tym, jak wybrać rozsądną pozycję podparcia i metodę podparcia, aby dokładnie umieścić pręt referencyjny na osi sprzętu. Wielkogabarytowe-bezkłowe obieraczki wymagają prętów testowych o znacznej średnicy i masie, co wymaga dużej precyzji i sztywności przy doborze elementów podporowych. W przypadku prętów testowych istotne jest zmniejszenie ich masy przy jednoczesnym zachowaniu sztywności.
Po licznych próbach nasza firma sfinalizowała następujący plan regulacji: Najpierw wyreguluj urządzenie prowadzące wlotowe tak, aby było współśrodkowe z obracającą się głowicą tnącą. Następnie podeprzyj pręty testowe otworami cylindra urządzeń prowadzących wlotu i wylotu i wyreguluj środek rolek dociskowych podajnika i wózka wyładowczego. Uproszczony schemat sposobu podparcia pręta badawczego i procedury badawczej dla obieraczki bezkłowej BT16 przedstawiono na rysunku 11.
Rysunek 11. Metoda podparcia i schemat kontroli maszyny kontrolnej prętów
Kontrola 1-barowa
2-Urządzenie zaciskowe
3-przedni rękaw podtrzymujący
Urządzenie prowadzące z 4 wlotami
Wskaźnik 5-pokrętłowy
6-głowica tnąca
Urządzenie prowadzące z 7 wylotami
8-tylna tuleja podtrzymująca
9-wózek wyładowczy
Przednie i tylne tuleje wsporcze są instalowane odpowiednio na wlotowych i wylotowych urządzeniach prowadzących. Kontrola pręta jest wspomagana przez te dwie tuleje wsporcze (patrz rysunki 12 i 13), ponieważ te dwa elementy mają dobrą sztywność i niezawodne podparcie. Dwie tuleje podporowe służą jako punkty odniesienia. Wyosiowanie tulei podporowych z obracającą się głowicą tnącą jest stosunkowo proste i pozwala z łatwością osiągnąć dużą dokładność. Inną funkcją tulei wsporczych jest zrównoważenie wymagań dotyczących sztywności i jakości kontroli pręta, dzięki czemu kontrola pręta jest mniejsza i lżejsza, co jest korzystne dla poprawy dokładności kontroli i wydajności pracy.
Zdjęcie 12 Przedni wspornik tulei podporowej
Zdjęcie 13 Tylny wspornik tulei podporowej
Nasza firma wykorzystuje pręt o długości 3500mm, średnicy 120mm i prostoliniowości 0,7mm/długość.
Konkretne kroki w celu dostosowania pięcio{0}}współosiowości są następujące:
1) Zamontuj przednią tuleję podporową i wyrównaj jej środek. Jak pokazano na rysunku 14, zaciśnij przednią tuleję podporową za pomocą wlotowego urządzenia prowadzącego. Za pomocą czujnika zegarowego sprawdzić współosiowość pomiędzy środkiem przedniej tulei podporowej a środkiem obrotowej głowicy tnącej: Magnetyczna podstawa czujnika zegarowego jest przymocowana do obrotowej głowicy tnącej, a głowica czujnika zegarowego mierzy wewnętrzny otwór przedniej tulei podporowej. Czujnik zegarowy obraca się o 360 stopni wraz z obrotową głowicą tnącą. Na podstawie wskazań czujnika zegarowego określić błąd współosiowości i jego kierunek. Wyreguluj odpowiednio grubość podkładek pod trzema chwytakami przedniego urządzenia prowadzącego, aby upewnić się, że środek przedniej tulei podporowej jest współosiowy z obracającą się głowicą tnącą. Po regulacji urządzenie prowadzące wlot musi pozostać zaciśnięte.
Obraz
Rysunek 14 Sprawdzanie współosiowości przedniej tulei podporowej i głowicy tnącej
2) Zamontuj tylną tuleję podporową na otworze cylindra urządzenia prowadzącego wylot. Ponieważ urządzenie prowadzące wylot i wrzeciono obrotowej głowicy tnącej są zamontowane razem w skrzynce wrzeciona (konstrukcja pokazana na rysunku 15), jego lewy koniec jest podparty przez obrotową głowicę tnącą, a prawy koniec jest podparty przez pokrywę końcową. Dlatego też konstrukcja skrzynki wrzeciona powoduje, że otwór cylindra w urządzeniu prowadzącym wylot jest współosiowy z obracającą się głowicą tnącą, co umożliwia bezpośredni montaż tylnej tulei podporowej jako elementu podporowego bez regulacji.
Obraz
Rysunek 15 Schemat ideowy konstrukcji skrzynki wrzeciona
1-Głowica tnąca 2-Prowadnica wylotu 3-Pokrywa końcowa 4-Tylna tuleja podporowa
3) Włóż pręt testowy w otwory przednich i tylnych tulei podporowych. Obydwa końce znajdują się w zasięgu zacisku odpowiednio urządzenia podającego i wózka wyładowczego. W tym momencie współosiowość pręta testowego i głowicy tnącej zależy od precyzji wykonania samego urządzenia i dokładności ustawienia przedniej tulei podporowej.
4) Sprawdź współosiowość pomiędzy środkiem urządzenia podającego a listwą testową. 5) Sprawdź odległości G i H pomiędzy belką testową a górną i dolną rolką dociskową za pomocą płytek wzorcowych (patrz rysunek 11). Wyreguluj grubość podkładek pod podstawą urządzenia zaciskowego, aby wartości G i H były równe. W tym momencie środki górnej i dolnej rolki dociskowej są współosiowe z prętem testowym.
6) Sprawdź współosiowość pomiędzy środkiem wózka wyładowczego i prętem testowym. Sposób sprawdzania i regulacji jest podobny jak w kroku 4: wyreguluj grubość podkładek pod podkładkami chwytaka zgodnie ze zmierzonymi wartościami E i F (patrz rysunek 11).
7) Urządzenie prowadzące wylot posiada mechaniczne urządzenie regulujące, które może bezpośrednio regulować współosiowość za pomocą pręta testowego.
Uwaga: Podczas procesu testowania i regulacji prowadnica wlotowa musi pozostać zaciśnięta, zaciskając przednią tuleję podporową aż do zakończenia wszystkich prac; górna i dolna rolka dociskowa oraz kowadełko wózka w kształcie litery V- nie powinny stykać się z prętem testowym, a jedynie zbliżać się do niego w celu ułatwienia pomiaru odległości do pręta testowego, w celu utrzymania dokładności pręta testowego. Wymagania dotyczące dokładności przedniej i tylnej tulei wsporczej są następujące: prześwit wynoszący 0,10 mm pomiędzy wewnętrznym otworem przedniej tulei podporowej a prętem testowym oraz współosiowość wynosząca 0,05 mm pomiędzy otworem wewnętrznym a okręgiem zewnętrznym. Luz pomiędzy wewnętrznym otworem tylnej tulei podporowej a prętem testowym wynosi 0,10 mm, współosiowość pomiędzy wewnętrznym otworem a zewnętrznym okręgiem wynosi 0,05 mm, a prześwit pomiędzy zewnętrznym okręgiem a otworem cylindra urządzenia prowadzącego wylot wynosi 0,15 mm.
Obraz 5. Zakończenie
Zasada regulacji polega na użyciu środka obrotowej głowicy tnącej jako punktu odniesienia przy regulacji pięciośrodkowej współosiowości i użyciu paska testowego do testowania. Sztywność pozycji podparcia pręta testowego powinna być dobra. Pręt testowy jest podtrzymywany przez tuleję podporową, która służy jako odniesienie przejściowe i jest ustawiony współosiowo z głowicą tnącą. Inną funkcją tulei nośnej jest zmniejszenie ciężaru pręta testowego, poprawa dokładności testowania i zwiększenie wydajności regulacji. Regulacja pięciośrodkowej współosiowości maszyny do obierania za pomocą powyższej metody pozwala uzyskać zadowalające wyniki i znacznie poprawić jakość przetwarzania produktu.
