РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ТОЧНОСТИ БАЗИРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ БАНДАЖЕЙ И ОПОРНЫХ РОЛИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО МНОГОПРОХОДНОГО УТОЧНЕНИЯ

В результате проведенных исследований разработана общая медика восстановления формы крупногабаритных вращающихся деталей — бандажей, опорных роликов при базировании их по обрабатываемой поверхности в процессе эксплуатации.

Оборудование, режущий инструмент и обрабатываемые детали

Восстановление в условиях эксплуатации формы крупногабаритных вращающихся деталей — бандажей, при их базировании по обрабатываемой поверхности на двух опорных роликах производится посредством механической обработки их рабочих поверхностей. Обработка производится за несколько рабочих ходов (за несколько проходов), количество которых определяется исходной формой обрабатываемой детали и требуемой степенью приближения к правильному круговому цилиндру, точность которого определяется служебным назначением, т.е. эксплуатационными требованиями.

Обеспечение требуемой точности обработки деталей осуществляется за счет проточки сопрягаемых поверхностей согласно настоящей методике при помощи специальных приставных станков, разработанных и изготовленных согласно авторским свидетельствам [7, 8, 93]. В зависимости от вида обрабатываемых деталей станок размешается перед обрабатываемой деталью или под ней и с целью повышения жесткости системы крепится на раме роликоопоры с помощью болтов или посредством сварки. При обработке таких деталей, как бандажи вращающихся печей, для фиксации станка в требуемом положении рекомендуется использовать технологические «косынки».

В качестве режущего инструмента могут быть использованы прямые проходные резцы или чашечные резцы токарного типа. Обработке подлежат вращающиеся детали — бандажи, ролики, размеры которых находятся в следующих пределах: диаметр — от 800 до 8000 мм; длина — от 0 до 1250 мм.

При необходимости длина обработки может быть увеличена либо путем разворота на 180° поворотного куба с суппортом, либо путем увеличения длины ходового винта силового стола.

В результате проточки искаженных в процессе эксплуатации рабочих поверхностей бандажей и роликов достигается восстановление их геометрической точности до необходимого уровня, определяемого эксплуатационными требованиями. Восстановительной обработке могут также подвергаться детали для устранения монтажных дефектов. Обработке подлежат следующие рабочие поверхности бандажей и роликов: поверхности основных баз бандажей и исполнительные поверхности роликов; торцовые поверхности бандажей и роликов; конические поверхности бандажей и роликов.

Процессу восстановительной обработки предшествует измерение фактических отклонений параметров точности бандажа и роликов. Измеряется величина биения и отклонения геометрической формы в продольном Д_пр и поперечном Д_кр сечениях. С этой целью используют методики, изложенные в разделах 2.2, 5.1. По результатам измерений рассчитывают согласно (3.2), (5.1) требуемые уточнения по каждому из параметров геометрической точности восстанавливаемой базовой поверхности:

где Д_. А. Д„„_т„ — регламентируемые предельные отклонения

кр тр ц тр пр тр

от круглости, цилиндричности и профиля продольного сечения; Дкр и’ ^Аци’ ^Апри ^— фактические исходные отклонения геометрической формы изношенных базовых поверхностей для бандажей и роликов.

Значения регламентируемых Д_тр и допускаемых при эксплуатации геометрических отклонений Д_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_Q и вписанной R_B в искаженный профиль окружностей. При этом рассчитывают координаты их центров (X_Q, У₀), (Х_в, У_в), которые определяют смещение профиля описанной Д₀ и вписанной А_в окружностей относительно номинального положения (см.рис.5.6):

Приведенные результаты расчета показывают, что при отклонении профиля от круглости Д_кри = 11 мм координаты центра вписанной окружности составляют Х_в = 0,33, У_в = -2,33, а смещение центра вписанной окружности относительно номинального положения составляет Д_в = 2,35 мм.

Припуск, снимаемый с восстанавливаемой базовой поверхности, определяется как разность диаметров описанной D_Q и вписанной D_B окружностей: 2Z = D_Q — D_B или Z = R_Q — R_B.

Наибольшее колебание припуска, получаемое вследствие смещения центров Д₀, Д_в, может составить — Z_max = 2Z, Z_min = 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 Д_крМ, получаем наибольшее уточнение г. = ?_/тах = 2. Количество проходов, обеспечивающих получение необходимого суммарного &? ⁼ ?_т уточнения

определяется согласно (5.4) п = Inz_? / 1пе_г и при е_;. = 2 имеем:

В качестве измерительной базы при контроле отклонений геометрической формы в продольном сечении Д_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 Д_пр = F(z).

Периодичность замеров должна быть в пределах 1,5—2 месяцев для роликов и 8—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.

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 встро-

Рис. 6.5. Схема контроля отклонений геометрической формы ролика в продольном сечении

енный 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 /77.

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, так как возможно возникновение вибраций, для гашения которых необходимо дополнительное применение специального приспособления [23]. Чистовой рабочий ход рекомендуется производить при глубине резания не более 1 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. 6.6, а представлена исходная погрешность профиля Д_пр = F (z) двух роликов Д_при = 6,5 мм (корсетность) и Д_при = 9,8 мм (конусность), измеренная согласно изложенной выше методике в 12-ти поперечных сечениях. При этом отклонение диаметральных размеров составляет — для первого ролика AD = 13 мм, для второго AD = 19,6 мм. Обработка каждого из роликов была выполнена за

5 проходов. На рис. 6.6, б показано сокращение погрешности профиля от прохода к проходу до значения соответственно Д_{пр тр} = 0,6 мм и Д_пртр= 0,98 мм у первого и второго ролика. В результате достигнутое уточнение профиля е_т согласно (3.2) составило: у ролика 1 ^етп_Р ⁼ 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 виде графика на рис. 6.6, в.

При непрерывном контакте вращающегося бандажа с обрабатываемой поверхностью ролика происходит смятие образуемых микронеровностей, в результате шероховатость получаемой поверхности Ra 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 формы детали известны (например, определены при плановой остановке агрегата), то дальнейшее технологическое проектирование включает следующее.

Определяется длина обрабатываемой поверхности / (мм), и в соответствии с принимаемым значением минутной продольной подачи Д_мин рассчитывается время одного рабочего хода по формуле:

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.

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

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:

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

Рис. 6.6. Восстановление точности геометрической формы ролика путем многопроходного точения переносным станком: о — исходная погрешность профиля; 6 — точность геометрической формы после каждого прохода; в — уточнение геометрической формы после каждого прохода; 1 — ролик левый; 2 — ролик правый

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 . составляет половину отклонения от круглости Д_крМ, достигнутого на предшествующем проходе:

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

или в короткой, общей форме записи:

С учетом того, что отклонение от круглости на каждом проходе А . уменьшается на половину по сравнению с достигнутым А. =

кр/ кр/

= 0,5A_kd(. j выражение (5.39) можно записать:

Анализ полученного выражения показывает, что согласно принятой методике приращение размера статической настройки от прохода к проходу А_сп, определяющее глубину резания t_n на каждом проходе, составляет:

где п — порядковый номер выполняемого прохода.

Выражение (6.7) представляет собой алгебраическую прогрессию, первым членом которой является глубина резания на первом проходе t_{ = 0,5Д_кри, а знаменателем прогрессии является порядковый номер прохода я. В соответствии с этим суммарное приращение размера статической настройки на соответствующем проходе, т.е. приращение от момента касания резцом бандажа Д_с2я, определяется как сумма первых я членов алгебраической прогрессии (6.7):

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

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

На рис. 6.7 представлены результаты расчета повышения точности обработки бандажа 1 (см. рис. 2.5) на каждом из четырех 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 А определялось путем расчета уточнений согласно (5.2):

т.е.

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

Рис. 6.7. Повышение точности бандажа от прохода к проходу:

-?-— отклонение профиля; —Д— — смещения центра; — смещения

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 четырех проходов отклонение от круглости уменьшилось на большей части периметра более чем в 2,4 раза до значения Д_кр = 2,5 мм.

Рис. 6.8. Круглограмма обработанного контура бандажа (после четвертого прохода). Доминирующая огранка U_o6p = 8

В результате значительно уменьшается неопределенность базирования бандажа и достигается более высокая точность положения центра бандажа при его вращении (рис. 6.9). Сравнение приведенной траектории с траекторией перемещения центра исходного контура (см. рис. 3.9) показывает, что смещение центра практически уменьшилось с Ау = 7 мм до Ду = 2 мм по вертикали исДх = 8доДх = 4 мм по горизонтали. Таким образом, полуоси эллипса (2.36), ограничивающего поле перемещения центра бандажа уменьшились и составили 2а = 4 мм, 2Ь = 2 мм. При этом смещение центра эллипса в отрицательном направлении оси У, получаемое в результате умень-

шения 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 методике, изложенной в разделе 5.1, без остановки агрегата при вращении печи с использованием приспособления (см. рис. 6.5). По результатам измерения определяют величину наибольшего биения Д_{Б тах} и характер отклонения профиля бандажа в продольном сечении Д_пр =/(L).

Биение профиля бандажа в вертикальной плоскости по оси Y определяется совокупным влиянием отклонения от круглости Д_кр и смещением центра Д , которое также зависит от круглости Д_кр бандажа.

В соответствии с этим представляется возможным, зная величину биения Д_{Б тах}, определить с достаточной точностью отклонение от круглости. Для этого представим величину биения Д_Б как замыкающее звено размерной цепи, составляющими звеньями которой являются отклонение от круглости Д^ и смещение центра Д

кр у

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

где Х₍ — коэффициент, характеризующий закон рассеяния отклонений на составляющих звеньях; /_д — коэффициент риска на замыкающем звене, определяющий отношение предельного х и среднеквадратического а отклонений t_A = х/о рассматриваемого параметра.

Коэффициент риска t_A характеризует долю возможных отклонений, лежащих за пределами х = ± 0,5 Д_{Б тах}, которая определяется таблично или путем расчета интеграла функции Лапласа:

Подставив в (6.12) вместо Д ^ его значение, определяемое согласно (2.46) А_у тах = 2Ь, получим зависимость, устанавливающую связь между величиной биения бандажа в вертикальном направлении и отклонением его геометрической формы в поперечном сечении

v

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

При рассеянии отклонений на составляющих звеньях размерной цепи (6.11) по нормальному закону распределения X² = 1/9 и принимаемом коэффициенте риска t_A = 2,57, что соответствует (1—3) % возможных отклонений, лежащих за пределами х = ± 0,5 Д_{Б тах}, биение образующей бандажа в плоскости резания, рассчитанное согласно (6.12) составляет:

• • для бандажа 1 (см. рис. 2.5) Д_к = 7,87 мм при A_vn mov = 6 мм;
• • для бандажа 2 (см. рис. 5.1) Д_{к mov}= 14,39 мм при A _mQV = 11 мм.

d max кр max

Полученные результаты хорошо корреспондируются с данными расчета на ЭВМ текущего биения профиля бандажа Д_Б =/(ф) в пределах оборота, которые приведены в виде графиков на рис. 4.6 и рис. 5.3.

Таким образом, для рассматриваемых бандажей с углом расположения опорных роликов а = 60° и принятых выше значениях t_A = 2,57 и X² = 1/9 выражение (6.13) можно записать:

Преобразуем зависимость (6.13) относительно параметра А_кртах. В результате получим искомую формулу, устанавливающую прямую связь между величиной биения бандажа Д_{Б тах} и отклонением от круглости его профиля в поперечном сечении:

Использование полученной зависимости позволяет на основе результатов измерения биения профиля бандажа Д_{Б тах} рассчитать с требуемой точностью значение наибольшего отклонения от круглости и получить необходимые исходные данные Д = Д „ для

КрИ Кр ГПаХ

расчета по формулам (6.6), (6.9) размеров статической настройки A_cV Л_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 /_д = 2,57 и X² = 1/9 выражение (6.15) принимает вид: