Обзор и анализ существующего оборудования и инструмента, применяемых при обработке цапф мельниц
Процесс восстановления цилиндричности рабочей поверхности цапфы мельниц в условиях ее эксплуатации трудоемкий и в настоящее время полностью не изучен. Наиболее распространенной технологией восстановления работоспособности цапфы является демонтаж цапфы, зачистка мест под сварку, наплавление металла и шлифование наплавленного слоя с подгоном вставки.
Данный процесс занимает много времени и не обеспечивает достаточно точности поверхности. При наличии вибраций и присутствующего абразива соединение легко разрушается. Также недостатком данной технологии является длительный простой оборудования в ремонте, что способствует недовыпуску продукции.Существует технология обработки цапфы, при которой демонтируемая крышка с цапфой при транспортной возможности отправляется на ремонтное предприятие, которое специальным станком для крупногабаритных деталей
производит восстановление цапфы. Данная технология приводит к еще более длительным простоям в ремонте мельницы.
В данное время действует технология восстановления поверхности скольжения цапф без их демонтажа с помощью обычного суппорта токарного станка (рисунок 1.9).
Барабан мельницы вращается за счет специального мотора, соединенного шкивом с полумуфтой ведущего вала редуктора. В данном случае суппорт крепится к корпусу подшипника при снятой крышке.
Рисунок 1.9 - Схема установки суппорта для проточки цапф:
1 - восстанавливаемая цапфа; 2 - корпус подшипника; 3 - плита; 4 - суппорт токарного станка; 5 - токарный резец; 6 - направляющая; 7 - войлок
Обеспечение достаточной смазки вкладыша подшипника в связи с большой массой мельницы при данном способе нет возможности. В период одной проточки восстанавливаемой цапфы требуется замена вкладышей несколько раз. При данной технологии восстановления подшипник меняет местоположение, что приводит к смещению суппорта, и как следствие к отклонению цилиндричности формы цапфы мельницы.
На рисунке 1.10 изображен способ восстановления цапфы мельницы нестационарным приставным станочным модулем, разработанный ОНИЛ СПЭНОЦП БТИСМ. Устанавливается модуль на корпусе подшипника, при этом на плите располагается направляющая плита и резцедержатель с токарным резцом. Восстанавливаемая цапфа опирается на подшипник скольжения.
Рисунок 1.10 - Схема установки нестационарного приставного станочного модуля: 1 - подшипник; 2 - резцедержатель с токарным резцом;
3 - обрабатываемая цапфа; 4 - направляющие; 5 - плита
Режущий инструмента расположен на горизонтальной линии или выше оси обрабатываемой цапфы, при этом изменение положения корпуса подшипника и модуля при перемещении оси цапфы в горизонтальной плоскости не меняет расположение резца, что является достоинством данной технологии. Недостаток данной технологии восстановления - разрушение
подшипника при обработке ввиду большой массы крупногабаритного вала, что приводит к низким показателям точности и качества поверхности.
Обработку рабочих цилиндрических поверхностей цапфы можно производить приставным станочным модулем (рисунок 1.11), устанавливаемый на подвижной сферической опоре.
Рисунок 1.11 - Схема установки приставного станочного модуля на опоре:
1 - восстанавливаемая цапфа; 2 -опорные ролики; 3 - сферическая опора;
4 - станочный модуль; 5 - опора мельницы
Сферическое основание, на котором располагается блок опорных роликов, устанавливается в опоре мельницы. Отличие данного станочного модуля от предыдущего - поперечный и продольный суппорты устанавливается на станине, находящейся на сферическом основании, что позволяет устранять возникающие при вращении цапфы на опорных роликах вибрации.
Автоматически отслеживающая колебания оси вращения восстанавливаемой цапфы конструкция приставного станочного модуля весьма сложная и массивная.В работе И.С. Макогона был предложен станок для обработки цапф (рисунок 1.12), позволяющий производить обработку в условиях эксплуатации
[68]. Станок состоит из модуля, включающего силовой стол с закрепленными на нем кубом, суппорт, снабженный поджимающим устройством резцедержателя, на котором находится резец и следящий копир, состоящий из двух роликов, установленных по концам коромысла, своим центральным шарниром соединенного с державкой, и механизма самоустановки стойки для базирования цапфы, выполненного из корпуса и связанной с ним упругими элементами тележки с катками, а также опорных роликов, базируемых на валу.
Рисунок 1.12 - Станок для обработки цапф: 1 - модуль, 2 - силовой стол,
3 - куб, 4 - суппорт, 5 - поджимающее устройство, 6 - резцедержатель, 7 - резец,
8 - копир, 9 - ролики, 10 - коромысло, 11 - шарнир, 12 - державка, 13 - механизм самоустановки стойки, 14 - обрабатываемая цапфа, 15 - корпус, 16 - упругие элементы, 17 - тележка, 18 - каток, 19 - опорные ролики, 20 - вал
Станок базируется на опорных роликах и во время вращения цапфы возникает вибрация, что приводит к неудовлетворительным точности обработки и качеству поверхности.
Испанскими учеными из BOSTEK INNOVATION S.L.U. разработана технология обработки крупногабаритных эксцентриковых валов с применением
станка. На рисунке 1.13 показана схема станка для обработки крупногабаритных деталей.
Рисунок 1.13 - Схема станка для обработки крупногабаритных деталей:
1 - основной узел станка, 2 - вал, 3 - подшипники, 4 - опорный элемент,
5 - гидравлические пальцы, 6 - колеса, 7 - детектор смещения, 8 - инструмент,
9 - система управления станка
В основном узле станка обрабатываемая деталь - вал опирается на подшипники, находящиеся на опорном элементе.
Опорный элемент опирается на колеса гидравлических пальцев. Обрабатывающий инструмент перемещается по вертикали и горизонтали. Детектор смещения регулируется системой управления. Устройство станка имеет достаточно большие габариты и массу, затрудняющие работы по его монтажу.Данный способ базирования предполагает наличие погрешности обработки смещения оси вала относительно станка.
Существующие описанные выше технологии и оборудование не обеспечивают быстрого восстановления работоспособности цапф с необходимой точностью. Следовательно, необходимо решить вопрос сохранения неизменного положения суппорта относительно оси вращения
цапфы, что даст устранение колебаний системы, обеспечит точность обработки цапфы, уменьшит шероховатости обрабатываемой поверхности.
Ввиду того, что технология восстановления цапфы предполагается на месте эксплуатации, применение различных станков для достижения требуемых точности и качества обрабатываемой поверхности изношенной цапфы невозможно. Способ обработки поверхности определяет качество обработанной поверхности цапфы, влияющее на надежность ее работы в узле.
Эксплуатационные требования шероховатости рабочей цилиндрической поверхности цапфы Ra 2,5 мкм при применении призматических резцов не выполняются. Поэтому для достижения высоких показателей точности, традиционный вид точения предполагает последующую чистовую обработку в виде шлифования, значительно увеличивающую трудоемкость восстановительных работ.
На основании проведенных исследований в области инструментальных систем машиностроения установлено, что для достижения высоких показателей точности и качества рабочей поверхности цапфы, требуется использование чашечных резцов. Исследованиями в области восстановления рабочих поверхностей цапф мельниц не рассмотрено применение ротационных резцов. В данных работах применяют точение с последующим шлифованием обработанной поверхности, что увеличивает длительность обработки цапфы. С целью повышения эффективности производства, производительности технологического процесса и качества обработанной поверхности, выбран метод ротационной обработки [125].
Преимущества технологии восстановления изношенных поверхностей с применением ротационной обработки существенно превосходит традиционные методы обработки материалов. Большая длина круговой режущей кромки лезвия и его непрерывное вращение при работе резца обеспечивает прерывистость и кратковременность работы каждого участка, а также отличные условия охлаждения лезвия во время его холостого пробега. Благодаря чему
температура в зоне резания при ротационной обработке в сравнении с традиционным на 40 % ниже [14].
Уменьшение температуры резания способствует малому линейному износу резца, равномерно распределенному по всей длине режущей кромки инструмента, что положительно влияет на условия теплоотвода от работающих участков и способствует снижению сил трения, возникающих между обрабатываемой поверхностью и рабочей режущей кромкой инструмента. Данные условия обработки обеспечивают увеличение стойкости ротационного резца в сравнении с призматическим резцом при одинаковых режимах резания в десятки раз [15].
Увеличение допускаемой скорости резания при ротационной обработке за счет большой стойкости ротационного резца и низкой температуры в зоне резания, благоприятствует повышению производительности технологии восстановления и улучшению обрабатываемости в 5 раз.
Указанные особенности ротационного инструмента, обеспечивающие высокие показатели точности, качества и как следствие эксплуатационных свойств обработанной поверхности, позволяют исключить последующую трудоемкую операцию шлифования из технологического процесса восстановления цапфы мельницы.
При обработке цапфы, диаметр которой составляет более 800 мм, применение ротационного резца обеспечивает требуемую точность формы при обработке - отклонение профиля продольного сечения поверхности от цилиндричности составляет менее 0,01 мм по всей длине цапфы. Время операции за счет применения ротационного резца сокращается в 7 раз в сравнении с традиционным инструментом.
Вершины и впадины микронеровностей формируемого микрорельефа обработанной поверхности при ротационной обработке превосходит в 1,5 раза по сравнению с традиционным методом обработки, что служит улучшению прочности обработанной детали и возрастанию износостойкости. Ротационная
обработка позволяет повысить надежность и долговечность восстановленной детали при циклических нагрузках [47].
Исходя из выше изложенного, при обработке крупногабаритных вращающихся деталей, с применением нестационарных станочных модулях, в условиях эксплуатации, предъявляются высокие требования к обрабатывающему инструменту: повышенная стойкость резца, условие возможности охлаждения инструмента, при этом обеспечение высоких показателей точности и качества обработанной поверхности. Таким требованиям к условиям обработки удовлетворяют ротационные резцы.
1.6.