Nguyên lý hoạt động của máy bóc vỏ không tâm-quy mô lớn và ảnh hưởng của độ đồng trục của từng thành phần đến chất lượng xử lý được giải thích. Dựa trên cấu trúc của thiết bị và thực tiễn sản xuất, các phương pháp phát hiện và điều chỉnh độ đồng trục của máy bóc vỏ không tâm-quy mô lớn và các công cụ, đồ gá tương ứng được đưa ra.
Máy bóc vỏ không tâm hay còn gọi là máy tiện không tâm là thiết bị cốt lõi để sản xuất chính xác thép sáng tròn dài [1]. Nó sử dụng một công cụ quay-tốc độ cao để cắt và bóc vật liệu bề mặt của các thanh thép siêu dài. Công cụ này hiệu quả hơn so với các máy tiện thông thường trong việc loại bỏ lớp oxit và lớp rỉ sét trên bề mặt thép, nhờ đó cải thiện hình thức và chất lượng bề mặt của thép thành phẩm. Hiện tại, đường kính gia công của máy tiện không tâm quy mô lớn-có thể đạt tới 500mm, cấp dung sai đường kính có thể đạt tới IT9, giá trị độ nhám bề mặt Ra là 1,6-3,2μm và giá trị độ nhám bề mặt Ra sau khi đánh bóng có thể đạt tới 0,8μm.
Các bộ phận chính của máy bóc vỏ vô tâm bao gồm: thiết bị kẹp, thiết bị dẫn hướng đầu vào, đầu cắt quay, thiết bị dẫn hướng đầu ra và xe đẩy xả. Độ đồng trục của 5 thành phần trên (sau đây gọi là "độ đồng trục năm{2}} tâm") là chỉ số chính xác quan trọng nhất của máy bóc vỏ không tâm. Độ đồng trục của năm tâm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt của sản phẩm; vượt quá dung sai này sẽ dẫn đến các khuyết tật khác nhau trên bề mặt phôi.
Việc phát hiện và điều chỉnh độ đồng trục của năm trung tâm là khá khó khăn. Tian Xiaohui[2], Chao Honggang[3] và những người khác đã nghiên cứu việc sử dụng cấu trúc riêng của thiết bị làm chuẩn để điều chỉnh độ chính xác của từng thành phần riêng biệt, nhưng có rất ít cuộc thảo luận về việc điều chỉnh thống nhất độ đồng trục của năm trung tâm. Phương pháp điều chỉnh độ đồng trục do Dou Weitao và cộng sự đưa ra[4] có thể áp dụng cho máy bóc vỏ không lõi cỡ nhỏ, nhưng đối với máy bóc vỏ không lõi cỡ lớn, do kích thước và trọng lượng của các bộ phận lớn hơn nên việc phát hiện và điều chỉnh độ chính xác khó khăn hơn. Vì vậy, vẫn cần phải nghiên cứu các sơ đồ phát hiện và điều chỉnh dễ vận hành hơn cũng như chế tạo các công cụ và đồ gá tương ứng.
Công ty chúng tôi có hai máy bóc vỏ không lõi, đó là máy bóc vỏ không lõi HETRAN BT16 của Mỹ và máy bóc vỏ không lõi Yantai Kejie WCS300S. Kích thước thành phẩm tối đa lần lượt là φ400mm và φ305mm. Công ty chúng tôi đã khám phá và cố gắng giải quyết tác động của lỗi đồng trục năm{6}}trung tâm đến chất lượng sản phẩm và phương pháp điều chỉnh năm-đồng trục trung tâm trong các máy bóc-quy mô lớn trong thực tế. Sau đây là phần giới thiệu sử dụng máy bóc vỏ vô tâm BT16 làm ví dụ.
Hình 2 Nguyên lý làm việc và cấu tạo của thiết bị
Không giống như nguyên lý làm việc xoay phôi và cấp liệu dọc trục của dụng cụ khi gia công các thanh thép tròn trên máy tiện thông thường, dụng cụ sẽ quay và phôi được nạp theo trục khi máy bóc không tâm đang hoạt động. Quy trình làm việc ngắn gọn là thiết bị kẹp kẹp thanh và đưa thanh vào, máy chính thực hiện quá trình bóc vỏ, thiết bị dẫn hướng đầu vào và đầu ra đệm rung, sau đó xe đẩy xả sẽ kéo thanh ra [5].
Bộ phận cắt của máy chính BT16 là đầu cắt quay được gắn trên một trục rỗng có đường kính trong 600mm (xem Hình 1). Trục rỗng được lắp đặt trong hộp trục chính và được dẫn động bởi động cơ chính để quay với tốc độ cao. 4 đến 8 dao được lắp đối xứng trên đầu dao, mang lại hiệu quả cắt cao.
Hình ảnh Hình 1 Đầu cắt quay
Việc nạp phôi theo trục được hoàn thành bằng thiết bị kẹp (xem Hình 2). Hai cặp con lăn cấp liệu được lắp đặt trên thiết bị kẹp. Hoạt động kẹp của con lăn được dẫn động bởi xi lanh thủy lực và cơ cấu bánh răng. Vòng quay của các con lăn được điều khiển bởi động cơ servo và tốc độ nạp ổn định và có thể điều chỉnh.
Hình ảnh Hình 2: Thiết bị kẹp và hộp trục chính
Thiết bị dẫn hướng đầu vào (xem Hình 3) bao gồm ba vấu-tự định tâm được liên kết bằng cơ cấu đòn bẩy.
Hình ảnh Hình 3: Thiết bị dẫn hướng đầu vào
Thiết bị dẫn hướng đầu ra (xem Hình 4) được lắp bên trong trục rỗng của hộp trục chính. Đó là một thiết bị kẹp tự định tâm-liên kết bốn hàm, với các tấm đồng được gắn vào các ngàm để bảo vệ bề mặt của phôi đã hoàn thiện. Do có thêm thiết bị điều chỉnh cơ học để điều chỉnh độ đồng trục của trục của nó với đầu dao cắt quay nên cấu trúc phức tạp hơn nhưng cấu trúc liên kết và chức năng mà nó đạt được tương tự như thanh dẫn hướng đầu vào. Một số thiết bị có hai bộ thiết bị dẫn hướng đầu ra, được gọi lần lượt là dẫn hướng giữa và dẫn hướng phía sau, tùy theo khoảng cách của chúng với đầu cắt quay, hay gọi chung là dẫn hướng giữa và dẫn hướng sau.
Hình ảnh
Hình 4. Thiết bị hướng dẫn thoát
Chức năng của thiết bị dẫn hướng đầu vào và đầu ra là kẹp và đỡ phôi, cung cấp hướng dẫn đáng tin cậy, duy trì chuyển động dọc trục trơn tru và ngăn ngừa rung và quay.
Bộ phận chính của xe đẩy xả là một cặp đe hình chữ V{0}}. Hoạt động kẹp của đe trên và đe dưới được liên kết bằng cơ cấu giá đỡ và bánh răng-tự định tâm. Phôi được kẹp ngay trước khi nó rời khỏi con lăn cấp liệu, cung cấp lực kẹp và lực cấp liệu dọc trục.
Tóm lại, độ đồng trục của tâm của năm bộ phận-thiết bị kẹp, đầu cắt quay, thiết bị dẫn hướng đầu vào, thiết bị dẫn hướng đầu ra và xe đẩy xả-phải được kiểm tra và điều chỉnh đến độ chính xác nhất định. Nếu không, phôi thanh sẽ bị lệch tạm thời khi vào và ra khỏi thiết bị kẹp và dẫn hướng. Ngay cả một độ lệch nhỏ cũng sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt của phôi.
Hình ảnh 3. Tác động của năm-Độ đồng trục trung tâm vượt quá dung sai đối với độ chính xác gia công
Việc vượt quá dung sai độ đồng trục năm{0}} tâm sẽ dẫn đến các khuyết tật trên bề mặt phôi như vết rung, bậc thang, độ lệch tâm khi quay, hiện tượng co ngót đuôi phôi và sao chép lỗi.
3.1 Dấu rung
Các dấu rung thường xuất hiện ở đầu trước của phôi, như trong Hình 5. Theo nguyên tắc làm việc của thiết bị, khi phôi lần đầu tiên bắt đầu xử lý và chưa đi vào phạm vi kẹp của thiết bị dẫn hướng thoát, nó được giữ bởi hai cặp con lăn cấp liệu và thiết bị dẫn hướng đầu vào trên thiết bị kẹp, trong khi đầu cắt thực hiện quá trình bong tróc. Nếu độ lệch đồng trục của hai cặp con lăn cấp liệu và thiết bị dẫn hướng đầu vào lớn thì phôi ở trạng thái-định vị quá mức, độ cứng của nó giảm và có xu hướng uốn cong và biến dạng. Dưới tác dụng của lực cắt, phôi sẽ rung lên, tạo thành các vết rung. Mặt khác, trong quá trình-định vị quá mức, lực kẹp của con lăn trên và con lăn dưới của thiết bị kẹp là khác nhau, điều này sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định của tốc độ cấp liệu và làm trầm trọng thêm việc hình thành các vết rung.
Hình ảnh: Hình 5 Dấu rung xuất hiện trên bề mặt phôi
3.2 Các bước
Các bước (xem Hình 6) thường xuất hiện ở cả hai đầu của phôi. Các bước xuất hiện ở đầu trước của phôi vì khi phôi được nạp theo trục, khi đầu trước của phôi đạt đến vị trí của thiết bị dẫn hướng thoát hoặc vị trí kẹp của xe đẩy xả thì thiết bị dẫn hướng thoát và xe đẩy xả sẽ kẹp phôi. Khi thiết bị dẫn hướng đầu ra và xe đẩy xả không đồng trục với đầu dao cắt quay, phôi sẽ có sự dịch chuyển tương đối hướng tâm so với dao, dẫn đến một bước ở vị trí tương ứng trên phôi. Khoảng cách từ vị trí bậc thang đến mặt trước của phôi bằng khoảng cách từ thiết bị dẫn hướng đầu ra hoặc xe đẩy xả tới máy cắt.
Bước này xuất hiện ở phần cuối phía sau của phôi, xảy ra khi phôi rời khỏi con lăn nạp và thiết bị dẫn hướng đầu vào. Điều này là do các con lăn cấp liệu và thiết bị dẫn hướng đầu vào đồng trục với đầu máy cắt quay. Cơ chế hoạt động giống như khi một bậc xuất hiện ở đầu phía trước của phôi. Khoảng cách từ vị trí bậc thang đến đầu phía sau của phôi bằng khoảng cách từ con lăn nạp hoặc thiết bị dẫn hướng đầu vào đến dao cắt.
Hình ảnh Hình 6: Các bước xuất hiện trên bề mặt phôi
3.3 Độ lệch tâm quay
Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng lệch tâm quay (xem Hình 7) là do sai lệch lớn giữa thiết bị dẫn hướng đầu vào và tâm quay của đầu dao cắt quay. Điều này dẫn đến tâm phôi đồng trục với tâm đầu dao cắt quay, gây ra hiện tượng lệch tâm và một bên chu vi phôi không được gia công. Nếu thiết bị kẹp và thiết bị dẫn hướng đầu vào cũng đồng trục thì độ lệch tâm sẽ được khuếch đại hơn nữa. Do đó, không tính đến lỗi độ thẳng của phôi, độ lệch tâm của thiết bị kẹp, thiết bị dẫn hướng đầu vào và đầu dao cắt quay là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng lệch tâm.
Hình ảnh Hình 7 Độ lệch tâm quay
3.4 Độ co đuôi phôi
Sự co rút của đuôi (xem Hình 8) là do độ lệch lớn về độ đồng trục giữa thiết bị dẫn hướng đầu ra, xe đẩy xả và tâm quay của đầu máy cắt quay. Trong quá trình bong tróc, phôi phải chịu tác động kết hợp của lực cắt hướng tâm theo hướng đường kính và lực kẹp của thiết bị dẫn hướng đầu ra và xe đẩy xả. Khi phôi được đưa vào đuôi và chuẩn bị rời khỏi dụng cụ, cân bằng lực giữa ba lực này bị phá vỡ. Chỉ có thiết bị dẫn hướng đầu ra và xe đẩy xả tác dụng lực kẹp lên phôi, gây ra sự dịch chuyển hướng tâm và dẫn đến hiện tượng co đuôi.
Hình ảnh Hình 8 Độ co đuôi
3.5 Sao chép lỗi
Bề mặt phôi xen kẽ giữa vùng sáng và vùng gồ ghề (xem Hình 9). Vòng tròn màu đỏ trong Hình 9 đánh dấu bụi đồng rơi ra khi tấm đồng của thanh dẫn hướng đầu ra trượt so với phôi. Sự xuất hiện của bụi đồng cho thấy bề mặt phôi tương đối gồ ghề ở khu vực này. Khiếm khuyết này là do khuyết tật xoắn ốc rèn đáng kể trên bề mặt phôi trước khi bong tróc (xem Hình 10). Khoảng cách giữa các vùng gồ ghề liền kề trên bề mặt phôi gia công bằng “bước” của đường xoắn ốc.
Về mặt lý thuyết, khuyết tật này sẽ không xuất hiện trên bề mặt phôi đã hoàn thiện khi chiều rộng của hàm của thiết bị dẫn hướng đầu vào lớn hơn "bước" của hình xoắn ốc. Tuy nhiên, khi thiết bị dẫn hướng đầu vào và thiết bị kẹp không đồng trục thì các vấu của thiết bị dẫn hướng đầu vào tiếp xúc một điểm với phôi. Vì phôi thực sự được nạp theo hình xoắn ốc nên hình xoắn ốc rèn trên bề mặt phôi được phản ánh trên bề mặt gia công.
Hình ảnh Hình 9: Các vùng sáng và vùng gồ ghề xen kẽ
Hình 10: Rèn hình xoắn ốc trên bề mặt phôi trước khi gia công
Hình 4: Phương pháp điều chỉnh năm-độ đồng trục tâm
Việc phát hiện và điều chỉnh năm{0}}độ đồng trục tâm phải dựa trên tâm của đầu dao cắt quay được gắn trên trục rỗng làm tham chiếu lý thuyết. Vì trục của trục chính rỗng không phải là một vật rắn nên cần có thanh tham chiếu làm tham chiếu điều chỉnh. Khó khăn nằm ở chỗ làm thế nào để chọn được vị trí đỡ hợp lý và phương pháp đỡ để đặt chính xác thanh tham chiếu lên trục của thiết bị. Máy bóc vỏ không tâm có quy mô lớn{4}}yêu cầu các thanh thử nghiệm có đường kính và khối lượng đáng kể, đòi hỏi độ chính xác và độ cứng cao trong việc lựa chọn các bộ phận hỗ trợ. Đối với các thanh thử, điều quan trọng là phải giảm khối lượng trong khi vẫn duy trì độ cứng của chúng.
Sau nhiều lần thử nghiệm, công ty chúng tôi đã hoàn thiện phương án điều chỉnh sau: Đầu tiên, điều chỉnh thiết bị dẫn hướng đầu vào sao cho đồng tâm với đầu cắt quay. Sau đó, đỡ các thanh thử bằng các lỗ hình trụ của thiết bị dẫn hướng đầu vào và đầu ra, đồng thời điều chỉnh tâm của các con lăn kẹp cấp liệu và xe đẩy xả. Sơ đồ đơn giản hóa phương pháp đỡ thanh thử nghiệm và quy trình thử nghiệm đối với máy bóc vỏ không tâm BT16 được thể hiện trên Hình 11.
Hình 11. Phương pháp hỗ trợ và sơ đồ kiểm tra của máy kiểm tra thanh
Kiểm tra 1 thanh
2-Thiết bị kẹp
Tay áo hỗ trợ 3 phía trước
Thiết bị dẫn hướng 4 đầu vào
Chỉ báo 5 mặt số
Đầu 6 mũi cắt
Thiết bị dẫn hướng 7 ổ cắm
8-Ống hỗ trợ phía sau
Xe đẩy 9-xả
Các ống lót hỗ trợ phía trước và phía sau lần lượt được lắp đặt tại các thiết bị dẫn hướng đầu vào và đầu ra. Việc kiểm tra thanh được hỗ trợ bởi hai ống đỡ này (xem Hình 12 và 13) vì hai bộ phận này có độ cứng tốt và khả năng hỗ trợ đáng tin cậy. Hai ống bọc hỗ trợ được sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyển tiếp. Việc căn chỉnh các ống đỡ với đầu cắt quay tương đối đơn giản và có thể dễ dàng đạt được độ chính xác cao. Một chức năng khác của ống lót hỗ trợ là cân bằng các yêu cầu về độ cứng và chất lượng của việc kiểm tra thanh, cho phép việc kiểm tra thanh được thực hiện nhỏ hơn và nhẹ hơn, điều này có lợi cho việc cải thiện độ chính xác của kiểm tra và hiệu quả công việc.
Hình ảnh 12 Thanh đỡ tay áo hỗ trợ phía trước
Hình 13 Thanh đỡ tay áo hỗ trợ phía sau
Công ty chúng tôi sử dụng thanh có chiều dài 3500mm, đường kính 120mm, độ thẳng 0,7mm/chiều dài.
Các bước cụ thể để điều chỉnh năm{0}}độ đồng trục trung tâm như sau:
1) Lắp ống bọc hỗ trợ phía trước và căn chỉnh tâm của nó. Như minh họa trong Hình 14, kẹp ống đỡ phía trước bằng thiết bị dẫn hướng đầu vào. Sử dụng chỉ báo quay số để kiểm tra độ đồng trục giữa tâm của ống bọc hỗ trợ phía trước và tâm của đầu dao cắt quay: Đế chỉ báo quay số từ tính được gắn vào đầu dao cắt quay và đầu chỉ báo quay số đo lỗ bên trong của ống bọc đỡ phía trước. Chỉ báo quay số quay 360 độ với đầu cắt quay. Dựa vào số đọc của chỉ báo quay số, xác định lỗi đồng trục và hướng của nó. Điều chỉnh độ dày của các miếng chêm dưới ba kẹp của thiết bị dẫn hướng phía trước cho phù hợp để đảm bảo tâm của ống đỡ phía trước đồng trục với đầu dao cắt quay. Sau khi điều chỉnh, thiết bị dẫn hướng đầu vào phải được kẹp chặt.
Hình ảnh
Hình 14 Kiểm tra độ đồng trục của ống đỡ phía trước và đầu dao cắt
2) Lắp ống lót hỗ trợ phía sau vào lỗ xi lanh của thiết bị dẫn hướng đầu ra. Do thiết bị dẫn hướng đầu ra và trục xoay đầu dao được lắp cùng nhau trong hộp trục chính (cấu trúc như trong Hình 15), đầu bên trái của nó được đỡ bởi đầu dao cắt quay và đầu bên phải của nó được đỡ bởi nắp cuối. Do đó, cấu trúc hộp trục chính xác định rằng lỗ xi lanh của thiết bị dẫn hướng đầu ra đồng trục với đầu dao cắt quay, cho phép lắp trực tiếp ống lót hỗ trợ phía sau làm bộ phận hỗ trợ mà không cần điều chỉnh.
Hình ảnh
Hình 15 Sơ đồ kết cấu hộp trục chính
1-Đầu cắt 2-Thiết bị dẫn hướng ổ cắm 3-Nắp cuối 4-Ống đỡ phía sau
3) Chèn thanh kiểm tra vào các lỗ của ống đỡ phía trước và phía sau. Cả hai đầu đều nằm trong phạm vi kẹp tương ứng của thiết bị cấp liệu và xe đẩy xả. Tại thời điểm này, độ đồng trục của thanh kiểm tra và đầu cắt phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo của chính thiết bị và độ chính xác của việc căn chỉnh ống bọc đỡ phía trước.
4) Kiểm tra độ đồng trục giữa tâm của thiết bị cấp liệu và thanh kiểm tra. 5) Kiểm tra khoảng cách G và H giữa thanh kiểm tra và các con lăn kẹp trên và dưới bằng các khối đo (xem Hình 11). Điều chỉnh độ dày của các miếng chêm dưới đế thiết bị kẹp để làm cho giá trị G và H bằng nhau. Tại thời điểm này, tâm của các con lăn kẹp trên và dưới đồng trục với thanh thử.
6) Kiểm tra độ đồng trục giữa tâm xe đẩy xả và thanh thử. Cách kiểm tra và điều chỉnh tương tự như bước 4: điều chỉnh độ dày của miếng chêm dưới miếng kẹp theo giá trị đo được E và F (xem Hình 11).
7) Thiết bị dẫn hướng đầu ra có thiết bị điều chỉnh cơ học có thể điều chỉnh trực tiếp độ đồng trục với thanh thử.
Lưu ý: Trong quá trình thử nghiệm và điều chỉnh, thiết bị dẫn hướng đầu vào phải được giữ nguyên, kẹp ống đỡ phía trước cho đến khi hoàn thành mọi công việc; các con lăn kẹp trên và dưới và đe hình chữ V{0}}của xe đẩy không được tiếp xúc với thanh kiểm tra mà chỉ tiếp cận nó để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đo khoảng cách đến thanh kiểm tra nhằm duy trì độ chính xác của thanh kiểm tra. Yêu cầu về độ chính xác đối với ống bọc hỗ trợ phía trước và phía sau là: khoảng hở 0,10mm giữa lỗ bên trong của ống bọc hỗ trợ phía trước và thanh kiểm tra, và độ đồng trục 0,05mm giữa lỗ bên trong và vòng tròn bên ngoài. Khoảng hở giữa lỗ bên trong của ống lót hỗ trợ phía sau và thanh kiểm tra là 0,10mm, độ đồng trục giữa lỗ bên trong và vòng tròn bên ngoài là 0,05mm, và khoảng cách giữa vòng tròn bên ngoài và lỗ xi lanh của thiết bị dẫn hướng đầu ra là 0,15mm.
Hình 5 Kết luận
Nguyên tắc điều chỉnh là sử dụng tâm của đầu dao quay làm tham chiếu để điều chỉnh độ đồng trục năm{0}} tâm và sử dụng thanh kiểm tra để kiểm tra. Độ cứng của vị trí đỡ thanh kiểm tra phải tốt. Thanh kiểm tra được đỡ bởi ống đỡ, đóng vai trò làm tham chiếu chuyển tiếp và được điều chỉnh để đồng trục với đầu dao. Một chức năng khác của ống bọc hỗ trợ là giảm trọng lượng của thanh thử, cải thiện độ chính xác của thử nghiệm và tăng hiệu quả điều chỉnh. Việc điều chỉnh độ đồng trục năm{5}}trung tâm của máy bóc vỏ bằng phương pháp trên đạt được kết quả khả quan và chất lượng xử lý sản phẩm được cải thiện đáng kể.
