薄壁圓筒初圓整工藝及專用技術裝備設計

梁 睦 李 鉻 李 坤

(中原工學院機電學院，河南 鄭州450007)

在我國現有紡織機械如印染、漿紗機械產品中，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，有嚴格的密封性要求，又因轉速高，有動平衡要求［2］。為節省材料，降低造價，減輕重量，降低能耗，需采用無切削成形加工工藝，是紡織機械產品加工中的一項難題。

1 不銹鋼薄壁圓筒初步圓整傳統制作工藝中的問題

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，焊接兩端軸頭結合件→以薄壁圓筒外圓為基準加工兩端軸頭，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備之前，工人憑經驗，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，嚴重挫傷了工人的勞動積極性。因此設計制作初圓整專用設備，刻不容緩。

2 薄壁圓筒初圓整專用設備設計方案及工作原理

針對薄壁圓筒初圓整的現場工藝要求，筆者做出了以下設想:

(1)為了節省工作場地，提高工作效率，所設計的專用設備，應集檢驗與修整為一體，也就是盡可能在同一臺設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備上檢驗所造成的時間浪費和多次檢驗造成的重復無效勞動。

(2)薄壁圓筒在誤差檢測過程中，應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格的精度要求，用于檢驗的裝置、系統決不允許工人在設備上直接動榔頭修整;否則，薄壁圓筒的檢驗機構無論怎樣設計，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置在同一設備上，但必須采用完全不同的兩套機構，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，但是其功能的切換，或者說傳動裝置、系統的變換應該是盡可能簡單、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慣。

(5)專用設備不宜做得太龐大、太復雜，應當盡可能地節省空間，降低造價。

(6)針對產品特點(薄壁圓筒有不同的長度和直徑要求)，專用設備應具有較寬的適應性，應設計相應的調速機構［4］，并通過少量、簡單的零件調整，迅速適應不同規格產品的檢驗與修整要求。

按照上述設想，筆者參照無心磨削傳動原理，做出了相應的設計方案，如圖2 所示。

圖2 中由4 個鋼輥組成的傳動系統為薄壁圓筒的誤差檢測系統;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;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［5］，實現兩個主動鋼輥的同步轉動。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動。

驅使主動輥轉動的動力系統［3］，由電動機19、多盤無級調速器13、擺線針輪減速機11 及聯軸器12、18組成，操作工人可根據薄壁圓筒的直徑和轉速要求，在1∶10 的調速范圍內，轉動手輪合理調整鏈輪及薄壁圓筒的檢測轉速。

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中，由動力系統通過鏈傳動機構驅使，以一個合理的速度轉動;我們在兩個托架1 上放置了一根檢驗平尺2，并讓它靠近轉動的薄壁圓筒;由于檢驗平尺2 與托架1 間沒有設置任何固定裝置，當薄壁圓筒轉動時，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;當薄壁圓筒轉夠一周時，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，有利于提高系統剛性［6］，減小傳動系統受力變形。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、驅使兩個主動包膠輥同步轉動［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，處于靜止狀態;兩個主動包膠輥處于空轉狀態。

當薄壁圓筒由鋼棍檢驗系統檢測完誤差，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、聯軸器23、軸承座24、絲杠25 組成的第二套動力系統，通過絲杠螺母傳動，驅使與螺母連接的滑坐7 沿絲杠軸線方向移動，進而驅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，這時、薄壁圓筒完全由4 個包膠輥組成的修整系統支撐、驅使轉動，操作工人可在薄壁圓筒上做出誤差標識記號的位置，進行相應的敲擊、修整。結構設計中的手動搖柄，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動機構，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備設計與應用，從根本上改變了原有傳統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，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，因此這個項目的設計制作，受到了現場操作工人的好評。

同時、筆者也清醒地認識到，采用這種工藝與技術裝備，將薄壁圓筒的誤差控制在±1.5 mm 以內還行，但是要提高設備的整體轉速，必須將薄壁圓筒的形狀公差限制在更小的允許范圍內，如圖紙要求的±0.5 mm以內，甚至更小。這種精圓整的工藝及技術裝備設計，就必須另謀他途了，因此更嚴峻的挑戰還有待我們去攻克。

［1］楊志清.漿紗工程的現代化［J］.現代紡織技術，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圖冊［M］. 北京:化學工業出版社，1999:392 -413.

［4］黃真.空間機構學［M］.北京:機械工業出版社，1991:113 -120.

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

［6］成大先.機械設計圖冊［M］.北京:化學工業出版社.2000:203-251.