대규모 센터리스 필링 기계의 작동 원리와 각 구성요소의 동축성이 가공 품질에 미치는 영향을 설명합니다. 장비의 구조와 생산 관행을 바탕으로 대규모 센터리스 필링 기계의 동축성 감지 및 조정 방법과 해당 도구 및 고정 장치가 제공됩니다.-
센터리스 선반이라고도 알려진 센터리스 필링 기계는 길고 둥근 광택 강철을 정밀하게 생산하기 위한 핵심 장비입니다[1]. 고속-회전공구를 사용하여 초장강봉의 표면재를 절단 및 박리하는 공정으로, 강철 표면의 산화물 스케일 및 녹층을 제거하는 데 일반 선반보다 효율적이며, 완성된 강철의 외관 및 표면 품질을 향상시킵니다. 현재 대형 -센터리스 선반의 가공 직경은 500mm에 도달할 수 있고 직경 공차 등급은 IT9에 도달할 수 있으며 표면 거칠기 값 Ra는 1.6-3.2μm, 연마 후 표면 거칠기 값 Ra는 0.8μm에 도달할 수 있습니다.
센터리스 필링 기계의 주요 구성 요소에는 클램핑 장치, 입구 가이드 장치, 회전 커터 헤드, 출구 가이드 장치 및 배출 트롤리가 포함됩니다. 위 5개 구성 요소의 동축성(이하 "5-중심 동축성"이라고 함)은 센터리스 박리 장치의 가장 중요한 정밀 지표입니다. 5개 센터의 동축성은 제품의 표면 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 공차를 초과하면 공작물 표면에 다양한 결함이 발생할 수 있습니다.
5개 중심의 동축성을 감지하고 조정하는 것은 매우 어렵습니다. Tian Xiaohui[2], Chao Honggang[3] 등은 장비 자체 구조를 벤치마크로 사용하여 각 구성 요소의 정확도를 개별적으로 조정하는 방법을 연구했지만 5개 센터의 동축성을 통일적으로 조정하는 것에 대해서는 논의가 거의 없습니다. Dou Weitao 등이 제시한 동축도 조정 방법[4] 소형-코어리스 박리 기계에는 적용 가능하지만, 대형-코어리스 박리 기계의 경우 부품의 크기와 무게가 더 크기 때문에 정확도 감지 및 조정이 더 어렵습니다. 따라서 더 작동 가능한 감지 및 조정 방식을 연구하고 해당 도구와 고정 장치를 만드는 것이 여전히 필요합니다.
우리 회사는 American HETRAN BT16과 Yantai Kejie WCS300S 코어리스 필링 기계라는 두 대의 코어리스 필링 기계를 보유하고 있습니다. 완제품의 최대 크기는 각각 Φ400mm와 Φ305mm입니다. 당사는 실제로 대형 박리 기계에서 5-중심 동축 오차가 제품 품질에 미치는 영향과 5{7}}중심 동축 조정 방법을 탐구하고 해결하려고 노력해 왔습니다. 다음은 BT16 센터리스 필링기를 예로 들어 소개합니다.
그림 2 장비의 작동 원리 및 구조
기존 선반에서 둥근 철근을 가공할 때 공작물 회전 및 공구 축 이송의 작동 원리와 달리 센터리스 박리 기계가 작동할 때 공구가 회전하고 공작물이 축 방향으로 이송됩니다. 간단한 작업 과정은 클램핑 장치가 바를 고정하고 공급하고, 주 기계가 박리 처리를 수행하고, 입구 가이드 및 출구 가이드 장치가 진동을 완충한 다음, 배출 트롤리가 바를 잡아당기는 것입니다[5].
BT16 주 기계의 절단 부분은 내부 직경이 600mm인 중공 스핀들에 장착된 회전 절단기 헤드입니다(그림 1 참조). 중공 스핀들은 스핀들 박스에 설치되어 메인 모터에 의해 구동되어 고속으로 회전합니다.{4}} 8개의 공구가 커터 헤드에 대칭으로 설치되어 절단 효율이 높습니다.
이미지 그림 1 회전하는 커터 헤드
공작물의 축방향 이송은 클램핑 장치에 의해 완료됩니다(그림 2 참조). 클램핑 장치에는 두 쌍의 피드 롤러가 설치되어 있습니다. 롤러의 클램핑 동작은 유압 실린더와 기어 메커니즘에 의해 구동됩니다. 롤러의 회전은 서보 모터에 의해 구동되며 이송 속도는 안정적이고 조정 가능합니다.
이미지 그림 2: 클램핑 장치 및 스핀들 박스
입구 가이드 장치(그림 3 참조)는 레버 메커니즘으로 연결된 3개의 자동 중심 조정 조로 구성됩니다.
이미지 그림 3: 입구 가이드 장치
출구 가이드 장치(그림 4 참조)는 스핀들 상자의 중공 스핀들 내부에 설치됩니다. 4개의 조가 연결된 셀프 센터링 클램핑 장치로, 조에 동판이 내장되어 완성된 공작물의 표면을 보호합니다. 회전하는 커터 헤드와 축의 동축성을 조정하기 위한 기계적 조정 장치가 추가되어 구조가 더 복잡해졌지만 연결 구조와 이것이 달성하는 기능은 입구 가이드와 유사합니다. 일부 장비에는 회전하는 커터 헤드로부터의 거리에 따라 각각 중간 가이드와 후면 가이드라고 부르거나 집합적으로 중간 및 후면 가이드라고 하는 두 세트의 출구 가이드 장치가 있습니다.
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그림 4. 퇴실 안내 장치
입구 및 출구 가이드 장치의 기능은 공작물을 고정하고 지지하여 안정적인 가이드를 제공하고 부드러운 축 이동을 유지하며 진동과 회전을 방지하는 것입니다.
배출 트롤리의 주요 구성 요소는 한 쌍의 V- 모양 모루입니다. 상부 앤빌과 하부 앤빌의 클램핑 동작은 자체 센터링 기어와 랙 메커니즘으로 연결됩니다. 공작물은 피드 롤러를 떠나기 직전에 클램핑되어 클램핑력과 축방향 이송력을 제공합니다.
요약하자면, 클램핑 장치, 회전 커터 헤드, 입구 가이드 장치, 출구 가이드 장치 및 배출 트롤리-의 5개 구성 요소 중심의 동축성을 테스트하고 특정 정확도로 조정해야 합니다. 그렇지 않으면 클램핑 및 가이드 장치에 들어가고 나갈 때 스톡 바에 일시적인 오프셋이 발생합니다. 작은 오프셋이라도 공작물의 표면 품질에 부정적인 영향을 미칩니다.
이미지 3. 5개{1}}공차를 초과하는 중심 동축이 가공 정확도에 미치는 영향
5-중심 동축 공차를 초과하면 진동 흔적, 단차, 회전 편심, 공작물 테일 수축 및 오류 복제와 같은 공작물 표면에 결함이 발생합니다.
3.1 진동 흔적
진동 흔적은 일반적으로 그림 5와 같이 공작물의 앞쪽 끝 부분에 나타납니다. 장비의 작동 원리에 따르면 공작물이 처음 처리를 시작하고 아직 출구 가이드 장치의 클램핑 범위에 들어가지 않은 경우 공작물은 두 쌍의 피드 롤러와 클램핑 장치의 입구 가이드 장치에 의해 고정되고 커터 헤드는 필링 처리를 수행합니다. 두 쌍의 피드 롤러와 입구 가이드 장치의 동축 편차가 크면 공작물이 오버- 위치된 상태가 되어 강성이 감소하고 구부러지고 변형되는 경향이 있습니다. 절삭력이 작용하면 공작물이 진동하여 진동 표시가 형성됩니다. 반면, 오버-포지셔닝 중에는 클램핑 장치의 상부 롤러와 하부 롤러의 클램핑력이 다르므로 이송 속도의 안정성에 영향을 미치고 진동 흔적이 악화됩니다.
이미지: 그림 5 작업물 표면에 나타나는 진동 표시
3.2 단계
단차(그림 6 참조)는 일반적으로 공작물의 양쪽 끝에 나타납니다. 공작물이 축 방향으로 이송될 때 공작물의 앞쪽 끝이 출구 가이드 장치의 위치 또는 배출 트롤리의 클램핑 위치에 도달하면 출구 가이드 장치와 배출 트롤리가 공작물을 클램핑하기 때문에 공작물의 앞쪽 끝에 단차가 나타납니다. 출구 가이드 장치와 배출 트롤리가 회전식 커터 헤드와 동축이 아닌 경우 공작물은 커터에 대해 반경 방향 상대 변위를 경험하여 공작물의 해당 위치에 계단이 발생합니다. 스텝 위치에서 공작물의 앞쪽 끝까지의 거리는 출구 가이드 장치 또는 배출 트롤리에서 커터까지의 거리와 같습니다.
이 단계는 공작물이 피드 롤러 및 입구 가이드 장치에서 분리될 때 발생하는 공작물의 뒤쪽 끝에 나타납니다. 이는 피드 롤러와 입구 가이드 장치가 회전식 커터 헤드와 동축이기 때문입니다. 메커니즘은 공작물 앞단에 단이 나타날 때와 동일합니다. 스텝 위치에서 공작물의 뒤쪽 끝까지의 거리는 피드 롤러 또는 입구 가이드 장치에서 커터까지의 거리와 같습니다.
이미지 그림 6: 공작물 표면에 계단이 나타납니다.
3.3 회전 이심률
회전 편심(그림 7 참조)의 주요 원인은 입구 가이드 장치와 회전 커터 헤드의 회전 중심 사이의 큰 편차입니다. 이로 인해 공작물 중심이 로터리 커터 헤드 중심과 동축이 되어 편심이 발생하고 공작물 원주의 한쪽이 가공되지 않습니다. 클램핑 장치와 입구 가이드 장치도 동축이면 편심률이 더욱 증폭됩니다. 따라서 공작물 자체의 직진도 오차를 고려하지 않고 클램핑 장치, 입구 가이드 장치 및 회전 커터 헤드의 정렬 불량이 회전 편심의 주요 원인이 됩니다.
이미지 그림 7 회전 편심
3.4 공작물 테일 수축
테일 수축(그림 8 참조)은 배출 가이드 장치, 배출 트롤리 및 회전 커터 헤드의 회전 중심 사이의 큰 동축 편차로 인해 발생합니다. 박리하는 동안 공작물은 직경 방향의 방사형 절삭력과 배출 가이드 장치 및 배출 트롤리의 클램핑력이 결합된 작용을 받습니다. 공작물이 테일까지 공급되어 공구에서 떨어지려고 하면 이 세 가지 힘의 균형이 깨집니다. 배출구 가이드 장치와 배출 트롤리만이 작업물에 조임력을 가해 반경 방향 변위를 일으키고 테일 수축을 초래합니다.
이미지 그림 8 꼬리 수축
3.5 오류 복제
공작물 표면은 밝은 부분과 거친 부분이 번갈아 나타납니다(그림 9 참조). 그림 9의 빨간색 원은 배출구 가이드의 구리판이 작업물에 대해 미끄러질 때 떨어지는 구리 먼지를 표시합니다. 구리 먼지가 나타나는 것은 이 부분의 가공물 표면이 상대적으로 거칠다는 것을 나타냅니다. 이 결함은 박리 전 빌렛 표면에 발생한 심각한 단조 나선형 결함으로 인해 발생합니다(그림 10 참조). 가공된 공작물 표면의 인접한 거친 영역 사이의 거리는 나선형의 "피치"와 같습니다.
이론적으로 이 결함은 입구 가이드 장치의 조 폭이 나선형의 "피치"보다 클 때 완성된 공작물의 표면에 나타나지 않아야 합니다. 그러나 입구 가이드 장치와 클램핑 장치가 동축이 아닌 경우 입구 가이드 장치의 조는 빌렛과 단일{1}} 접촉합니다. 실제로 빌렛이 나선형으로 이송되기 때문에 빌렛 표면의 단조 나선형이 가공면에 반영됩니다.
이미지 그림 9: 밝은 영역과 거친 영역이 교대로 나타남
이미지 그림 10: 가공 전 빌렛 표면의 나선형 단조
이미지 4: 5-중심 동축 조정 방법
5{0}}중심 동축의 감지 및 조정은 이론적 기준으로 중공 스핀들에 장착된 회전 커터 헤드의 중심을 기준으로 해야 합니다. 중공 스핀들의 축은 솔리드 엔터티가 아니기 때문에 조정 기준으로 기준 바가 필요합니다. 어려움은 레퍼런스 바를 장비 축에 정확하게 배치하기 위해 합리적인 지지 위치와 지지 방법을 선택하는 방법에 있습니다. 대규모-센터리스 필링 기계에는 상당한 직경과 질량을 가진 테스트 바가 필요하므로 지지 부품 선택 시 높은 정밀도와 견고성이 필요합니다. 테스트 바의 경우 강성을 유지하면서 질량을 줄이는 것이 중요합니다.
수많은 시도 끝에 당사는 다음과 같은 조정 계획을 확정했습니다. 먼저 입구 가이드 장치를 회전하는 커터 헤드와 동심원이 되도록 조정합니다. 그런 다음 입구 및 출구 가이드 장치의 실린더 구멍으로 테스트 바를 지지하고 공급 클램핑 롤러와 배출 트롤리의 중심을 조정합니다. BT16 센터리스 필링 기계의 테스트 바 지지 방법 및 테스트 절차에 대한 단순화된 다이어그램이 그림 11에 나와 있습니다.
그림 11. 바 검사기의 지원 방법 및 검사 다이어그램
1-바 검사
2-클램핑 장치
3-전면 지지 슬리브
4-입구 가이드 장치
5-다이얼 표시기
6-커터 헤드
7-콘센트 가이드 장치
8-후면 지지 슬리브
9-배출 트롤리
입구 및 출구 가이드 장치에는 전면 및 후면 지지 슬리브가 각각 설치됩니다. 바 검사는 이 두 지지 슬리브(그림 12 및 13 참조)에 의해 지원됩니다. 왜냐하면 이 두 구성 요소는 우수한 견고성과 안정적인 지지력을 갖기 때문입니다. 두 개의 지지 슬리브는 전환 기준으로 사용됩니다. 지지 슬리브를 회전하는 커터 헤드와 정렬하는 것은 상대적으로 간단하며 쉽게 높은 정확도를 달성할 수 있습니다. 지지 슬리브의 또 다른 기능은 바 검사의 강성과 품질 요구 사항의 균형을 유지하여 바 검사를 더 작고 가볍게 만들어 검사 정확도와 작업 효율성을 향상시키는 데 도움이 되는 것입니다.
그림 12 전면 지지 슬리브 지지대
그림 13 후면 지지 슬리브 지지대
당사에서는 길이 3500mm, 직경 120mm, 직진도 0.7mm/길이의 바를 사용합니다.
5개-중심 동축성을 조정하는 구체적인 단계는 다음과 같습니다.
1) 전면 지지 슬리브를 설치하고 중심을 맞춥니다. 그림 14와 같이 입구 가이드 장치로 전면 지지 슬리브를 고정합니다. 다이얼 표시기를 사용하여 전면 지지 슬리브 중심과 회전 커터 헤드 중심 사이의 동축성을 확인하십시오. 회전 커터 헤드에는 자기 다이얼 표시기 베이스가 부착되어 있으며 다이얼 표시기 헤드는 전면 지지 슬리브의 내부 구멍을 측정합니다. 다이얼 표시기는 회전하는 커터 헤드로 360도 회전합니다. 다이얼 표시기 판독값을 기반으로 동축 오류와 그 방향을 결정합니다. 전면 가이드 장치의 3개 그리퍼 아래에 있는 심의 두께를 적절하게 조정하여 전면 지지 슬리브의 중심이 회전 커터 헤드와 동축이 되도록 합니다. 조정 후에 흡입 가이드 장치는 고정된 상태로 유지되어야 합니다.
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그림 14 전면 지지 슬리브와 커터 헤드의 동축성 확인
2) 배출구 가이드 장치의 실린더 구멍에 후면 지지 슬리브를 설치합니다. 출구 안내 장치와 회전하는 커터 헤드 스핀들은 스핀들 박스(그림 15의 구조)에 함께 장착되므로 왼쪽 끝은 회전하는 커터 헤드에 의해 지지되고 오른쪽 끝은 엔드 커버에 의해 지지됩니다. 따라서 스핀들 박스 구조는 출구 가이드 장치의 실린더 구멍이 회전하는 커터 헤드와 동축이라고 판단하여 후면 지지 슬리브를 조정 없이 지지 구성 요소로 직접 설치할 수 있습니다.
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그림 15 스핀들 박스 구조의 개략도
1-커터 헤드 2-출구 가이드 장치 3-엔드 커버 4-후면 지지 슬리브
3) 테스트 바를 전면 및 후면 서포트 슬리브의 구멍에 삽입합니다. 양쪽 끝은 각각 공급 장치와 배출 트롤리의 클램핑 범위 내에 있습니다. 이때, 테스트 바와 커터 헤드의 동축성은 장비 자체의 제작 정밀도와 전면 지지 슬리브 정렬의 정밀도에 따라 달라집니다.
4) 피딩 장치 중심과 테스트 바 사이의 동축성을 확인합니다.. 5) 게이지 블록을 사용하여 테스트 바와 상하 클램핑 롤러 사이의 거리 G 및 H를 확인합니다(그림 11 참조). 클램핑 장치 베이스 아래 심의 두께를 조정하여 G 값과 H 값을 동일하게 만듭니다. 이 시점에서 상부 및 하부 클램핑 롤러의 중심은 테스트 바와 동축을 이룹니다.
6) 배출 트롤리 중심과 테스트 바 사이의 동축성을 확인하십시오. 점검 및 조정 방법은 4단계와 유사합니다. 측정된 값 E 및 F에 따라 그리퍼 패드 아래 심의 두께를 조정합니다(그림 11 참조).
7) 출구안내장치에는 테스트 바와 동축성을 직접 조절할 수 있는 기계적 조절장치가 있다.
참고: 테스트 및 조정 과정 중에 입구 가이드 장치는 모든 작업이 완료될 때까지 전면 지지 슬리브를 고정하면서 고정된 상태를 유지해야 합니다. 테스트 바의 정확성을 유지하기 위해 상단 및 하단 클램핑 롤러와 트롤리의 V{0}} 모양 모루가 테스트 바에 닿지 않아야 하며, 테스트 바까지의 거리 측정을 용이하게 하기 위해 테스트 바에 접근해야 합니다. 전면 및 후면 지지 슬리브의 정확도 요구 사항은 전면 지지 슬리브의 내부 구멍과 테스트 바 사이의 간격 0.10mm, 내부 구멍과 외부 원 사이의 동축도 0.05mm입니다. 후면 지지 슬리브의 내부 구멍과 테스트 바 사이의 간격은 0.10mm, 내부 구멍과 외부 원 사이의 동축도는 0.05mm, 외부 원과 출구 안내 장치 실린더 구멍 사이의 간격은 0.15mm입니다.
이미지 5 결론
조정 원리는 회전하는 커터 헤드의 중심을 5{0}}중심 동축 조정을 위한 기준으로 사용하고 테스트 바를 사용하여 테스트하는 것입니다. 테스트 바 지지 위치의 강성이 좋아야 합니다. 테스트 바는 전환 기준 역할을 하는 지지 슬리브에 의해 지지되며 커터 헤드와 동축이 되도록 조정됩니다. 지지 슬리브의 또 다른 기능은 테스트 바의 무게를 줄이고 테스트 정확도를 높이며 조정 효율성을 높이는 것입니다. 상기 방법을 이용하여 필링기의 5{5}}중심 동축성을 조정하면 만족스러운 결과를 얻을 수 있으며, 제품 가공 품질도 크게 향상됩니다.
