薄壁圓筒初圓整工藝及專用技術(shù)裝備設(shè)計

梁 睦 李 鉻 李 坤

(中原工學(xué)院機電學(xué)院，河南 鄭州450007)

在我國現(xiàn)有紡織機械如印染、漿紗機械產(chǎn)品中，有許多烘筒類零件［1］，采用3 mm 厚的0Cr19Ni9 不銹鋼薄板制作，其規(guī)格有:Ф570 mm、φ800 mm、φ1200 mm 等直徑系列;1600 mm、1800 mm、2000 mm、2200 mm、2400 mm等長度系列。它屬于壓力容器，有嚴(yán)格的密封性要求，又因轉(zhuǎn)速高，有動平衡要求［2］。為節(jié)省材料，降低造價，減輕重量，降低能耗，需采用無切削成形加工工藝，是紡織機械產(chǎn)品加工中的一項難題。

1 不銹鋼薄壁圓筒初步圓整傳統(tǒng)制作工藝中的問題

我們以Ф800 mm、長2000 mm 的不銹鋼烘筒為例，圖1 為其零件圖。

其傳統(tǒng)工藝流程:3 mm 厚不銹鋼板按圓筒周長切割下料→卷圓機卷圓→縫隙焊接→焊道磨削、修整→焊道酸洗鈍化→圓筒初圓整→圓筒精圓整→兩端面切割修整→安裝中間輻撐，焊接兩端軸頭結(jié)合件→以薄壁圓筒外圓為基準(zhǔn)加工兩端軸頭，以滿足烘筒的同軸度、徑向跳動、直線度以及整體的動平衡要求。

在此工藝流程中，初圓整的允許圓柱度誤差是±1.5 mm;在沒有初圓整專用設(shè)備之前，工人憑經(jīng)驗，用木榔頭敲敲打打，工作效率低，占地面積大，工作枯燥，重復(fù)勞動強度很大;一些年輕工人辛苦一天，因為通過驗收的合格率太低，嚴(yán)重挫傷了工人的勞動積極性。因此設(shè)計制作初圓整專用設(shè)備，刻不容緩。

2 薄壁圓筒初圓整專用設(shè)備設(shè)計方案及工作原理

針對薄壁圓筒初圓整的現(xiàn)場工藝要求，筆者做出了以下設(shè)想:

(1)為了節(jié)省工作場地，提高工作效率，所設(shè)計的專用設(shè)備，應(yīng)集檢驗與修整為一體，也就是盡可能在同一臺設(shè)備上完成薄壁圓筒的自我檢驗和修整功能［3］，避免工人修整之后再去不同設(shè)備上檢驗所造成的時間浪費和多次檢驗造成的重復(fù)無效勞動。

(2)薄壁圓筒在誤差檢測過程中，應(yīng)能比較方便地判定最大誤差存在的位置，以便作出記號，為薄壁圓筒的下一步修整工序提供方便。

(3)由于薄壁圓筒的檢驗有嚴(yán)格的精度要求，用于檢驗的裝置、系統(tǒng)決不允許工人在設(shè)備上直接動榔頭修整;否則，薄壁圓筒的檢驗機構(gòu)無論怎樣設(shè)計，都無法同時滿足其使用壽命要求和檢驗精度要求。也就是說，檢驗與修整兩種功能雖然設(shè)置在同一設(shè)備上，但必須采用完全不同的兩套機構(gòu)，各司其職，各盡所用。

(4)薄壁圓筒的檢驗與修整雖然采用兩套不同的傳動系統(tǒng)，但是其功能的切換，或者說傳動裝置、系統(tǒng)的變換應(yīng)該是盡可能簡單、方便。用不著工人花費太多的時間和太大的力氣，而且要盡可能符合操作工人的習(xí)慣。

(5)專用設(shè)備不宜做得太龐大、太復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)盡可能地節(jié)省空間，降低造價。

(6)針對產(chǎn)品特點(薄壁圓筒有不同的長度和直徑要求)，專用設(shè)備應(yīng)具有較寬的適應(yīng)性，應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的調(diào)速機構(gòu)［4］，并通過少量、簡單的零件調(diào)整，迅速適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品的檢驗與修整要求。

按照上述設(shè)想，筆者參照無心磨削傳動原理，做出了相應(yīng)的設(shè)計方案，如圖2 所示。

圖2 中由4 個鋼輥組成的傳動系統(tǒng)為薄壁圓筒的誤差檢測系統(tǒng);鋼輥軸向間距較大，有利于提高檢測精度;鋼輥的軸承座5 和支撐架全部固定在底座4 上;位置不可調(diào);其中主動鋼輥21 由主動鋼輥通軸15 連接，通過鏈輪8、9、10 組成的鏈傳動系統(tǒng)［5］，實現(xiàn)兩個主動鋼輥的同步轉(zhuǎn)動。兩個從動鋼輥3 分別固定在底座上，支撐薄壁圓筒并依靠薄壁圓筒和從動鋼輥之間的摩擦力轉(zhuǎn)動。

驅(qū)使主動輥轉(zhuǎn)動的動力系統(tǒng)［3］，由電動機19、多盤無級調(diào)速器13、擺線針輪減速機11 及聯(lián)軸器12、18組成，操作工人可根據(jù)薄壁圓筒的直徑和轉(zhuǎn)速要求，在1∶10 的調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)動手輪合理調(diào)整鏈輪及薄壁圓筒的檢測轉(zhuǎn)速。

在薄壁圓筒誤差檢測時，薄壁圓筒被放置在4 個鋼輥組成的檢測系統(tǒng)中，由動力系統(tǒng)通過鏈傳動機構(gòu)驅(qū)使，以一個合理的速度轉(zhuǎn)動;我們在兩個托架1 上放置了一根檢驗平尺2，并讓它靠近轉(zhuǎn)動的薄壁圓筒;由于檢驗平尺2 與托架1 間沒有設(shè)置任何固定裝置，當(dāng)薄壁圓筒轉(zhuǎn)動時，就會自然推動檢驗平尺外移，操作工人即可在檢驗平尺2 和薄壁圓筒間看到間隙;當(dāng)薄壁圓筒轉(zhuǎn)夠一周時，薄壁圓筒與檢驗平尺之間的最大間隙，就是被檢測薄壁圓筒的最大不圓柱度誤差;薄壁圓筒與檢驗平尺間沒有間隙處，就是薄壁圓筒誤差最大點位置，也正是需要修正的位置，我們可用白板筆在薄壁圓筒需要修正的位置上做一記號(畫一條線)，以備下一步檢修時，用木榔頭進行有效的敲打、修整。

薄壁圓筒的修整系統(tǒng)由4 個包膠輥組成，與檢驗鋼輥相比，包膠輥軸向間距較小，有利于提高系統(tǒng)剛性［6］，減小傳動系統(tǒng)受力變形。包膠的作用也是減輕輥筒的受力變形;其中兩個主動包膠輥20、軸承座和托架固定在底座4 上，用主動包膠輥通軸14 連接、驅(qū)使兩個主動包膠輥同步轉(zhuǎn)動［5］;兩個從動包膠輥16 分別安裝在可滑移的滑座7 上，在薄壁圓筒誤差檢測時，薄壁圓筒落在4 個檢驗鋼輥上，而4 個包膠輥中心線間跨距較大，與薄壁圓筒不接觸，此時，兩個安裝在滑座上的從動包膠輥遠離薄壁圓筒，處于靜止?fàn)顟B(tài);兩個主動包膠輥處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

當(dāng)薄壁圓筒由鋼棍檢驗系統(tǒng)檢測完誤差，并在薄壁圓筒的最大誤差處畫出記號后，采用由減速電動機22、聯(lián)軸器23、軸承座24、絲杠25 組成的第二套動力系統(tǒng)，通過絲杠螺母傳動，驅(qū)使與螺母連接的滑坐7 沿絲杠軸線方向移動，進而驅(qū)動固定在滑座上的兩個從動包膠輥向主動包膠輥軸線方向靠近，如圖2 所示:由于包膠輥軸心線高度高于檢驗鋼棍軸心線50 mm，在從動包膠輥向主動包膠輥軸心線方向靠近時，從動包膠輥會逐漸推動薄壁圓筒脫離檢驗鋼棍，托起并變換薄壁圓筒的位置，使其靠近并逐漸被4 個包膠修整輥支撐、托起，使薄壁圓筒脫離檢驗鋼棍系統(tǒng)，這時、薄壁圓筒完全由4 個包膠輥組成的修整系統(tǒng)支撐、驅(qū)使轉(zhuǎn)動，操作工人可在薄壁圓筒上做出誤差標(biāo)識記號的位置，進行相應(yīng)的敲擊、修整。結(jié)構(gòu)設(shè)計中的手動搖柄，可用于薄壁圓筒在檢驗工序和修整工序間的手動切換操作。

對薄壁圓筒進行一番敲擊修整之后，操作工人再通過絲杠螺母驅(qū)動機構(gòu)，拉開包膠修整輥中心線間的跨距，讓薄壁圓筒落在檢驗鋼輥系統(tǒng)上再次檢驗，接著再次修整，即可有效縮小薄壁圓筒的誤差，使其逐漸達到初圓整工藝的檢驗精度要求。

3 使用效果

薄壁圓筒初圓整專用設(shè)備設(shè)計與應(yīng)用，從根本上改變了原有傳統(tǒng)手工操作的混亂局面，工作場地面積減小為原來的1/4，有效地減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率，更重要的是，明確了操作工人的工作目標(biāo)，使工人自我檢測有針對性的修整，提高了工人的工作熱情和積極性，有效緩和了操作工人與檢驗人員之間的矛盾，因此這個項目的設(shè)計制作，受到了現(xiàn)場操作工人的好評。

同時、筆者也清醒地認(rèn)識到，采用這種工藝與技術(shù)裝備，將薄壁圓筒的誤差控制在±1.5 mm 以內(nèi)還行，但是要提高設(shè)備的整體轉(zhuǎn)速，必須將薄壁圓筒的形狀公差限制在更小的允許范圍內(nèi)，如圖紙要求的±0.5 mm以內(nèi)，甚至更小。這種精圓整的工藝及技術(shù)裝備設(shè)計，就必須另謀他途了，因此更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)還有待我們?nèi)スタ恕?/p>

［1］楊志清.漿紗工程的現(xiàn)代化［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2007(5):39 -43.

［2］孫桓，陳作模. 機械原理［M］. 北京:高等教育出版社，2005:196-227.

［3］黃平. 常用機械零件及機構(gòu)圖冊［M］. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999:392 -413.

［4］黃真.空間機構(gòu)學(xué)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1991:113 -120.

［5］濮良貴.機械設(shè)計［M］.北京:高等教育出版社，2007:389 -408

［6］成大先.機械設(shè)計圖冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2000:203-251.