Objašnjen je princip rada velikog -stroja za ljuštenje bez središta i utjecaj koaksijalnosti svake komponente na kvalitetu obrade. Na temelju strukture opreme i proizvodne prakse, dane su metode otkrivanja i podešavanja koaksijalnosti velikog-stroja za ljuštenje bez središta i odgovarajućih alata i učvršćenja.
Stroj za ljuštenje bez središta, također poznat kao tokarski stroj bez središta, osnovna je oprema za preciznu proizvodnju dugog okruglog svijetlog čelika [1]. Koristi-rotirajući alat velike brzine za rezanje i ljuštenje površinskog materijala ultra-dugih čeličnih šipki, što je učinkovitije od običnih tokarilica u uklanjanju oksidne naslage i sloja hrđe na površini čelika, čime se poboljšava izgled i kvaliteta površine gotovog čelika. Trenutačno, promjer obrade velikog -razmjera tokarilice bez središta može doseći 500 mm, stupanj tolerancije promjera može doseći IT9, vrijednost hrapavosti površine Ra je 1,6-3,2 μm, a vrijednost hrapavosti površine Ra nakon poliranja može doseći 0,8 μm.
Glavne komponente stroja za ljuštenje bez središta uključuju: steznu napravu, ulaznu napravu za vođenje, rotirajuću reznu glavu, izlaznu napravu za vođenje i kolica za pražnjenje. Koaksijalnost gornjih 5 komponenti (u daljnjem tekstu "koaksijalnost pet-centra") najvažniji je pokazatelj preciznosti stroja za ljuštenje bez središta. Koaksijalnost pet centara izravno utječe na kvalitetu površine proizvoda; prekoračenje ove tolerancije će dovesti do raznih nedostataka na površini obratka.
Detektirati i prilagoditi koaksijalnost pet središta prilično je teško. Tian Xiaohui [2], Chao Honggang [3] i drugi proučavali su korištenje vlastite strukture opreme kao mjerila za podešavanje točnosti svake komponente zasebno, ali malo je rasprave o jedinstvenom podešavanju koaksijalnosti pet centara. Metoda podešavanja koaksijalnosti koju su dali Dou Weitao et al.[4] primjenjivo je na male-strojeve za ljuštenje bez jezgre, ali za velike-strojeve za ljuštenje bez jezgre, zbog veće veličine i težine dijelova, otkrivanje točnosti i podešavanje su teži. Stoga je još uvijek potrebno proučiti operativnije sheme detekcije i podešavanja te izraditi odgovarajuće alate i učvršćenja.
Naša tvrtka ima dva stroja za guljenje bez jezgre, a to su američki HETRAN BT16 i stroj za guljenje bez jezgre Yantai Kejie WCS300S. Maksimalne veličine gotovog proizvoda su φ400 mm odnosno φ305 mm. Naša tvrtka je istražila i pokušala se pozabaviti utjecajem pogreške pet-koaksijalnosti središta na kvalitetu proizvoda i metode podešavanja koaksijalnosti pet-centra u velikim-strojevima za guljenje u praksi. Slijedi uvod na primjeru stroja za guljenje bez središta BT16.
Slika 2 Princip rada i struktura opreme
Za razliku od principa rada rotacije izratka i aksijalnog pomaka alata pri obradi okruglih čeličnih šipki na konvencionalnom tokarskom stroju, alat se okreće i izradak se pomiče aksijalno kada radi stroj za ljuštenje bez središta. Kratak radni proces sastoji se u tome da uređaj za stezanje steže šipku i uvlači je, glavni stroj izvodi obradu ljuštenja, ulazna i izlazna vodilica prigušuju vibracije, a zatim kolica za pražnjenje izvlače šipku [5].
Rezni dio glavnog stroja BT16 je rotirajuća glava rezača postavljena na šuplje vreteno s unutarnjim promjerom od 600 mm (vidi sliku 1). Šuplje vreteno ugrađeno je u kutiju vretena i pokreće ga glavni motor da se okreće velikom brzinom. 4 do 8 alata simetrično postavljenih na glavu rezača, što rezultira visokom učinkovitošću rezanja.
Slika Slika 1 Rotirajuća glava rezača
Aksijalno pomicanje obratka dovršava stezna naprava (vidi sliku 2). Na steznoj napravi ugrađena su dva para valjaka za povlačenje. Stezanje valjaka pokreće hidraulički cilindar i zupčanički mehanizam. Rotaciju valjaka pokreće servo motor, a brzina dodavanja je stabilna i podesiva.
Slika Slika 2: Stezni uređaj i kutija za vreteno
Ulazni uređaj za vođenje (vidi sliku 3) sastoji se od tri samo{1}}centrirajuće čeljusti povezane mehanizmom poluge.
Slika Slika 3: Ulazni uređaj za vođenje
Izlazni uređaj za vođenje (vidi sliku 4) ugrađen je unutar šupljeg vretena kutije vretena. To je samocentrirajući stezni uređaj povezan s četiri-čeljusti, s bakrenim pločama ugrađenim u čeljusti za zaštitu površine gotovog izratka. Zbog dodatka mehaničkog uređaja za podešavanje za podešavanje koaksijalnosti svoje osi s rotirajućom glavom za rezanje, struktura je složenija, ali struktura povezivanja i funkcija koju ostvaruje slični su ulaznoj vodilici. Neka oprema ima dva seta uređaja za vođenje izlaza, koji se nazivaju srednja vodilica i stražnja vodilica, prema njihovoj udaljenosti od rotirajuće glave rezača, ili se zajedno nazivaju srednjim i stražnjim vodilicama.
Slika
Slika 4. Uređaj za navođenje izlaza
Funkcija uređaja za vođenje ulaza i izlaza je stezanje i podupiranje obratka, pružajući pouzdano vođenje, održavajući glatko aksijalno kretanje i sprječavajući vibracije i rotaciju.
Glavna komponenta kolica za pražnjenje je par nakovanja u obliku slova V-. Akcija stezanja gornjeg i donjeg nakovnja povezana je samo-centrirajućim zupčanikom i mehanizmom zupčanika. Radni komad je stegnut neposredno prije nego napusti valjke za pomicanje, osiguravajući silu stezanja i aksijalnu silu za pomicanje.
Ukratko, koaksijalnost središta pet komponenti-uređaja za stezanje, rotacijske glave rezača, uređaja za vođenje ulaza, uređaja za vođenje izlaza i kolica za pražnjenje-mora se ispitati i podesiti na određenu točnost. U suprotnom, šipka će doživjeti trenutni pomak pri ulasku i izlasku iz uređaja za stezanje i vođenje. Čak i mali pomak nepovoljno će utjecati na kvalitetu površine izratka.
Slika 3. Utjecaj koaksijalnosti pet-centra koja prelazi toleranciju na točnost obrade
Prekoračenje tolerancije koaksijalnosti pet-centra dovest će do nedostataka na površini obratka kao što su tragovi vibracija, stepenice, ekscentricitet okretanja, skupljanje repa obratka i ponavljanje pogreške.
3.1 Oznake vibracija
Tragovi vibracija obično se pojavljuju na prednjem kraju izratka, kao što je prikazano na slici 5. Kao što navodi princip rada opreme, kada izradak prvi put započne s obradom i još nije ušao u područje stezanja izlaznog uređaja za vođenje, drže ga dva para valjaka za uvlačenje i ulazni uređaj za vođenje na uređaju za stezanje, dok glava rezača obavlja obradu ljuštenja. Ako je koaksijalno odstupanje dva para valjaka za uvlačenje i ulaznog uređaja za vođenje veliko, izradak je u pre-postavljenom stanju, njegova krutost se smanjuje i sklon je savijanju i deformaciji. Pod djelovanjem sile rezanja, obradak će vibrirati, stvarajući tragove vibracija. S druge strane, tijekom-pozicioniranja, sile stezanja gornjih i donjih valjaka steznog uređaja su različite, što će utjecati na stabilnost brzine dodavanja i pogoršati stvaranje tragova vibracija.
Slika: Slika 5 Tragovi vibracija pojavljuju se na površini obratka
3.2 Koraci
Koraci (vidi sliku 6) općenito se pojavljuju na oba kraja obratka. Koraci se pojavljuju na prednjem kraju obratka jer kada se obradak aksijalno uvlači, kada prednji kraj obratka dosegne položaj izlazne vodilice ili položaj stezanja kolica za pražnjenje, izlazna vodilica i kolica za pražnjenje će stegnuti obradak. Kada uređaj za vođenje izlaza i kolica za pražnjenje nisu koaksijalni s rotirajućom glavom rezača, izradak će doživjeti radijalni relativni pomak u odnosu na rezač, što će rezultirati korakom na odgovarajućem položaju na izratku. Udaljenost od mjesta koraka do prednjeg kraja obratka jednaka je udaljenosti od uređaja za vođenje izlaza ili kolica za pražnjenje do rezača.
Korak se pojavljuje na stražnjem kraju obratka, što se događa kada se obradak odvoji od valjaka za uvlačenje i ulaznog uređaja za vođenje. To je zbog toga što su valjci za uvlačenje i ulazna vodilica koaksijalni s rotirajućom glavom za rezanje. Mehanizam je isti kao kada se na prednjem kraju obratka pojavi stepenica. Udaljenost od položaja koraka do stražnjeg kraja obratka jednaka je udaljenosti od valjaka za uvlačenje ili ulaznog uređaja za vođenje do rezača.
Slika Slika 6: Koraci se pojavljuju na površini obratka
3.3 Ekscentricitet okretanja
Glavni uzrok ekscentriciteta okretanja (vidi sliku 7) je veliko odstupanje između ulaznog uređaja za vođenje i središta rotacije rotacijske glave rezača. To rezultira time da je središte obratka koaksijalno sa središtem rotacijske glave rezača, što uzrokuje ekscentričnost, a jedna strana opsega obratka nije obrađena. Ako su uređaj za stezanje i uređaj za vođenje ulaza također koaksijalni, ekscentricitet će se dodatno pojačati. Stoga, bez razmatranja vlastite pogreške ravnosti izratka, neusklađenost stezne naprave, ulazne vodilice i rotacijske glave rezača je glavni uzrok ekscentriciteta tokarenja.
Slika Slika 7 Ekscentricitet okretanja
3.4 Skupljanje repa obratka
Skupljanje repa (vidi sliku 8) uzrokovano je velikim koaksijalnim odstupanjem između izlazne vodilice, kolica za pražnjenje i središta rotacije rotacijske glave rezača. Tijekom ljuštenja, obradak je podvrgnut kombiniranom djelovanju radijalne sile rezanja u smjeru promjera i sile stezanja uređaja za vođenje izlaza i kolica za pražnjenje. Kada se obradak dovede do repa i sprema se napustiti alat, ravnoteža između ove tri sile je prekinuta. Samo izlazni uređaj za vođenje i kolica za pražnjenje primjenjuju silu stezanja na obradak, uzrokujući radijalni pomak i rezultirajući skupljanjem repa.
Slika Slika 8 Smanjenje repa
3.5 Replikacija pogreške
Na površini obratka izmjenjuju se svijetla i hrapava područja (vidi sliku 9). Crveni krug na slici 9 označava bakrenu prašinu koja otpada kada bakrena ploča izlazne vodilice klizi u odnosu na radni komad. Pojava bakrene prašine ukazuje na to da je površina obratka na tom području relativno hrapava. Ovaj nedostatak je uzrokovan značajnim defektom spirale kovanja na površini gredice prije ljuštenja (vidi sliku 10). Udaljenost između susjednih hrapavih područja na površini obrađenog obratka jednaka je "usponu" spirale.
Teoretski, ovaj nedostatak se ne bi trebao pojaviti na površini gotovog izratka kada je širina čeljusti ulazne vodilice veća od "nagiba" spirale. Međutim, kada ulazni uređaj za vođenje i stezni uređaj nisu koaksijalni, čeljusti ulaznog uređaja za vođenje su u jednom-točkovnom kontaktu s trupcem. Budući da se gredica zapravo dovodi spiralno, spirala kovanja na površini gredice odražava se na strojno obrađenoj površini.
Slika Slika 9: Izmjena svijetlih i grubih područja
Slika Slika 10: Spirala kovanja na površini trupca prije strojne obrade
Slika 4: Metoda podešavanja za pet-centralnu koaksijalnost
Otkrivanje i podešavanje pet{0}}centralne koaksijalnosti trebalo bi se temeljiti na središtu rotirajuće glave rezača postavljenoj na šuplje vreteno kao teorijske reference. Budući da os šupljeg vretena nije čvrsta cjelina, potrebna je referentna šipka kao referenca za podešavanje. Poteškoća leži u tome kako odabrati razumnu poziciju oslonca i metodu oslonca za točno postavljanje referentne trake na os opreme. Veliki-strojevi za ljuštenje bez središta zahtijevaju ispitne šipke značajnog promjera i mase, što zahtijeva visoku preciznost i krutost u odabiru potpornih komponenti. Za ispitne šipke ključno je smanjiti njihovu masu uz zadržavanje njihove krutosti.
Nakon brojnih proba, naša je tvrtka finalizirala sljedeći plan prilagodbe: Prvo, podesite uređaj za vođenje ulaza tako da bude koncentričan s rotirajućom glavom rezača. Zatim poduprite ispitne šipke s rupama cilindra ulaznih i izlaznih vodećih uređaja i namjestite središte steznih valjaka za uvlačenje i kolica za pražnjenje. Pojednostavljeni dijagram metode potpore ispitne šipke i postupka ispitivanja za BT16 stroj za guljenje bez središta prikazan je na slici 11.
Slika 11. Metoda potpore i dijagram pregleda stroja za pregled šipki
1-bar inspekcija
2-Stezni uređaj
3-prednji potporni rukav
Vodilica s 4 ulaza
Indikator s 5 brojčanika
6-glava rezača
Vodeći uređaj sa 7 izlaza
8-stražnji potporni rukav
9-Kolica za pražnjenje
Prednji i stražnji potporni rukavci ugrađeni su na ulazne i izlazne vodeće uređaje. Inspekcija šipke podupire ova dva potporna rukavca (vidi slike 12 i 13) jer ove dvije komponente imaju dobru krutost i pouzdanu potporu. Dva potporna rukavca koriste se kao prijelazne reference. Poravnavanje potpornih rukavaca s rotirajućom glavom rezača je relativno jednostavno i može lako postići visoku točnost. Još jedna funkcija potpornih rukavaca je uravnotežiti zahtjeve krutosti i kvalitete inspekcije šipke, omogućujući da inspekcija šipke bude manja i lakša, što je korisno za poboljšanje točnosti inspekcije i radne učinkovitosti.
Slika 12 Potporna šipka prednjeg potpornog rukava
Slika 13 Potporna šipka stražnjeg potpornog rukava
Naša tvrtka koristi šipku duljine 3500 mm, promjera 120 mm i ravnosti 0,7 mm po duljini.
Konkretni koraci za podešavanje koaksijalnosti pet-centra su sljedeći:
1) Ugradite prednju potpornu čahuru i poravnajte njenu sredinu. Kao što je prikazano na slici 14, stegnite prednju potpornu čahuru pomoću uređaja za vođenje ulaza. Upotrijebite indikator s brojčanikom da provjerite koaksijalnost između središta prednje potporne čahure i središta rotirajuće glave rezača: Magnetska baza indikatora s brojčanikom pričvršćena je na rotirajuću glavu rezača, a glava s brojčanikom mjeri unutarnji otvor prednje potporne čahure. Indikator s brojčanikom rotira se za 360 stupnjeva s rotirajućom glavom rezača. Na temelju očitanja indikatora na brojčaniku odredite pogrešku koaksijalnosti i njezin smjer. Podesite debljinu podložaka ispod tri hvataljke prednjeg uređaja za vođenje u skladu s tim kako biste osigurali da je središte prednje potporne čahure koaksijalno s rotirajućom glavom rezača. Nakon podešavanja, ulazna vodilica mora ostati stegnuta.
Slika
Slika 14 Provjera koaksijalnosti prednje potporne čahure i glave rezača
2) Ugradite stražnju potpornu čahuru na otvor cilindra uređaja za izlaznu vodilicu. Budući da su izlazni uređaj za vođenje i vreteno rotirajuće glave rezača montirani zajedno u kutiji vretena (struktura prikazana na slici 15), njegov lijevi kraj podupire rotirajuća glava rezača, a desni kraj podupire krajnji poklopac. Stoga struktura kutije vretena određuje da je rupa cilindra izlazne vodilice koaksijalna s rotirajućom glavom rezača, što omogućuje da se stražnja potporna čahura izravno ugradi kao potporna komponenta bez podešavanja.
Slika
Slika 15 Shematski dijagram strukture kutije vretena
1-Glava za rezanje 2-Izlazni uređaj za vođenje 3-Završni poklopac 4-Stražnji potporni rukav
3) Umetnite ispitnu polugu u rupe prednjih i stražnjih potpornih rukavaca. Oba kraja su unutar raspona stezanja uređaja za punjenje odnosno kolica za pražnjenje. U ovom trenutku, koaksijalnost ispitne šipke i glave rezača ovisi o proizvodnoj preciznosti same opreme i točnosti poravnanja prednje potporne čahure.
4) Provjerite koaksijalnost između središta uređaja za uvlačenje i ispitne šipke. 5) Provjerite udaljenosti G i H između ispitne šipke i gornjeg i donjeg steznog valjka pomoću mjernih blokova (vidi sliku 11). Podesite debljinu podmetača ispod baze steznog uređaja kako bi vrijednosti G i H bile jednake. U ovoj su točki središta gornjeg i donjeg steznog valjka koaksijalna s ispitnom šipkom.
6) Provjerite koaksijalnost između središta kolica za pražnjenje i ispitne šipke. Metoda provjere i podešavanja slična je koraku 4: podesite debljinu podmetača ispod jastučića hvataljki prema izmjerenim vrijednostima E i F (vidi sliku 11).
7) Uređaj za vođenje izlaza ima uređaj za mehaničko podešavanje koji može izravno prilagoditi koaksijalnost s ispitnom šipkom.
Napomena: Tijekom procesa testiranja i podešavanja, uređaj za usisnu vodilicu mora ostati stegnut, stežući prednju potpornu čahuru dok se sav posao ne završi; gornji i donji stezni valjci i nakovanj kolica u obliku slova V- ne smiju dodirivati ispitnu šipku, samo joj se približavati kako bi se olakšalo mjerenje udaljenosti do ispitne šipke, kako bi se održala točnost ispitne šipke. Zahtjevi za točnost za prednje i stražnje potporne čahure su: razmak od 0,10 mm između unutarnje rupe prednje potporne čahure i ispitne šipke i koaksijalnost od 0,05 mm između unutarnje rupe i vanjskog kruga. Razmak između unutarnje rupe stražnjeg potpornog rukavca i ispitne šipke je 0,10 mm, koaksijalnost između unutarnje rupe i vanjskog kruga je 0,05 mm, a razmak između vanjskog kruga i otvora cilindra izlazne vodilice je 0,15 mm.
Slika 5 Zaključak
Načelo podešavanja je da se središte rotirajuće glave rezača koristi kao referenca za podešavanje koaksijalnosti pet-centra i da se za ispitivanje koristi ispitna šipka. Krutost oslonca ispitne šipke mora biti dobra. Testna šipka je poduprta potpornom čahurom, koja služi kao prijelazna referenca, i podešena da bude koaksijalna s glavom rezača. Još jedna funkcija potporne čahure je smanjenje težine ispitne šipke, poboljšanje točnosti ispitivanja i povećanje učinkovitosti podešavanja. Podešavanjem pet-centralne koaksijalnosti stroja za guljenje gornjom metodom postižu se zadovoljavajući rezultati, a kvaliteta obrade proizvoda značajno se poboljšava.
