Se explica el principio de funcionamiento de la máquina peladora sin centros-a gran escala y la influencia de la coaxialidad de cada componente en la calidad del procesamiento. Con base en la estructura del equipo y la práctica de producción, se brindan los métodos de detección y ajuste de la coaxialidad de la máquina peladora sin centros de gran-escala y las herramientas y accesorios correspondientes.
La máquina peladora sin centros, también conocida como torno sin centros, es el equipo principal para la producción de precisión de acero brillante, redondo y largo [1]. Utiliza una herramienta giratoria de alta-velocidad para cortar y pelar el material de la superficie de barras de acero ultra-largas, que es más eficiente que los tornos comunes para eliminar las incrustaciones de óxido y la capa de óxido en la superficie del acero, mejorando así la apariencia y la calidad de la superficie del acero acabado. En la actualidad, el diámetro de procesamiento del torno sin centros de gran-escala puede alcanzar los 500 mm, el grado de tolerancia del diámetro puede alcanzar IT9, el valor de rugosidad de la superficie Ra es de 1,6 a 3,2 μm y el valor de rugosidad de la superficie Ra después del pulido puede alcanzar los 0,8 μm.
Los componentes principales de la máquina peladora sin centros incluyen: dispositivo de sujeción, dispositivo guía de entrada, cabezal cortador giratorio, dispositivo guía de salida y carro de descarga. La coaxialidad de los 5 componentes anteriores (en lo sucesivo denominada "coaxialidad de cinco-centros") es el indicador de precisión más importante de la máquina peladora sin centros. La coaxialidad de los cinco centros afecta directamente a la calidad superficial del producto; exceder esta tolerancia provocará varios defectos en la superficie de la pieza de trabajo.
Detectar y ajustar la coaxialidad de los cinco centros es bastante difícil. Tian Xiaohui[2], Chao Honggang[3] y otros han estudiado el uso de la propia estructura del equipo como punto de referencia para ajustar la precisión de cada componente por separado, pero hay poca discusión sobre el ajuste unificado de la coaxialidad de los cinco centros. El método de ajuste de coaxialidad propuesto por Dou Weitao et al.[4] es aplicable a máquinas peladoras sin núcleo-de tamaño pequeño, pero para máquinas peladoras sin núcleo-de tamaño grande, debido al mayor tamaño y peso de las piezas, la detección y el ajuste precisos son más difíciles. Por lo tanto, todavía es necesario estudiar esquemas de detección y ajuste más operativos y fabricar las herramientas y accesorios correspondientes.
Nuestra empresa tiene dos máquinas peladoras sin núcleo, a saber, la estadounidense HETRAN BT16 y la máquina peladora sin núcleo Yantai Kejie WCS300S. Los tamaños máximos de producto terminado son φ400 mm y φ305 mm, respectivamente. Nuestra empresa ha explorado y tratado de abordar el impacto del error de coaxialidad de cinco-centros en la calidad del producto y el método de ajuste de la coaxialidad de cinco-centros en máquinas peladoras-a gran escala en la práctica. La siguiente es una introducción utilizando la máquina peladora sin centros BT16 como ejemplo.
Imagen 2 Principio de funcionamiento y estructura del equipo.
A diferencia del principio de funcionamiento de rotación de la pieza de trabajo y avance axial de la herramienta cuando se procesan barras de acero redondas en un torno convencional, la herramienta gira y la pieza de trabajo se alimenta axialmente cuando la máquina peladora sin centros está funcionando. El breve proceso de trabajo consiste en que el dispositivo de sujeción sujeta la barra y la introduce, la máquina principal realiza el procesamiento de pelado, los dispositivos guía de entrada y salida amortiguan la vibración y luego el carro de descarga extrae la barra [5].
La parte de corte de la máquina principal BT16 es un cabezal de corte giratorio montado en un eje hueco con un diámetro interior de 600 mm (ver Figura 1). El husillo hueco se instala en la caja del husillo y es impulsado por el motor principal para girar a alta velocidad.. 4 Hay 8 herramientas instaladas simétricamente en el cabezal de corte, lo que resulta en una alta eficiencia de corte.
Imagen Figura 1 Cabezal de corte giratorio
El avance axial de la pieza de trabajo se completa mediante el dispositivo de sujeción (ver Figura 2). En el dispositivo de sujeción se instalan dos pares de rodillos de alimentación. La acción de sujeción de los rodillos es impulsada por un cilindro hidráulico y un mecanismo de engranaje. La rotación de los rodillos es impulsada por un servomotor y la velocidad de alimentación es estable y ajustable.
Imagen Figura 2: Dispositivo de sujeción y caja de husillo
El dispositivo guía de entrada (ver Figura 3) consta de tres mordazas autocentrantes unidas por un mecanismo de palanca.
Imagen Figura 3: Dispositivo de guía de entrada
El dispositivo de guía de salida (ver Figura 4) se instala dentro del eje hueco de la caja del eje. Es un dispositivo de sujeción autocentrante vinculado a cuatro-mordazas-, con placas de cobre incrustadas en las mordazas para proteger la superficie de la pieza de trabajo terminada. Debido a la adición de un dispositivo de ajuste mecánico para ajustar la coaxialidad de su eje con el cabezal cortador giratorio, la estructura es más compleja, pero la estructura de articulación y la función que logra son similares a la guía de entrada. Algunos equipos tienen dos conjuntos de dispositivos de guía de salida, que se denominan guía intermedia y guía trasera, respectivamente, según su distancia desde el cabezal cortador giratorio, o denominados colectivamente guías intermedia y trasera.
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Figura 4. Dispositivo de guía de salida
La función de los dispositivos guía de entrada y salida es sujetar y soportar la pieza de trabajo, proporcionando una guía confiable, manteniendo un movimiento axial suave y evitando vibraciones y rotación.
El componente principal del carro de descarga es un par de yunques en forma de V-. La acción de sujeción de los yunques superior e inferior está vinculada mediante un engranaje autocentrante y un mecanismo de cremallera. La pieza de trabajo se sujeta justo antes de salir de los rodillos de alimentación, lo que proporciona fuerza de sujeción y fuerza de alimentación axial.
En resumen, la coaxialidad de los centros de los cinco componentes-el dispositivo de sujeción, el cabezal cortador giratorio, el dispositivo guía de entrada, el dispositivo guía de salida y el carro de descarga-debe probarse y ajustarse con cierta precisión. De lo contrario, la barra experimentará un desplazamiento momentáneo al entrar y salir de los dispositivos de sujeción y guía. Incluso un pequeño desplazamiento afectará negativamente a la calidad de la superficie de la pieza de trabajo.
Imagen 3. Impacto de la coaxialidad de cinco-centros que excede la tolerancia en la precisión del mecanizado
Exceder la tolerancia de coaxialidad de cinco-centros provocará defectos en la superficie de la pieza de trabajo, como marcas de vibración, escalones, excentricidad de giro, contracción de la cola de la pieza de trabajo y replicación de errores.
3.1 Marcas de vibración
Las marcas de vibración generalmente aparecen en el extremo frontal de la pieza de trabajo, como se muestra en la Figura 5. Como lo establece el principio de funcionamiento del equipo, cuando la pieza de trabajo comienza a procesarse por primera vez y aún no ha entrado en el rango de sujeción del dispositivo guía de salida, se sujeta mediante dos pares de rodillos de alimentación y el dispositivo guía de entrada en el dispositivo de sujeción, mientras el cabezal de corte realiza el procesamiento de pelado. Si la desviación de coaxialidad de los dos pares de rodillos de alimentación y el dispositivo de guía de entrada es grande, la pieza de trabajo está en un estado sobre-posicionado, su rigidez disminuye y tiende a doblarse y deformarse. Bajo la acción de la fuerza de corte, la pieza de trabajo vibrará, formando marcas de vibración. Por otro lado, durante el sobre-posicionamiento, las fuerzas de sujeción de los rodillos superior e inferior del dispositivo de sujeción son diferentes, lo que afectará la estabilidad de la velocidad de alimentación y exacerbará la formación de marcas de vibración.
Imagen: Figura 5 Aparecen marcas de vibración en la superficie de la pieza de trabajo
3.2 Pasos
Los escalones (ver Figura 6) generalmente aparecen en ambos extremos de la pieza de trabajo. Los escalones aparecen en el extremo frontal de la pieza de trabajo porque cuando la pieza de trabajo se alimenta axialmente, cuando el extremo frontal de la pieza de trabajo alcanza la posición del dispositivo guía de salida o la posición de sujeción del carro de descarga, el dispositivo guía de salida y el carro de descarga sujetarán la pieza de trabajo. Cuando el dispositivo de guía de salida y el carro de descarga no son coaxiales con el cabezal cortador giratorio, la pieza de trabajo experimentará un desplazamiento relativo radial con respecto al cortador, lo que dará como resultado un paso en la posición correspondiente en la pieza de trabajo. La distancia desde el lugar del escalón hasta el extremo frontal de la pieza de trabajo es igual a la distancia desde el dispositivo guía de salida o el carro de descarga hasta el cortador.
El escalón aparece en el extremo posterior de la pieza de trabajo, lo que ocurre cuando la pieza de trabajo se desengancha de los rodillos de alimentación y del dispositivo guía de entrada. Esto se debe a que los rodillos de alimentación y el dispositivo guía de entrada son coaxiales con el cabezal cortador giratorio. El mecanismo es el mismo que cuando aparece un escalón en el extremo frontal de la pieza de trabajo. La distancia desde la ubicación del escalón hasta el extremo posterior de la pieza de trabajo es igual a la distancia desde los rodillos de alimentación o el dispositivo guía de entrada hasta el cortador.
Imagen Figura 6: Aparecen escalones en la superficie de la pieza de trabajo
3.3 Excentricidad de giro
La causa principal de la excentricidad del giro (ver Figura 7) es una gran desviación entre el dispositivo guía de entrada y el centro de rotación del cabezal cortador giratorio. Esto da como resultado que el centro de la pieza de trabajo sea coaxial con el centro del cabezal de corte giratorio, provocando excentricidad y que un lado de la circunferencia de la pieza de trabajo no se mecanice. Si el dispositivo de sujeción y el dispositivo de guía de entrada también son coaxiales, la excentricidad se amplificará aún más. Por lo tanto, sin considerar el error de rectitud de la pieza de trabajo, la desalineación del dispositivo de sujeción, el dispositivo de guía de entrada y el cabezal de corte giratorio es la causa principal de la excentricidad del giro.
Imagen Figura 7 Excentricidad de giro
3.4 Contracción de la cola de la pieza de trabajo
La contracción de la cola (ver Figura 8) es causada por una gran desviación de coaxialidad entre el dispositivo guía de salida, el carro de descarga y el centro de rotación del cabezal cortador giratorio. Durante el pelado, la pieza de trabajo se somete a la acción combinada de la fuerza de corte radial en la dirección del diámetro y la fuerza de sujeción del dispositivo guía de salida y el carro de descarga. Cuando la pieza de trabajo llega a la cola y está a punto de salir de la herramienta, se rompe el equilibrio de fuerzas entre estas tres. Sólo el dispositivo de guía de salida y el carro de descarga aplican fuerza de sujeción a la pieza de trabajo, lo que provoca un desplazamiento radial y una contracción de la cola.
Imagen Figura 8 Contracción de la cola
3.5 Replicación de errores
La superficie de la pieza de trabajo alterna entre áreas brillantes y rugosas (ver Figura 9). El círculo rojo en la Figura 9 marca el polvo de cobre que cae cuando la placa de cobre de la guía de salida se desliza con respecto a la pieza de trabajo. La aparición de polvo de cobre indica que la superficie de la pieza de trabajo es relativamente rugosa en esta zona. Este defecto es causado por un importante defecto en espiral de forjado en la superficie del tocho antes del pelado (ver Figura 10). La distancia entre áreas rugosas adyacentes en la superficie de la pieza mecanizada es igual al "paso" de la espiral.
Teóricamente, este defecto no debería aparecer en la superficie de la pieza de trabajo terminada cuando el ancho de las mordazas del dispositivo guía de entrada es mayor que el "paso" de la espiral. Sin embargo, cuando el dispositivo guía de entrada y el dispositivo de sujeción no son coaxiales, las mordazas del dispositivo guía de entrada están en un único punto-de contacto con el tocho. Dado que el tocho en realidad se alimenta en espiral, la espiral de forjado en la superficie del tocho se refleja en la superficie mecanizada.
Imagen Figura 9: Alternando áreas brillantes y rugosas
Imagen Figura 10: Espiral de forjado en la superficie del tocho antes del mecanizado
Imagen 4: Método de ajuste para coaxialidad de cinco-centros
La detección y el ajuste de la coaxialidad de cinco-centros debe basarse en el centro del cabezal de corte giratorio montado en el eje hueco como referencia teórica. Dado que el eje del husillo hueco no es una entidad sólida, se necesita una barra de referencia como referencia de ajuste. La dificultad radica en cómo seleccionar una posición de soporte y un método de soporte razonables para colocar con precisión la barra de referencia en el eje del equipo. Las máquinas peladoras sin centros-a gran escala requieren barras de prueba con un diámetro y masa significativos, lo que requiere alta precisión y rigidez en la selección de los componentes de soporte. Para las barras de prueba, es crucial reducir su masa manteniendo su rigidez.
Después de numerosas pruebas, nuestra empresa finalizó el siguiente plan de ajuste: Primero, ajuste el dispositivo de guía de entrada para que quede concéntrico con el cabezal cortador giratorio. Luego, apoye las barras de prueba con los orificios del cilindro de los dispositivos guía de entrada y salida, y ajuste el centro de los rodillos de sujeción de alimentación y el carro de descarga. En la Figura 11 se muestra un diagrama simplificado del método de soporte de la barra de prueba y el procedimiento de prueba para la máquina peladora sin centros BT16.
Figura 11. Método de soporte y diagrama de inspección de la máquina de inspección de barras
Inspección de 1 barra
Dispositivo de 2 abrazaderas
Manga de soporte de 3 frentes
Dispositivo guía de 4 entradas
Indicador de 5 esferas
Cabezal de 6 cortadores
Dispositivo guía de 7 salidas
8-Manguito de soporte trasero
Carro de 9 descargas
Se instalan manguitos de soporte delantero y trasero en los dispositivos guía de entrada y salida respectivamente. La inspección de la barra está respaldada por estos dos manguitos de soporte (ver Figuras 12 y 13) porque estos dos componentes tienen buena rigidez y soporte confiable. Los dos casquillos de soporte se utilizan como referencia de transición. Alinear los manguitos de soporte con el cabezal cortador giratorio es relativamente simple y puede lograr fácilmente una alta precisión. Otra función de los manguitos de soporte es equilibrar los requisitos de rigidez y calidad de la inspección de la barra, permitiendo que la inspección de la barra sea más pequeña y liviana, lo que es beneficioso para mejorar la precisión de la inspección y la eficiencia del trabajo.
Imagen 12 Barra de soporte de la funda de soporte frontal
Imagen 13 Barra de soporte de la funda de soporte trasera
Nuestra empresa utiliza una barra con una longitud de 3500 mm, un diámetro de 120 mm y una rectitud de 0,7 mm/longitud.
Los pasos específicos para ajustar la coaxialidad de cinco-centros son los siguientes:
1) Instale la funda de soporte frontal y alinee su centro. Como se muestra en la Figura 14, sujete el manguito de soporte frontal con el dispositivo de guía de entrada. Utilice un indicador de cuadrante para verificar la coaxialidad entre el centro del manguito de soporte frontal y el centro del cabezal de corte giratorio: la base del indicador de cuadrante magnético está unida al cabezal de corte giratorio y el cabezal del indicador de cuadrante mide el orificio interior del manguito de soporte frontal. El indicador de cuadrante gira 360 grados con el cabezal de corte giratorio. Con base en la lectura del indicador de carátula, determine el error de coaxialidad y su dirección. Ajuste el grosor de las cuñas debajo de las tres pinzas del dispositivo guía frontal en consecuencia para garantizar que el centro del manguito de soporte frontal sea coaxial con el cabezal de corte giratorio. Después del ajuste, el dispositivo de guía de entrada debe permanecer sujeto.
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Figura 14 Comprobación de la coaxialidad del manguito de soporte frontal y el cabezal de corte
2) Instale el manguito de soporte trasero en el orificio del cilindro del dispositivo de guía de salida. Dado que el dispositivo de guía de salida y el husillo del cabezal de corte giratorio están montados juntos en la caja del husillo (estructura que se muestra en la Figura 15), su extremo izquierdo está soportado por el cabezal de corte giratorio y su extremo derecho está soportado por la cubierta del extremo. Por lo tanto, la estructura de la caja del husillo determina que el orificio del cilindro del dispositivo de guía de salida sea coaxial con el cabezal cortador giratorio, permitiendo que el manguito de soporte trasero se instale directamente como un componente de soporte sin ajuste.
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Figura 15 Diagrama esquemático de la estructura de la caja del husillo.
1-Cabezal cortador 2-Dispositivo guía de salida 3-Cubierta final 4-Manguito de soporte trasero
3) Inserte la barra de prueba en los orificios de las mangas de soporte delanteras y traseras. Ambos extremos están dentro del rango de sujeción del dispositivo de alimentación y del carro de descarga, respectivamente. En este momento, la coaxialidad de la barra de prueba y el cabezal cortador depende de la precisión de fabricación del propio equipo y de la precisión de alineación del manguito de soporte frontal.
4) Verifique la coaxialidad entre el centro del dispositivo de alimentación y la barra de prueba. 5) Verifique las distancias G y H entre la barra de prueba y los rodillos de sujeción superior e inferior usando bloques patrón (ver Figura 11). Ajuste el grosor de las calzas debajo de la base del dispositivo de sujeción para que los valores G y H sean iguales. En este punto, los centros de los rodillos de sujeción superior e inferior son coaxiales con la barra de prueba.
6) Verifique la coaxialidad entre el centro del carro de descarga y la barra de prueba. El método de verificación y ajuste es similar al paso 4: ajuste el grosor de las calzas debajo de las almohadillas de agarre de acuerdo con los valores medidos E y F (ver Figura 11).
7) El dispositivo guía de salida tiene un dispositivo de ajuste mecánico que puede ajustar directamente la coaxialidad con la barra de prueba.
Nota: Durante el proceso de prueba y ajuste, el dispositivo guía de entrada debe permanecer sujeto, sujetando el manguito de soporte frontal hasta completar todo el trabajo; los rodillos de sujeción superior e inferior y el yunque en forma de V-del carro no deben hacer contacto con la barra de prueba, solo acercándose a ella para facilitar la medición de la distancia a la barra de prueba, a fin de mantener la precisión de la barra de prueba. Los requisitos de precisión para los manguitos de soporte delanteros y traseros son: un espacio libre de 0,10 mm entre el orificio interior del manguito de soporte frontal y la barra de prueba, y una coaxialidad de 0,05 mm entre el orificio interior y el círculo exterior. El espacio libre entre el orificio interior del manguito de soporte trasero y la barra de prueba es de 0,10 mm, la coaxialidad entre el orificio interior y el círculo exterior es de 0,05 mm y el espacio libre entre el círculo exterior y el orificio del cilindro del dispositivo guía de salida es de 0,15 mm.
Imagen 5 Conclusión
El principio de ajuste es utilizar el centro del cabezal de corte giratorio como referencia para ajustar la coaxialidad de los cinco-centros y utilizar la barra de prueba para realizar pruebas. La rigidez de la posición de soporte de la barra de prueba debe ser buena. La barra de prueba está sostenida por el manguito de soporte, que sirve como referencia de transición, y se ajusta para que sea coaxial con el cabezal de corte. Otra función del manguito de soporte es reducir el peso de la barra de prueba, mejorar la precisión de la prueba y aumentar la eficiencia del ajuste. Ajustar la coaxialidad de cinco-centros de la máquina peladora utilizando el método anterior logra resultados satisfactorios y la calidad del procesamiento del producto mejora significativamente.
