Разработка и исследование технологии восстановления требуемой точности базирующих поверхностей бандажей и опорных роликов с использованием последовательного многопроходного уточнения

г де А_кртр, А_{ц тр}, А „_р тр - регламентируемые предельные отклонения от круглости, цилиндричносги и профиля продольного сечения;

А _кр и, А _ц „, А „_р „ - фактические исходные отклонения геометрической формы изношенных базовых поверхностей для бандажей и роликов.

Значения регламентируемых Л_тр и допускаемых при эксплуатации геометрических отклонений А_и изношенных базовых поверхностей для бандажей и роликов различных диаметров приведены в табл. 3.2, 3.3 ,3.4, где даны также рассчитанные требуемые уточнения е_т.

В соответствии с методикой, изложенной в разделе 5.2, определяется радиус описанной R_a и вписанной R_s в искаженный профиль окружностей. При этом рассчитывают координаты их центров (Х₀ ,Уо)-(Х_В„ Ув), которые определяют смещение профиля описанной do и вписанной А_в окружностей относительно номинального положения (см.рис.5.6):

4? = (Х„ ¹ + У₀ Т Л, = (Хц^! + Y, У¹.

Приведенные результаты расчета показывают, что при отклонении профиля от круглости Л_кри= 11мм координаты центра вписанной окружности составляют Х_в = 0.33. У_в = - 2.33 , а смещение центра вписанной окружности относительно номинального положения составляет Л_в = 2.35 мм.

Припуск, снимаемый с восстанавливаемой базовой поверхности, определяется как разность диаметров описанной D₀ и вписанной окружностей: 2Z = D₀ - D_B или Z = R₍₎~ R_B.

Наибольшее колебание припуска, получаемое вследствии смешения

центров Ло,Л_вш может составить Zmax 2 Z, У-пмп 0.

При обработке бандажей глубина резания на проход назначается в соответствии с методикой, изложенной в разделе 5.2, когда при глубине на проход Z, =0.5 Л_крполучаем наибольшее уточнение ?i &I max 2. Количество проходов, обеспечивающих получение необходимого

суммарного e_m уточнения

=А

Ez = Е! • ?2 ^Ek ~ [_?i

определяется согласно (5.4) п = InEzIlnE, и при ?, = 2 имеем:

п = 1.44 ? IriEi-.

В качестве измерительной базы при контроле отклонений геометрической формы в продольном сечении Л_пр и при выставке станка параллельно оси ролика можно использовать наружную цилиндрическую поверхность двух подшипниковых опор. С этой целью разработано специальное приспособление в виде мерной планки с ползуном для крепления индикатора (рис.6.5) . Планка устанавливается на два корпуса подшипниковых опор и выставляется параллельно оси ролика, на одинаковом расстоянии от образующих подшипников. При перемещении ползуна вдоль оси ролика индикатор фиксирует отклонения профиля как функцию продольной координаты Л„_р = F (z).

Периодичность замеров должна быть в пределах -1,5 ч- 2 месяцев дтя роликов и 8 ч- 10 месяцев для бандажей. Необходимость восстановительной обработки может возникнуть также в результате выявленных отклонений в режиме работы печного агрегата - колебание нагрузки в главном приводе печи выше допустимой, низкая стойкость

футеровки в зоне расположения опор, возникновение трещин в корпусе печи.

Восстановление геометрической точности опорного узла следует начинать с обработки опорных роликов, что означает подготовку технологических баз для последующей обработки бандажа. В начале обрабатывают один ролик, а затем после переустановки станка

обрабатывают второй.

• /

I

А

Рис. 6.15. Схема контроля отклонений геометрической формы ролика в

продольном сечении.

Восстановление опорных роликов без их демонтажа включает обработку исполнительной цилиндрической поверхности и двух фасок. В качестве главного движения резания используется рабочее вращение ролика. Движение продольной подачи осуществляет встроенный станок, что и определяет высокие требования к точности его установки.

В качестве технологической базы в данном случае используется основная конструкторская база ролика в виде точного отверстия IТ 7.

Поэтому обработку исполнительных поверхностей опорных роликов можно выполнять при глубине резания максимально допускаемой конструкцией станка. При этом желательно выбирать такую глубину резания, при которой обеспечивается период стойкости инструмента, кратный длительности рабочего хода. Глубину резания свыше 4 мм

назначать не рекомендуется, т.к. возможно возникновение вибраций, для гашения которых необходимо дополнительное применение специального приспособления [23]. Чистовой рабочий ход рекомендуется производить при глубине резания не более I мм. Для сокращения времени обработки следует использовать прямой и обратный рабочий ход.

Основным видом износа опорных роликов является корсетность или конусность, которая в отдельных случаях достигает 30 мм. На рис.б.ба представлена исходная погрешность профиля Л_пр — Р (г) двух роликов А_при ⁼ 6.5 мм (корсетность) и Апри = 9.8 мм (конусность), измеренная согласно изложенной выше методике в 12-и поперечных сечениях. При этом отклонение диаметральных размеров составляет - для первою ролика АО = 13 мм, для второго АО = 19,6 мм. Обработка каждого из роликов была выполнена за 5 проходов. На рис.6.66 показано сокращение погрешности профиля от прохода к проходу до значения соответственно А _{пр п},р ⁼ 0.6 мм и А „_{р тр} = 0.98 мм у первого и второго ролика. В результате, достигнутое уточнение профиля е_{т пр} согласно (3.2) составило: у ролика 1 е_тпр = 6.5 / 0.6 = 10.8, у ролика 2 е_тпр =9.8/ 0.98 = 10. Процесс поэтапного уточнения геометрической формы

роликов после каждого прохода показан в в виде графика на рис. б.бв.

При непрерывном контакте вращающегося бандажа с обрабатываемой поверхностью ролика происходит смятие образуемых микронеровностей, в результате шероховатость получаемой поверхности Яа уменьшается и формируется гладкая зеркальная поверхность.

Технология обработки крупногабаритных, вращающихся деталей осуществляется в соответствии с полученной информацией о величине и характере фактического отклонения геометрической точности восстанавливаемой поверхности. Если отклонения геометрической форма детали известны (например, определены при плановой остановке агрегата), то дальнейшее технологическое проектирование включает.

Определяется длина обрабатываемой поверхности 1_д (мм) и в соответствии с принимаемым значением минутной продольной подачи 8_Л1и„, рассчитывается время одного рабочего хода по формуле:

Т ^ ^{+ 1}°

¹ рх о

^ мин

Минутная подача инструмента выбирается таким образом, чтобы величина оборотной подачи находилась в пределах 2 мм/об. При большем значении оборотной подачи возможно появление вибраций, при меньшем значении - необоснованно увеличивается время обработки.

№. п*

60р. *п

л /рог

рис. 6 6. Восстановление точности геометрической формы ролика путем многопроходного точения переносным станком: а) исходная погрешность профиля; б) точность геометрической формы после каждого прохода; в) уточнение геометрической формы

после каждого прохода;

1 - ролик левый; 2 - ролик правый

Период стойкости для проходного резца устанавливают выше продолжительности одного рабочего хода:

Т=1.1Т_рх (6.4)

А затем, зная частоту вращения детали, а, соответственно, и скорость резания, определяют значения геометрических параметров режущей части инструмента, которые обеспечивают необходимое значение периода стойкости при точении бандажа или ролика Для этого используют полученную в разделе прил. 3.4 зависимость:

7=5.70125 10Г^{2 71}'^251е* (^оык_у к_а к_х к,,к_ре1 к_ох

Согласно исследований, максимальный период стойкости инструмента обеспечивается при следующих углах заточки проходных резцов:

/= -1°; а = 12°; Я =-1.5°; <р = 69°

Методика назначения размеров статической настройки при многопроходной обработке бандажей, обеспечивающая наиболее точное и быстрое приближение исходного контура обрабатываемого бандажа к требуемой круговой поверхности вписанного цилиндра, изложена в разделе 5.3. Эффективная многопроходная обработка обеспечивается в том случае, когда задаваемое приращение размера статической настройки на каждом последующем проходе А_а составляет половину отклонения от круглости Др,./, достигнутого на предшествующем проходе.

ДI ^ 5/1 _Кр 1.1

В результате согласно (5.39) размер статической настройки на определенном п-ом проходе соответственно составит:

А_Сп ~~ А_сп.]- 0.5 А_Кр_П.] ~ А_си- 0.5 (А_кри+ А_кр1+ •

или в короткой, общей форме записи:

А сп А си 0.5 ? А_кр, (6.5)

С учетом того, что отклонение от круглости на каждом проходе А_кр,

уменьшается на половину по сравнению с достигнутым А_кр, = 0.5/1^,.; выражение (5.39) можно записать:

• 1- ый проход: А_с! = А_си- 0.5 А_кри (6.6)
• 2- ой проход: А_с2 =А_си- 0.5 А^у- 0.5² А_кри
• 3- ий проход: А_сз = А_си - 0.5 А_кри - 0.5* А_кри

п-ый последний: А_сп - А_си - 0.5 А_кри - 0.5^пА_кри

Анализ полученного выражения показывает, что согласно принятой методике приращейие размера статической настройки от прохода к проходу А_с„, определяющее глубину резания 1„ на каждом проходе, составляет:

Ас„ = =0.5” А

(6.7)

кр и

где п - порядковый номер выполняемого прохода.

Выражение (6.7) представляет собой алгебраическую прогрессию, первым членом которой является глубина резания на первом проходе =0.5А_кри, а знаменателем профессии является порядковый номер прохода п. В соответствии с этим суммарное приращение размера статической настройки на соответствующем проходе, т.е. приращение от момента касания резцом бандажа А_су_п определяется как сумма первых п членов алгебраической прогрессии (6.7):

4 х* =Л_крш(1-0.5^п) (6.8)

В результате задаваемый размер статической настройки А_сп на определенном п-ом проходе составит:

Л<„ =А_си - А_кри,(1-0.5^п) (6.9)

В выражении (6.9) размер А_си является исходным размером статической настройки, который получается при касании резцом поверхности вращающегося бандажа в точке наибольшего смещения его образующей.

При выполнении восстановительной обработки согласно разработанной методики происходит систематическое повышение геометрической точности обрабатываемого бандажа от прохода к проходу. Это можно наглядно показать путем моделирования на ЭВМ изложенной методики построения многопроходной обработки.

Па рис.6.7 представлены результаты расчета повышения точности обработки бандажа 1 (см. рис.2.5) на каждом из 4-х последовательно выполняемых проходах.. Размеры статической настройки на каждом проходе А_с задавались согласно (6.9) при исходном размере А_си, соответсвующем точке наибольшего смещения образующей бандажа. Значения получаемой на каждом проходе точности геометрической формы Ау_Р определялось путем расчета уточнений согласно (5.2):

^?1 — ?/ ? ? 2...... ?к ^{= ?}? ~ 2 ”,

т.е. Ау_Р„ =Ау_Р„ I е” = А_кри /2". (6.10)

Расчеты смещения центра Ау и образующей бандажа в плоскости резания (по вертикали) выполнялись согласно алгоритму, приведенному на рис.4.5, что позволяет учитывать также влияние неопределенности базирования бандажа на достигаемые параметры точности, исходный профиль

1 -ый проход

2-ой проход

• -л
• - У
• 3-ий проход

4ый проход

У

I

А |

Рис. 6.7. Повышение точности бандажа от прохода к проходу

¹ отклонения профиля; - смещения центра;

^ ~ - смещение образующей

На рис.6.8 представлена круглограмма обработанной поверхности бандажа 1, сравнение которой с исходным профилем (см. рис.2.4) показывает, что в результате выполнения 4-х проходов отклонение от круглости уменьшилось на большей части периметра более чем в 2.4 раза до значения А_кр =2.5 мм

350' О

190' 180’ ПО

Рис. 6.8. Круглограмма обработанного контура бандажа (после четвертого прохода). Доминирующая огранка и_об_р=8.

• 320’ ,Л
• 310' / Л

/ / 120

У

.д-Л V ва

-г

V т

160'

В результате значительно уменьшается неопределенность базирования бандажа и достигается более высокая точность положения центра бандажа при его вращении (см. рис.6.9). Сравнение приведенной траектории с траекторией перемещения центра исходного контура (см. рис 3.10) показывает, что смещение центра практически уменьшилось с 4у = 7 мм до Ау = 2 мм по вертикали, и с Ах = 8 до Ах =4 мм по горизонтали. Т.о. полуоси эллипса (2.36), ограничивающего поле

перемещения центра бандажа уменьшились и составили 2 а - 4 мм, 2 Ь = 2 мм , При этом смещение центра эллипса в отрицательном направлении оси У , получаемое в результате уменьшения диаметра бандажа после многопроходного точения, составило 4 мм.

Рис. 6.9. Траектория перемещения центра обработанного бандажа

В случае отсутствия должной информации, т.е. отсутствия результатов измерения геометрических отклонении формы бандажа, необходимо измерить биения Д_Б профиля бандажа по его длине. Эта операция выполняется согласно методики, изложенной в разделе 5.1, без остановки агрегата при вращении печи с использованием приспособления (см. рис.6.15). По результатам измерения определяют величину наибольшего биения А_{Б тпх} и характер отклонения профиля бандажа в продольном сечении А„_р= /(Ц.

Биение профиля бандажа в вертикатьной плоскости по оси У определяется совокупным влиянием отклонения от круглости А_кр и смещением центра А_у, которое также зависит от круглости А_кр бандажа.

В соответствии с этим представляется возможным, зная величину биения А_{в тах} , определить с достаточной точностью отклонение от круглости. Для этого представим величину биения А_в как замыкающее звено размерной цепи, составляющими звеньями которой являются отклонение от круглости А_кр и смещение центра А_у.

А_в ⁼ А_кр + А_у (6.11)

При вероятностном методе суммирования отклонений наибольшая погрешность на замыкающем звене составит [11]:

А_Втах = (_А [Л² (А²кртах + А²утах)]^,/2 (6.12)

где Л, - коэффициент, характеризующий закон рассеяния отклонений на составляющих звеньях;

1_й - коэффициент риска на замыкающем звене, определяющий отношение предельного х и среднеквадратического о отклонений 1_д = х/о рассматриваемого параметра.

Коэффициент риска Ид характеризуюет долю возможных отклонений, лежащих за пределами х - ± 0.5 А_Втах, которая определяется таблично или путем расчета интеграла функции Лапласа:

Подставив в (6.12) вместо А_утах его значение, определяемое согласно (2.46) А_утах =2 Ь, получим зависимость, устанавливающую связь между величиной биения бандажа в вертикальном направлении и отклонением

его геометрической формы в поперечном сечении А_кр

А_Бтах = и А, 4**«* / /+ //• cos² (а/2 )]'^/2 (6.13)

Полученное выражение позволяет рассчитать величину возможного биения профиля бандажа в плоскости резания, в направлении оси Y при известном значении его отклонений от круглости.

При рассеянии отклонений на составляющих звеньях размерной цепи (6.11) по нормальному закону распределения Л² = 1/9 и принимаемом коэффициенте риска t_A = 2.57, что соответствует (1 + 3) % возможных отклонений, лежащих за пределами х= ± 0.5 А_В max, биение

образующей бандажа в плоскости резания, рассчитанное согласно (6.12) составляет:

для бандажа 1 (см.рис.2.5 ) А_Втах = 7.87мм при А_кртах =6мм ; для бандажа 2 (см.рис.5./ ) А_Втах = 14.39мм при А_кртах = 11 мм. Полученные результаты хорошо корреспондируются с данными расчета на ЭВМ текущего биения профиля бандажа A_B=f((p) в пределах оборота, которые приведены в виде графиков на рис.^.6 и рис.5.3.

Т.о. для рассматриваемых бандажей с углом расположения опорных роликов а = 60° и принятых выше значениях t_A = 2.57 и Я² = 7/Р выражение (6.13) можно записать:

A/; max ~ 1-3 Л_кр щах (6.14)

Преобразуем зависимость (6.13) относительно параметра А_{кр тах} ..В результате получим искомую формулу, устанавливающую прямую связь между величиной биения бандажа А/_>тах и отклонением от круглости его профиля в поперечном сечении:

Дер max =А_Бтах / t_A Я,[ 1 + //• cos² (а/2 )]^,/2 (6.15)

Использование полученной зависимости позволяет на основе результатов измерения биения профиля бандажа А_{Б тах} рассчитать с требуемой точностью значение наибольшего отклонения от круглости и получить необходимые исходные данные А_кри - А_кртах для расчета по формулам (6.6), (6.9) размеров статической настройки Л_с/ А_с2. . . . А_сп при выполнении многопроходной обработки бандажа. В результате отпадает необходимость остановки печного агрегата и проведения трудоемких измерений точности геометрической формы крупногабаритных деталей.

Для опорных узлов рассматриваемой конструкции при а = 60° и принятых коэффициентах t_A ~ 2.57 и Я² - 1/9 выражение (6 15) принимает вид:

А_Кр щах — 0- 7/ А/; _т1Х