Le principe de fonctionnement de la machine à éplucher sans centre à grande échelle-et l'influence de la coaxialité de chaque composant sur la qualité du traitement sont expliqués. Sur la base de la structure de l'équipement et des pratiques de production, les méthodes de détection et de réglage de la coaxialité de la machine à éplucher sans centre à grande échelle - ainsi que les outils et accessoires correspondants sont présentés.
La machine à éplucher sans centre, également connue sous le nom de tour sans centre, est l'équipement de base pour la production de précision d'acier brillant long et rond [1]. Il utilise un outil rotatif à grande vitesse-pour couper et décoller le matériau de surface des barres d'acier ultra-longues, ce qui est plus efficace que les tours ordinaires pour éliminer le tartre d'oxyde et la couche de rouille sur la surface de l'acier, améliorant ainsi l'apparence et la qualité de surface de l'acier fini. À l'heure actuelle, le diamètre de traitement du tour sans centre à grande échelle - peut atteindre 500 mm, le degré de tolérance du diamètre peut atteindre IT9, la valeur de rugosité de surface Ra est de 1,6 à 3,2 μm et la valeur de rugosité de surface Ra après polissage peut atteindre 0,8 μm.
Les principaux composants de la machine à éplucher sans centre comprennent : le dispositif de serrage, le dispositif de guidage d'entrée, la tête de coupe rotative, le dispositif de guidage de sortie et le chariot de déchargement. La coaxialité des 5 composants ci-dessus (ci-après dénommée « coaxialité à cinq-centres ») est l'indicateur de précision le plus important de la machine à éplucher sans centre. La coaxialité des cinq centres affecte directement la qualité de surface du produit ; le dépassement de cette tolérance entraînera divers défauts sur la surface de la pièce.
Détecter et ajuster la coaxialité des cinq centres est assez difficile. Tian Xiaohui[2], Chao Honggang[3] et d'autres ont étudié l'utilisation de la structure propre de l'équipement comme référence pour ajuster la précision de chaque composant séparément, mais il y a peu de discussions sur l'ajustement unifié de la coaxialité des cinq centres. La méthode d'ajustement de la coaxialité donnée par Dou Weitao et al.[4] s'applique aux machines à éplucher sans noyau de petite taille-, mais pour les machines à éplucher sans noyau de grande taille-, en raison de la taille et du poids plus grands des pièces, la détection et le réglage précis sont plus difficiles. Par conséquent, il est encore nécessaire d'étudier des schémas de détection et de réglage plus exploitables et de fabriquer les outils et accessoires correspondants.
Notre société dispose de deux machines à éplucher sans noyau, à savoir la machine à éplucher sans noyau américaine HETRAN BT16 et la machine à éplucher sans noyau Yantai Kejie WCS300S. Les tailles maximales du produit fini sont respectivement de φ400 mm et φ305 mm. Notre société a exploré et essayé de résoudre l'impact de l'erreur de coaxialité à cinq-centres sur la qualité du produit et la méthode d'ajustement de la coaxialité à cinq-centres dans les machines à éplucher à grande échelle-dans la pratique. Ce qui suit est une introduction utilisant la machine à éplucher sans centre BT16 comme exemple.
Image 2 Principe de fonctionnement et structure de l'équipement
Contrairement au principe de fonctionnement de la rotation de la pièce et de l'avance axiale de l'outil lors du traitement de barres d'acier rondes sur un tour conventionnel, l'outil tourne et la pièce est avancée axialement lorsque la machine à éplucher sans centre fonctionne. Le bref processus de travail est que le dispositif de serrage serre la barre et l'introduit, la machine principale effectue le processus de pelage, les dispositifs de guidage d'entrée et de sortie amortissent les vibrations, puis le chariot de déchargement retire la barre [5].
La partie coupante de la machine principale BT16 est une tête de coupe rotative montée sur une broche creuse d'un diamètre intérieur de 600 mm (voir Figure 1). La broche creuse est installée dans le boîtier de broche et est entraînée par le moteur principal pour tourner à grande vitesse. 4 jusqu'à ce que 8 outils soient installés symétriquement sur la tête de coupe, ce qui entraîne une efficacité de coupe élevée.
Image Figure 1 Tête de coupe rotative
L'avance axiale de la pièce est complétée par le dispositif de serrage (voir Figure 2). Deux paires de rouleaux d'alimentation sont installées sur le dispositif de serrage. L'action de serrage des rouleaux est entraînée par un vérin hydraulique et un mécanisme à engrenages. La rotation des rouleaux est entraînée par un servomoteur et la vitesse d'alimentation est stable et réglable.
Image Figure 2 : Dispositif de serrage et boîtier de broche
Le dispositif de guidage d'entrée (voir Figure 3) se compose de trois mâchoires à centrage automatique liées par un mécanisme à levier.
Image Figure 3 : Dispositif de guidage d'entrée
Le dispositif de guidage de sortie (voir Figure 4) est installé à l'intérieur de la broche creuse du boîtier de broche. Il s'agit d'un dispositif de serrage à centrage automatique à quatre-mâchoires-, avec des plaques de cuivre intégrées dans les mâchoires pour protéger la surface de la pièce finie. En raison de l'ajout d'un dispositif de réglage mécanique pour ajuster la coaxialité de son axe avec la tête de coupe rotative, la structure est plus complexe, mais la structure de liaison et la fonction qu'elle remplit sont similaires à celles du guide d'entrée. Certains équipements disposent de deux ensembles de dispositifs de guidage de sortie, appelés respectivement guide médian et guide arrière, en fonction de leur distance par rapport à la tête de coupe rotative, ou collectivement appelés guides médian et arrière.
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Figure 4. Dispositif de guidage de sortie
La fonction des dispositifs de guidage d'entrée et de sortie est de serrer et de soutenir la pièce à usiner, en fournissant un guidage fiable, en maintenant un mouvement axial fluide et en empêchant les vibrations et la rotation.
Le composant principal du chariot de déchargement est une paire d'enclumes en forme de V-. L'action de serrage des enclumes supérieure et inférieure est liée par un mécanisme d'engrenage et de crémaillère à centrage automatique. La pièce à usiner est serrée juste avant de quitter les rouleaux d'alimentation, fournissant ainsi une force de serrage et une force d'avance axiale.
En résumé, la coaxialité des centres des cinq composants -le dispositif de serrage, la tête de coupe rotative, le dispositif de guidage d'entrée, le dispositif de guidage de sortie et le chariot de déchargement-doit être testée et ajustée avec une certaine précision. Sinon, la barre subira un décalage momentané lors de l'entrée et de la sortie des dispositifs de serrage et de guidage. Même un petit décalage affectera négativement la qualité de surface de la pièce.
Image 3. Impact d'une coaxialité à cinq-centres dépassant la tolérance sur la précision d'usinage
Le dépassement de la tolérance de coaxialité à cinq -centres entraînera des défauts sur la surface de la pièce, tels que des marques de vibration, des marches, une excentricité de rotation, un retrait de la queue de la pièce et une réplication d'erreurs.
3.1 Marques de vibrations
Des marques de vibration apparaissent généralement à l'extrémité avant de la pièce, comme le montre la figure 5. Comme l'indique le principe de fonctionnement de l'équipement, lorsque la pièce commence à être traitée et n'est pas encore entrée dans la plage de serrage du dispositif de guidage de sortie, elle est maintenue par deux paires de rouleaux d'alimentation et le dispositif de guidage d'entrée sur le dispositif de serrage, tandis que la tête de coupe effectue le processus de pelage. Si l'écart de coaxialité des deux paires de rouleaux d'alimentation et du dispositif de guidage d'entrée est important, la pièce est dans un état de sur-positionnement, sa rigidité diminue et elle a tendance à se plier et à se déformer. Sous l'action de la force de coupe, la pièce vibre, formant des marques de vibration. En revanche, lors d'un sur-positionnement, les forces de serrage des rouleaux supérieur et inférieur du dispositif de serrage sont différentes, ce qui affectera la stabilité de la vitesse d'avance et exacerbera la formation de marques de vibration.
Image : Figure 5 Des marques de vibration apparaissent sur la surface de la pièce
3.2 Étapes
Des marches (voir Figure 6) apparaissent généralement aux deux extrémités de la pièce. Des marches apparaissent à l'extrémité avant de la pièce car lorsque la pièce est avancée axialement, lorsque l'extrémité avant de la pièce atteint la position du dispositif de guidage de sortie ou la position de serrage du chariot de déchargement, le dispositif de guidage de sortie et le chariot de déchargement serreront la pièce. Lorsque le dispositif de guidage de sortie et le chariot de déchargement ne sont pas coaxiaux avec la tête de coupe rotative, la pièce subira un déplacement relatif radial par rapport à la coupe, entraînant un pas à la position correspondante sur la pièce. La distance entre l'emplacement de la marche et l'extrémité avant de la pièce à usiner est égale à la distance entre le dispositif de guidage de sortie ou le chariot de déchargement et la fraise.
Le décrochement apparaît à l'extrémité arrière de la pièce, ce qui se produit lorsque la pièce se désengage des rouleaux d'alimentation et du dispositif de guidage d'entrée. Cela est dû au fait que les rouleaux d'alimentation et le dispositif de guidage d'entrée sont coaxiaux avec la tête de coupe rotative. Le mécanisme est le même que lorsqu'une marche apparaît à l'extrémité avant de la pièce. La distance entre l'emplacement de la marche et l'extrémité arrière de la pièce à usiner est égale à la distance entre les rouleaux d'alimentation ou le dispositif de guidage d'entrée et la fraise.
Image Figure 6 : Des marches apparaissent sur la surface de la pièce à usiner
3.3 Excentricité de tournage
La principale cause de l'excentricité de rotation (voir Figure 7) est un écart important entre le dispositif de guidage d'entrée et le centre de rotation de la tête de coupe rotative. Il en résulte que le centre de la pièce à usiner est coaxial au centre de la tête de coupe rotative, ce qui provoque une excentricité et qu'un côté de la circonférence de la pièce n'est pas usiné. Si le dispositif de serrage et le dispositif de guidage d'entrée sont également coaxiaux, l'excentricité sera encore amplifiée. Par conséquent, sans tenir compte de l'erreur de rectitude de la pièce à usiner, le désalignement du dispositif de serrage, du dispositif de guidage d'entrée et de la tête de coupe rotative est la principale cause de l'excentricité de rotation.
Image Figure 7 Excentricité de tournage
3.4 Retrait de la queue de la pièce
Le retrait de la queue (voir Figure 8) est provoqué par un écart important de coaxialité entre le dispositif de guidage de sortie, le chariot de déchargement et le centre de rotation de la tête de coupe rotative. Lors du pelage, la pièce est soumise à l'action combinée de la force de coupe radiale dans le sens du diamètre et de la force de serrage du dispositif de guidage de sortie et du chariot de déchargement. Lorsque la pièce est avancée vers la queue et est sur le point de quitter l'outil, l'équilibre des forces entre ces trois est rompu. Seuls le dispositif de guidage de sortie et le chariot de déchargement appliquent une force de serrage à la pièce, provoquant un déplacement radial et entraînant un retrait de la queue.
Image Figure 8 Rétrécissement de la queue
3.5 Réplication des erreurs
La surface de la pièce alterne entre des zones claires et rugueuses (voir Figure 9). Le cercle rouge sur la figure 9 marque la poussière de cuivre qui tombe lorsque la plaque de cuivre du guide de sortie glisse par rapport à la pièce. L'apparition de poussière de cuivre indique que la surface de la pièce est relativement rugueuse dans cette zone. Ce défaut est provoqué par un défaut important de forgeage en spirale à la surface de la billette avant déroulage (voir Figure 10). La distance entre les zones rugueuses adjacentes sur la surface de la pièce usinée est égale au « pas » de la spirale.
Théoriquement, ce défaut ne devrait pas apparaître à la surface de la pièce finie lorsque la largeur des mâchoires du dispositif de guidage d'entrée est supérieure au « pas » de la spirale. Cependant, lorsque le dispositif de guidage d'entrée et le dispositif de serrage ne sont pas coaxiaux, les mâchoires du dispositif de guidage d'entrée sont en contact unique-avec la billette. Puisque la billette est en fait alimentée en spirale, la spirale de forgeage sur la surface de la billette se reflète sur la surface usinée.
Image Figure 9 : Alternance de zones claires et rugueuses
Image Figure 10 : Forgeage d'une spirale à la surface de la billette avant usinage
Image 4 : Méthode de réglage pour une coaxialité à cinq-centres
La détection et le réglage de la coaxialité à cinq -centres doivent être basés sur le centre de la tête de coupe rotative montée sur la broche creuse comme référence théorique. Étant donné que l'axe de la broche creuse n'est pas une entité solide, une barre de référence est nécessaire comme référence de réglage. La difficulté réside dans la manière de sélectionner une position de support raisonnable et une méthode de support pour placer avec précision la barre de référence sur l'axe de l'équipement. Les machines de pelage sans centre-à grande échelle nécessitent des barres d'essai d'un diamètre et d'une masse importants, ce qui nécessite une grande précision et rigidité dans la sélection des composants de support. Pour les barres d'essai, il est crucial de réduire leur masse tout en conservant leur rigidité.
Après de nombreux essais, notre société a finalisé le plan d'ajustement suivant : Tout d'abord, ajustez le dispositif de guidage d'entrée pour qu'il soit concentrique à la tête de coupe rotative. Ensuite, soutenez les barres de test avec les trous de cylindre des dispositifs de guidage d'entrée et de sortie, et ajustez le centre des rouleaux de serrage d'alimentation et du chariot de déchargement. Un schéma simplifié de la méthode de support de la barre de test et de la procédure de test pour la machine à éplucher sans centre BT16 est présenté à la figure 11.
Figure 11. Méthode de support et schéma d'inspection de la machine d'inspection de barres
Inspection à 1 barre
2-Dispositif de serrage
Manchon de support à 3 avants
Dispositif de guidage à 4 entrées
Indicateur à 5 cadrans
Tête de coupe à 6
Dispositif de guidage à 7 prises
8-Manchon de support arrière
Chariot à 9 décharges
Des manchons de support avant et arrière sont installés respectivement au niveau des dispositifs de guidage d'entrée et de sortie. La barre d'inspection est supportée par ces deux manchons de support (voir figures 12 et 13) car ces deux composants présentent une bonne rigidité et un support fiable. Les deux manchons de support servent de références de transition. L'alignement des manchons de support avec la tête de coupe rotative est relativement simple et peut facilement atteindre une grande précision. Une autre fonction des manchons de support est d'équilibrer les exigences de rigidité et de qualité de l'inspection des barres, permettant de rendre l'inspection des barres plus petite et plus légère, ce qui est bénéfique pour améliorer la précision de l'inspection et l'efficacité du travail.
Image 12 Barre de support du manchon de support avant
Image 13 Barre de support du manchon de support arrière
Notre société utilise une barre d'une longueur de 3500 mm, d'un diamètre de 120 mm et d'une rectitude de 0,7 mm/longueur.
Les étapes spécifiques pour ajuster la coaxialité à cinq-centres sont les suivantes :
1) Installez le manchon de support avant et alignez son centre. Comme le montre la figure 14, fixez le manchon de support avant avec le dispositif de guidage d'entrée. Utilisez un comparateur à cadran pour vérifier la coaxialité entre le centre du manchon de support avant et le centre de la tête de coupe rotative : la base du comparateur à cadran magnétique est fixée à la tête de coupe rotative, et la tête du comparateur à cadran mesure le trou intérieur du manchon de support avant. L'indicateur à cadran tourne à 360 degrés avec la tête de coupe rotative. Sur la base de la lecture du comparateur à cadran, déterminez l’erreur de coaxialité et sa direction. Ajustez l'épaisseur des cales sous les trois pinces du dispositif de guidage avant en conséquence pour vous assurer que le centre du manchon de support avant est coaxial avec la tête de coupe rotative. Après réglage, le dispositif de guidage d'entrée doit rester serré.
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Figure 14 Vérification de la coaxialité du manchon support avant et de la tête de coupe
2) Installez le manchon de support arrière sur le trou du cylindre du dispositif de guidage de sortie. Étant donné que le dispositif de guidage de sortie et la broche de la tête de coupe rotative sont montés ensemble dans le boîtier de broche (structure représentée sur la figure 15), son extrémité gauche est supportée par la tête de coupe rotative et son extrémité droite est supportée par le couvercle d'extrémité. Par conséquent, la structure du boîtier de broche détermine que le trou du cylindre du dispositif de guidage de sortie est coaxial à la tête de coupe rotative, permettant au manchon de support arrière d'être directement installé en tant que composant de support sans réglage.
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Figure 15 Diagramme schématique de la structure du boîtier de broche
1-Tête de coupe 2-Dispositif de guidage de sortie 3-Couvercle d'extrémité 4-Manchon de support arrière
3) Insérez la barre de test dans les trous des manchons de support avant et arrière. Les deux extrémités se trouvent respectivement dans la plage de serrage du dispositif d'alimentation et du chariot de déchargement. À l'heure actuelle, la coaxialité de la barre de test et de la tête de coupe dépend de la précision de fabrication de l'équipement lui-même et de la précision de l'alignement du manchon de support avant.
4) Vérifier la coaxialité entre le centre du dispositif d'alimentation et la barre de test. 5) Vérifier les distances G et H entre la barre de test et les rouleaux de serrage supérieur et inférieur à l'aide de cales étalons (voir Figure 11). Ajustez l'épaisseur des cales sous la base du dispositif de serrage pour rendre les valeurs G et H égales. À ce stade, les centres des rouleaux de serrage supérieur et inférieur sont coaxiaux avec la barre de test.
6) Vérifier la coaxialité entre le centre du chariot de déchargement et la barre de test. La méthode de contrôle et de réglage est similaire à l'étape 4 : ajuster l'épaisseur des cales sous les patins de préhension en fonction des valeurs mesurées E et F (voir Figure 11).
7) Le dispositif de guidage de sortie dispose d'un dispositif de réglage mécanique qui peut régler directement la coaxialité avec la barre de test.
Remarque : Pendant le processus de test et de réglage, le dispositif de guidage d'entrée doit rester serré, serrant le manchon de support avant jusqu'à ce que tous les travaux soient terminés ; les rouleaux de serrage supérieur et inférieur et l'enclume en forme de V du chariot ne doivent pas entrer en contact avec la barre de test, mais s'en approcher uniquement pour faciliter la mesure de la distance par rapport à la barre de test, afin de maintenir la précision de la barre de test. Les exigences de précision pour les manchons de support avant et arrière sont : un jeu de 0,10 mm entre le trou intérieur du manchon de support avant et la barre d'essai, et une coaxialité de 0,05 mm entre le trou intérieur et le cercle extérieur. Le jeu entre le trou intérieur du manchon de support arrière et la barre de test est de 0,10 mm, la coaxialité entre le trou intérieur et le cercle extérieur est de 0,05 mm et le jeu entre le cercle extérieur et le trou du cylindre du dispositif de guidage de sortie est de 0,15 mm.
Image 5Conclusion
Le principe de réglage consiste à utiliser le centre de la tête de coupe rotative comme référence pour régler la coaxialité à cinq centres - et à utiliser la barre de test pour les tests. La rigidité de la position du support de la barre d'essai doit être bonne. La barre d'essai est supportée par le manchon de support, qui sert de référence de transition, et ajustée pour être coaxiale à la tête de coupe. Une autre fonction du manchon de support est de réduire le poids de la barre de test, d'améliorer la précision des tests et d'augmenter l'efficacité du réglage. Le réglage de la coaxialité à cinq-centres de la machine à éplucher à l'aide de la méthode ci-dessus permet d'obtenir des résultats satisfaisants et la qualité de traitement du produit est considérablement améliorée.
