Das Funktionsprinzip der großen spitzenlosen Schälmaschine und der Einfluss der Koaxialität der einzelnen Komponenten auf die Bearbeitungsqualität werden erläutert. Basierend auf der Struktur der Ausrüstung und der Produktionspraxis werden die Methoden zur Erkennung und Einstellung der Koaxialität der großen spitzenlosen Schälmaschine und der entsprechenden Werkzeuge und Vorrichtungen angegeben.
Die spitzenlose Schälmaschine, auch spitzenlose Drehmaschine genannt, ist die Kernausrüstung für die Präzisionsproduktion von langem, rundem Blankstahl [1]. Dabei wird ein rotierendes Werkzeug mit hoher Geschwindigkeit verwendet, um das Oberflächenmaterial von ultralangen Stahlstangen zu schneiden und abzuschälen. Dies ist effizienter als herkömmliche Drehmaschinen bei der Entfernung von Oxidablagerungen und Rostschichten auf der Stahloberfläche und verbessert so das Aussehen und die Oberflächenqualität des fertigen Stahls. Derzeit kann der Bearbeitungsdurchmesser der großen spitzenlosen Drehmaschine 500 mm erreichen, die Durchmessertoleranz kann IT9 erreichen, der Oberflächenrauheitswert Ra beträgt 1,6–3,2 μm und der Oberflächenrauheitswert Ra nach dem Polieren kann 0,8 μm erreichen.
Zu den Hauptkomponenten der spitzenlosen Schälmaschine gehören: Klemmvorrichtung, Einlassführungsvorrichtung, rotierender Messerkopf, Auslassführungsvorrichtung und Auslaufwagen. Die Koaxialität der oben genannten 5 Komponenten (im Folgenden als „Fünf-Zentren-Koaxialität“ bezeichnet) ist der wichtigste Präzisionsindikator der spitzenlosen Schälmaschine. Die Koaxialität der fünf Zentren wirkt sich direkt auf die Oberflächenqualität des Produkts aus; Das Überschreiten dieser Toleranz führt zu verschiedenen Fehlern auf der Werkstückoberfläche.
Die Koaxialität der fünf Zentren zu erkennen und anzupassen ist ziemlich schwierig. Tian Xiaohui[2], Chao Honggang[3] und andere haben die Verwendung der eigenen Struktur des Geräts als Maßstab untersucht, um die Genauigkeit jeder Komponente einzeln anzupassen, aber es gibt wenig Diskussion über die einheitliche Anpassung der Koaxialität der fünf Zentren. Die Koaxialitätsanpassungsmethode von Dou Weitao et al.[4] ist auf kleine-große kernlose Schälmaschinen anwendbar, aber bei großen-großen kernlosen Schälmaschinen ist die Genauigkeitserkennung und -einstellung aufgrund der größeren Größe und des größeren Gewichts der Teile schwieriger. Daher ist es immer noch notwendig, funktionsfähigere Erkennungs- und Anpassungsschemata zu untersuchen und entsprechende Werkzeuge und Vorrichtungen herzustellen.
Unser Unternehmen verfügt über zwei kernlose Schälmaschinen, nämlich die amerikanische HETRAN BT16 und die kernlose Schälmaschine Yantai Kejie WCS300S. Die maximalen Endproduktgrößen betragen φ400 mm bzw. φ305 mm. Unser Unternehmen hat die Auswirkungen von Fünf{6}Center-Koaxialitätsfehlern auf die Produktqualität und die Einstellungsmethode der Fünf{7}Center-Koaxialität in großen Schälmaschinen in der Praxis untersucht und versucht, diese zu beheben. Im Folgenden finden Sie eine Einführung am Beispiel der spitzenlosen Schälmaschine BT16.
Bild 2 Funktionsprinzip und Aufbau des Gerätes
Im Gegensatz zum Arbeitsprinzip der Werkstückrotation und dem axialen Vorschub des Werkzeugs bei der Bearbeitung von Rundstahl auf einer herkömmlichen Drehmaschine rotiert das Werkzeug und das Werkstück wird beim Arbeiten mit der spitzenlosen Schälmaschine axial vorgeschoben. Der kurze Arbeitsvorgang besteht darin, dass die Klemmvorrichtung die Stange festklemmt und einführt, die Hauptmaschine die Schälbearbeitung durchführt, die Einlauf- und Auslaufführungsvorrichtungen die Vibration dämpfen und dann der Auslaufwagen die Stange herauszieht [5].
Der Schneidteil der BT16-Hauptmaschine ist ein rotierender Schneidkopf, der auf einer Hohlspindel mit einem Innendurchmesser von 600 mm montiert ist (siehe Abbildung 1). Die Hohlspindel ist im Spindelkasten installiert und wird vom Hauptmotor angetrieben, um sich mit hoher Geschwindigkeit zu drehen. . 4 Bis zu 8 Werkzeuge sind symmetrisch am Schneidkopf installiert, was zu einer hohen Schneideffizienz führt.
Bild Abbildung 1 Rotierender Messerkopf
Der axiale Vorschub des Werkstücks erfolgt durch die Spannvorrichtung (siehe Abbildung 2). An der Spannvorrichtung sind zwei Vorschubwalzenpaare montiert. Die Klemmwirkung der Rollen wird durch einen Hydraulikzylinder und einen Getriebemechanismus angetrieben. Die Rotation der Rollen wird durch einen Servomotor angetrieben und die Vorschubgeschwindigkeit ist stabil und einstellbar.
Bild Abbildung 2: Spannvorrichtung und Spindelkasten
Die Einlassführungsvorrichtung (siehe Abbildung 3) besteht aus drei selbst-zentrierenden Backen, die durch einen Hebelmechanismus verbunden sind.
Bild Abbildung 3: Einlassführungsgerät
Die Auslassführungsvorrichtung (siehe Abbildung 4) ist in der Hohlspindel des Spindelkastens installiert. Es handelt sich um eine mit vier -Backen verbundene, selbst-zentrierende Spannvorrichtung, in deren Backen Kupferplatten eingebettet sind, um die Oberfläche des fertigen Werkstücks zu schützen. Aufgrund der Hinzufügung einer mechanischen Einstellvorrichtung zur Einstellung der Koaxialität seiner Achse mit dem rotierenden Schneidkopf ist die Struktur komplexer, aber die Verbindungsstruktur und die damit erzielte Funktion ähneln denen der Einlassführung. Einige Geräte verfügen über zwei Sätze von Auslassführungsvorrichtungen, die entsprechend ihrem Abstand vom rotierenden Schneidkopf als mittlere Führung bzw. hintere Führung oder zusammen als mittlere und hintere Führung bezeichnet werden.
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Abbildung 4. Ausgangsführungsgerät
Die Funktion der Einlass- und Auslassführungsvorrichtungen besteht darin, das Werkstück zu klemmen und zu stützen, eine zuverlässige Führung zu gewährleisten, eine reibungslose axiale Bewegung aufrechtzuerhalten und Vibrationen und Rotationen zu verhindern.
Der Hauptbestandteil des Entladewagens ist ein Paar V-förmiger Ambosse. Die Klemmwirkung des oberen und unteren Ambosses ist durch einen selbst-zentrierenden Zahnrad- und Zahnstangenmechanismus verbunden. Das Werkstück wird kurz vor dem Verlassen der Vorschubrollen gespannt und sorgt so für Spannkraft und axiale Vorschubkraft.
Zusammenfassend muss die Koaxialität der Mittelpunkte der fünf Komponenten -Spannvorrichtung, rotierender Schneidkopf, Einlaufführungsvorrichtung, Auslaufführungsvorrichtung und Auslaufwagen-geprüft und auf eine bestimmte Genauigkeit eingestellt werden. Andernfalls kommt es beim Ein- und Ausfahren der Spann- und Führungsvorrichtungen zu einem kurzzeitigen Versatz des Stangenmaterials. Schon ein kleiner Versatz beeinträchtigt die Oberflächenqualität des Werkstücks.
Bild 3. Auswirkung einer über die Toleranz hinausgehenden Koaxialität von fünf-Mitten auf die Bearbeitungsgenauigkeit
Das Überschreiten der Koaxialitätstoleranz von fünf -Zentren führt zu Fehlern auf der Werkstückoberfläche wie Vibrationsspuren, Stufen, Drehexzentrizität, Schrumpfung des Werkstückendes und Fehlerreplikation.
3.1 Vibrationsmarken
Vibrationsspuren treten typischerweise am vorderen Ende des Werkstücks auf, wie in Abbildung 5 dargestellt. Wie das Funktionsprinzip der Anlage besagt, wird das Werkstück, wenn es zum ersten Mal bearbeitet wird und noch nicht in den Spannbereich der Auslaufführungseinrichtung gelangt ist, von zwei Vorschubrollenpaaren und der Einlaufführungseinrichtung an der Spanneinrichtung gehalten, während der Messerkopf die Schälbearbeitung durchführt. Wenn die Koaxialitätsabweichung der beiden Vorschubwalzenpaare und der Einlaufführungsvorrichtung groß ist, befindet sich das Werkstück in einem über-positionierten Zustand, seine Steifigkeit nimmt ab und es neigt dazu, sich zu verbiegen und zu verformen. Unter Einwirkung der Schnittkraft vibriert das Werkstück und es entstehen Vibrationsspuren. Andererseits sind beim Überpositionieren die Klemmkräfte der oberen und unteren Rollen der Klemmvorrichtung unterschiedlich, was die Stabilität der Vorschubgeschwindigkeit beeinträchtigt und die Bildung von Vibrationsmarken verstärkt.
Bild: Abbildung 5 Auf der Werkstückoberfläche entstehen Vibrationsspuren
3.2 Schritte
Stufen (siehe Abbildung 6) erscheinen im Allgemeinen an beiden Enden des Werkstücks. Am vorderen Ende des Werkstücks treten Stufen auf, denn wenn das Werkstück axial zugeführt wird und das vordere Ende des Werkstücks die Position der Ausgangsführungsvorrichtung oder die Klemmposition des Entladewagens erreicht, klemmen die Ausgangsführungsvorrichtung und der Entladewagen das Werkstück fest. Wenn die Auslaufführungsvorrichtung und der Auslaufwagen nicht koaxial zum rotierenden Schneidkopf sind, erfährt das Werkstück eine radiale relative Verschiebung in Bezug auf den Fräser, was zu einer Stufe an der entsprechenden Position des Werkstücks führt. Der Abstand von der Stufenstelle bis zum vorderen Ende des Werkstücks ist gleich dem Abstand von der Auslaufführung bzw. dem Auslaufwagen zum Fräser.
Die Stufe erscheint am hinteren Ende des Werkstücks und entsteht, wenn sich das Werkstück von den Vorschubrollen und der Einlassführungsvorrichtung löst. Dies liegt daran, dass die Vorschubwalzen und die Einlassführungsvorrichtung koaxial zum rotierenden Schneidkopf sind. Der Mechanismus ist der gleiche wie beim Erscheinen einer Stufe am vorderen Ende des Werkstücks. Der Abstand von der Stufenstelle bis zum hinteren Ende des Werkstücks ist gleich dem Abstand von den Vorschubrollen oder der Einlaufführungsvorrichtung zum Fräser.
Bild Abbildung 6: Auf der Werkstückoberfläche entstehen Stufen
3.3 Exzentrizität beim Drehen
Die Hauptursache für Drehexzentrizität (siehe Abbildung 7) ist eine große Abweichung zwischen der Einlassführungsvorrichtung und dem Drehzentrum des rotierenden Schneidkopfes. Dies führt dazu, dass die Mitte des Werkstücks koaxial mit der Mitte des Rotationsmesserkopfs ist, was zu Exzentrizität führt und eine Seite des Werkstückumfangs nicht bearbeitet wird. Wenn Spannvorrichtung und Einlaufführungsvorrichtung ebenfalls koaxial sind, wird die Exzentrizität noch verstärkt. Ohne Berücksichtigung des Geradheitsfehlers des Werkstücks ist daher die Fehlausrichtung der Spannvorrichtung, der Einlassführungsvorrichtung und des rotierenden Schneidkopfes die Hauptursache für die Drehexzentrizität.
Bild Abbildung 7 Drehexzentrizität
3.4 Schrumpfung des Werkstückendes
Die Schwanzschrumpfung (siehe Abbildung 8) wird durch eine große Koaxialitätsabweichung zwischen der Auslaufführungsvorrichtung, dem Auslaufwagen und dem Rotationszentrum des Rotationsschneidkopfs verursacht. Beim Schälen wirkt auf das Werkstück die radiale Schnittkraft in Durchmesserrichtung sowie die Spannkraft der Auslaufführungseinrichtung und des Auslaufwagens zusammen. Wenn das Werkstück dem Ende zugeführt wird und dabei ist, das Werkzeug zu verlassen, wird das Kräftegleichgewicht zwischen diesen drei Kräften gestört. Nur die Auslaufführungsvorrichtung und der Auslaufwagen üben Spannkraft auf das Werkstück aus, was zu einer radialen Verschiebung und damit zu einer Schrumpfung des Werkstückendes führt.
Bild Abbildung 8 Schwanzschrumpfung
3.5 Fehlerreplikation
Auf der Werkstückoberfläche wechseln sich helle und raue Bereiche ab (siehe Abbildung 9). Der rote Kreis in Abbildung 9 markiert den Kupferstaub, der abfällt, wenn die Kupferplatte der Auslassführung relativ zum Werkstück gleitet. Das Auftreten von Kupferstaub weist darauf hin, dass die Werkstückoberfläche in diesem Bereich relativ rau ist. Dieser Fehler wird durch einen erheblichen Schmiedespiralfehler auf der Oberfläche des Knüppels vor dem Schälen verursacht (siehe Abbildung 10). Der Abstand zwischen benachbarten rauen Bereichen auf der Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks entspricht der „Steigung“ der Spirale.
Theoretisch sollte dieser Fehler nicht auf der Oberfläche des fertigen Werkstücks auftreten, wenn die Breite der Backen der Einlassführungsvorrichtung größer ist als die „Steigung“ der Spirale. Wenn jedoch die Einlassführungsvorrichtung und die Klemmvorrichtung nicht koaxial sind, stehen die Backen der Einlassführungsvorrichtung in einem einzigen Punktkontakt mit dem Barren. Da der Rohling tatsächlich spiralförmig zugeführt wird, spiegelt sich die Schmiedespirale auf der Rohlingsoberfläche auf der bearbeiteten Oberfläche wider.
Bild Abbildung 9: Abwechselnd helle und raue Bereiche
Bild Abbildung 10: Schmiedespirale auf der Oberfläche des Knüppels vor der Bearbeitung
Bild 4: Anpassungsmethode für die Koaxialität von fünf-Zentren
Die Erkennung und Einstellung der Fünf-Zentren-Koaxialität sollte auf der Mitte des rotierenden Schneidkopfes basieren, der auf der Hohlspindel montiert ist, als theoretische Referenz. Da es sich bei der Achse der Hohlspindel nicht um eine feste Einheit handelt, wird eine Referenzstange als Justagereferenz benötigt. Die Schwierigkeit liegt darin, eine angemessene Stützposition und Stützmethode auszuwählen, um die Referenzstange genau auf der Achse der Ausrüstung zu platzieren. Große spitzenlose Schälmaschinen erfordern Prüfstäbe mit großem Durchmesser und großer Masse, was eine hohe Präzision und Steifigkeit bei der Auswahl der Stützkomponenten erfordert. Bei den Prüfstäben ist es entscheidend, ihre Masse zu reduzieren und gleichzeitig ihre Steifigkeit beizubehalten.
Nach zahlreichen Versuchen hat unser Unternehmen den folgenden Anpassungsplan fertiggestellt: Stellen Sie zunächst die Einlassführungsvorrichtung so ein, dass sie konzentrisch zum rotierenden Schneidkopf ist. Stützen Sie dann die Teststäbe mit den Zylinderlöchern der Einlass- und Auslassführungsvorrichtungen ab und stellen Sie die Mitte der Zufuhrklemmrollen und des Auslasswagens ein. Ein vereinfachtes Diagramm der Teststangenunterstützungsmethode und des Testverfahrens für die spitzenlose Schälmaschine BT16 ist in Abbildung 11 dargestellt.
Abbildung 11. Unterstützungsmethode und Inspektionsdiagramm der Stangeninspektionsmaschine
1-Bar-Inspektion
2-Klemmvorrichtung
3-Front-Stützhülse
4-Einlass-Führungsgerät
5-Zifferblatt-Anzeige
6-Schneidkopf
Führungsgerät mit 7 Ausgängen
8-Hintere Stützhülse
9-Entladewagen
Vordere und hintere Stützhülsen werden jeweils an den Einlass- und Auslassführungsvorrichtungen installiert. Die Stangenprüfung wird durch diese beiden Stützhülsen (siehe Abbildungen 12 und 13) unterstützt, da diese beiden Komponenten eine gute Steifigkeit und einen zuverlässigen Halt aufweisen. Die beiden Stützhülsen dienen als Übergangsreferenzen. Die Ausrichtung der Stützhülsen zum rotierenden Messerkopf ist relativ einfach und ermöglicht problemlos eine hohe Genauigkeit. Eine weitere Funktion der Stützhülsen besteht darin, die Steifigkeits- und Qualitätsanforderungen der Stangenprüfung auszugleichen, wodurch die Stangenprüfung kleiner und leichter gemacht werden kann, was sich positiv auf die Verbesserung der Prüfgenauigkeit und der Arbeitseffizienz auswirkt.
Bild 12 Stützstange der vorderen Stützhülse
Bild 13 Stützstange der hinteren Stützhülse
Unser Unternehmen verwendet eine Stange mit einer Länge von 3500 mm, einem Durchmesser von 120 mm und einer Geradheit von 0,7 mm/Länge.
Die spezifischen Schritte zum Anpassen der Koaxialität der fünf -Zentren sind wie folgt:
1) Installieren Sie die vordere Stützhülse und richten Sie ihre Mitte aus. Klemmen Sie, wie in Abbildung 14 gezeigt, die vordere Stützhülse mit der Einlassführungsvorrichtung fest. Verwenden Sie eine Messuhr, um die Koaxialität zwischen der Mitte der vorderen Stützhülse und der Mitte des rotierenden Schneidkopfes zu überprüfen: Die magnetische Messuhrbasis ist am rotierenden Schneidkopf befestigt und der Messuhrkopf misst das Innenloch der vorderen Stützhülse. Die Messuhr dreht sich mit dem rotierenden Schneidkopf um 360 Grad. Bestimmen Sie anhand des Messwerts der Messuhr den Koaxialitätsfehler und seine Richtung. Passen Sie die Dicke der Unterlegscheiben unter den drei Greifern der vorderen Führungsvorrichtung entsprechend an, um sicherzustellen, dass die Mitte der vorderen Stützhülse koaxial zum rotierenden Schneidkopf ist. Nach der Justierung muss die Einlaufführungsvorrichtung festgeklemmt bleiben.
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Abbildung 14 Prüfung der Koaxialität der vorderen Stützhülse und des Messerkopfes
2) Installieren Sie die hintere Stützhülse am Zylinderloch der Auslassführungsvorrichtung. Da die Auslassführungsvorrichtung und die Spindel des rotierenden Schneidkopfs zusammen im Spindelkasten montiert sind (Struktur in Abbildung 15 dargestellt), wird ihr linkes Ende vom rotierenden Schneidkopf und ihr rechtes Ende von der Endabdeckung getragen. Daher bestimmt die Struktur des Spindelkastens, dass das Zylinderloch der Auslassführungsvorrichtung koaxial zum rotierenden Schneidkopf ist, sodass die hintere Stützhülse ohne Anpassung direkt als Stützkomponente installiert werden kann.
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Abbildung 15 Schematische Darstellung der Spindelkastenstruktur
1-Schneidkopf 2-Auslassführungsvorrichtung 3-Endabdeckung 4-Hintere Stützhülse
3) Stecken Sie den Prüfstab in die Löcher der vorderen und hinteren Stützhülsen. Beide Enden liegen im Klemmbereich der Zuführeinrichtung bzw. des Abführwagens. Zu diesem Zeitpunkt hängt die Koaxialität des Prüfstabs und des Schneidkopfs von der Fertigungsgenauigkeit der Ausrüstung selbst und der Genauigkeit der Ausrichtung der vorderen Stützhülse ab.
4) Überprüfen Sie die Koaxialität zwischen der Mitte der Vorschubvorrichtung und dem Prüfstab.. 5) Überprüfen Sie die Abstände G und H zwischen dem Prüfstab und den oberen und unteren Klemmrollen mithilfe von Endmaßen (siehe Abbildung 11). Passen Sie die Dicke der Unterlegscheiben unter der Basis der Spannvorrichtung an, um die G- und H-Werte gleich zu machen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Mittelpunkte der oberen und unteren Klemmrollen koaxial zum Prüfstab.
6) Überprüfen Sie die Koaxialität zwischen der Mitte des Entladewagens und dem Prüfstab. Die Prüf- und Einstellmethode ähnelt Schritt 4: Passen Sie die Dicke der Unterlegscheiben unter den Greiferpads entsprechend den gemessenen Werten E und F an (siehe Abbildung 11).
7) Die Auslassführungsvorrichtung verfügt über eine mechanische Einstellvorrichtung, mit der die Koaxialität zum Prüfstab direkt eingestellt werden kann.
Hinweis: Während des Test- und Einstellvorgangs muss die Einlassführungsvorrichtung festgeklemmt bleiben und die vordere Stützhülse festklemmen, bis alle Arbeiten abgeschlossen sind. Die oberen und unteren Klemmrollen sowie der V-förmige Amboss des Wagens sollten den Prüfstab nicht berühren, sondern sich ihm nur nähern, um die Messung des Abstands zum Prüfstab zu erleichtern und die Genauigkeit des Prüfstabs aufrechtzuerhalten. Die Genauigkeitsanforderungen für die vorderen und hinteren Stützhülsen sind: ein Abstand von 0,10 mm zwischen dem Innenloch der vorderen Stützhülse und dem Prüfstab und eine Koaxialität von 0,05 mm zwischen dem Innenloch und dem Außenkreis. Der Abstand zwischen dem Innenloch der hinteren Stützhülse und dem Prüfstab beträgt 0,10 mm, die Koaxialität zwischen dem Innenloch und dem Außenkreis beträgt 0,05 mm und der Abstand zwischen dem Außenkreis und dem Zylinderloch der Auslassführungsvorrichtung beträgt 0,15 mm.
Bild 5 Fazit
Das Einstellprinzip besteht darin, die Mitte des rotierenden Schneidkopfes als Referenz für die Einstellung der Koaxialität der fünf -Zentren zu verwenden und den Teststab zum Testen zu verwenden. Die Steifigkeit der Prüfstabstützposition sollte gut sein. Der Prüfstab wird von der Stützhülse getragen, die als Übergangsreferenz dient, und so eingestellt, dass er koaxial zum Schneidkopf ist. Eine weitere Funktion der Stützhülse besteht darin, das Gewicht des Prüfstabs zu reduzieren, die Prüfgenauigkeit zu verbessern und die Einstelleffizienz zu erhöhen. Durch die Anpassung der Fünf-Zentren-Koaxialität der Schälmaschine mit der oben genannten Methode werden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt und die Qualität der Produktverarbeitung wird deutlich verbessert.
