燃燒器頭部旋流器旋流槽加工誤差分析及工藝改進

曹衛亮，張喆

燃燒器頭部旋流器旋流槽加工誤差分析及工藝改進

Processing Error Analysis and Process Improvement of Hydrocyclone Circumrotate Channel at Burner Head

曹衛亮，張喆

在燃燒器的結構中，頭部旋流器旋流槽的大小對出風量、風速以及火焰長度有直接的影響，但是在實際的旋流槽加工中，由于多方面的影響，旋流槽寬度誤差較大，本文就實際的旋流槽加工工藝進行了實驗分析，并對工藝計算方式進行了優化，大幅提高了旋流槽加工精度。

1加工誤差的問題描述

典型頭部旋流槽加工圖如圖1所示。

在前期加工過程中，旋流槽的誤差形式表現為：梯形截面的上口符合尺寸、下口超差，超差值在0.8～1mm左右，誤差數值較大，具體檢驗數據見表1。

這樣的誤差直接影響了燃燒器整體質量，也導致了多件產品的報廢，對公司造成了一定的損失。

2加工誤差的理論分析

經過對旋流槽的整個加工工藝、設備、人員操作等方面進行分析，產生誤差的原因主要有以下幾個方面：

2.1 機床精度問題

（1）主軸垂直度誤差。垂直度誤差會導致槽形變化，但由于旋流槽的槽深尺寸很小（一般為10～ 15mm），因此在這個加工方向上產生的誤差值，不會成為超差的主要原因。

（2）傳動穩定。銑床傳動鏈的穩定性主要體現為刀具擺動，而通過分析該銑床加工其他工件，特別是加工矩形截面旋流器的情況，我們認為刀具擺動產生的誤差應在精度允許的范圍內。

（3）掛輪誤差。掛輪誤差主要反映在螺旋角度上，不會產生在槽寬方向上。但掛輪傳動不平穩，使導軌與分度頭之間的合成運動產生一定的振動，直接體現在被加工工件表面的法線方向（誤差敏感方向）上，對加工精度的影響較大。

圖1 典型頭部旋流槽結構圖

表1 典型頭部旋流器旋流槽誤差，mm

（4）分度頭誤差。分度頭可以對工件進行準確的圓周分度，但旋轉任意角度時，手柄轉過孔盤會用某一近似值代替，存在分度誤差。不過分度誤差較小（角度誤差一般在15″之內），反映到弦長上的誤差可以不計。

2.2 刀具及切削參數

（1）刀具為定尺寸高速鋼立銑刀，其直徑不會產生誤差。銑刀出現崩刀時，能夠做到及時更換或刃磨，而且刃磨質量較好。

（2）立銑刀本身的擺動會造成尺寸的超差，當切削參數選擇不合理時，擺動會加大。但通過工藝檢查發現，操作者選取的切削參數比較合理。高速鋼立銑刀切削米數一般控制在18m/min以下，每齒進給量0.03mm，吃刀量5～6mm。

2.3 操作累積誤差

全程跟蹤、觀察操作者的操作過程，發現在刀具對中、偏移工件、吃刀深度、分度計算、搖動孔盤、掛輪確定螺旋角、旋轉工件、刀具找線、刀具入程出程等具體加工環節上，存在一定操作誤差。

但通過量化分析，發現上述每項誤差值均不大，且操作誤差屬于隨機誤差，不會產生如此有規律且方向一致的誤差。

2.4 擬合原理誤差

在機械零件加工中，某些曲面只有通過現代智能加工手段才能完全準確加工，因此在普通機床上，我們往往會采取近似的加工運動或刀具輪廓，這樣就導致了擬合原理誤差的產生。但經過分析認為，螺旋槽的擬合原理誤差主要反映在槽的底面而不是側面。

2.5 工藝原理問題

在普通銑床上使用普通刀具加工螺旋槽，其加工原理是利用掛輪控制螺旋角，利用刀具與工件的偏移控制梯形夾角，利用分度頭旋轉工件控制槽寬。其具體加工過程是：

刀具對中→首次偏移工件→加工首槽的第一個側面→依次旋轉工件、依次加工其他螺旋槽的第一個側面→反向偏移工件→旋轉工件→加工首槽的第二個側面→依次旋轉工件、依次加工其他螺旋槽的第二個側面。

對以上工藝順序反復檢查，工藝原理沒有問題。

2.6 計算方法問題

使用電腦模擬方法，全程驗證原計算方法。通過對φ175（12mm/ 9mm）、φ212（15mm/9mm）兩種規格旋流器進行模擬加工，發現加工后的法向截面槽寬尺寸為“12mm/ 9.48mm”、“15mm/11.83mm”，這是在不考慮其他因素情況下、直接產生的誤差，誤差值與工件實際超差值很接近。

2.7 誤差分析（表2）

通過定量分析，發現計算方法及反向偏移這兩個因素是導致槽寬超差的主要原因：

（1）加工第一個側面時，原加工方法按法向尺寸偏移，與工件的安裝反運行軌跡不符，應該按其在端面的投影尺寸偏移（按法向尺寸偏移，會造成梯形角度變小）。

（2）加工第二個側面時，反向旋轉角度的計算過程非常復雜，而且在旋轉過程中累計誤差也較大。

3計算方法改進與工藝優化

針對以上分析的結果，考慮采用新的計算方法和刀具找線方式，減小旋流槽加工誤差。

3.1 優化計算方法

（1）將槽寬的法向尺寸換算成端面投影尺寸（以15mm/11mm為例，見圖2）

（2）按投影尺寸計算偏移量（見圖3）

（3）導程計算

式中：

L——導程

D——工件外徑

β——螺旋升角

（4）掛輪計算

式中：

L——導程

S——工作臺絲杠螺距

40——分度頭定數

Z1、Z3——主動輪齒數

表2 對造成誤差產生的各因素分析

圖2 投影尺寸計算

圖3 偏移量計算

表3 新計算方法試驗數據

Z2、Z4——被動輪齒數

（5）分度計算

式中：

n——手柄轉數

θ——所需轉動角度，°

3.2 優化工藝

加工第二個側面時，不再按照計算角度旋轉，而是按照“按上口尺寸劃線、用刀具找線、保證上口尺寸”的方法旋轉。這種方法本身，不僅理論上相當于按照計算角度旋轉，而且跳過許多中間環節，有效進行了誤差轉移（見圖4）。

3.3 新工藝方法實踐

按照新的計算方式，進行若干次試驗，誤差結果見表3。從表3可以看出，產生的誤差由以前的0.8～1.0mm下降至0.1～0.4mm（主要分布在0.1～0.3mm），誤差明顯減少。誤差方向由以前的僅下口超差，變為上口和下口均有少量超差情況，誤差方向較隨機，較之前的方式有了較大的改善（見表3）。

圖4 優化后的方案

4結論

（1）在加工工藝、設備刀具、操作人員不變的情況下，計算方法與反向旋轉是影響旋流槽寬度誤差的主要原因。

（2）計算中按照法向尺寸偏移產生的誤差較小，類似件均可采用該計算方式以減小加工誤差。

（3）該計算方式較原方法有了較大改善，有效保證了頭部旋流槽在燃燒器中所起作用。

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1001-6171（2014）02-0052-03

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2013-07-13；編輯：孫娟