曹衛(wèi)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(jìn)

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

曹衛(wèi)亮，張喆

在燃燒器的結(jié)構(gòu)中，頭部旋流器旋流槽的大小對(duì)出風(fēng)量、風(fēng)速以及火焰長(zhǎng)度有直接的影響，但是在實(shí)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(shí)際的旋流槽加工工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，并對(duì)工藝計(jì)算方式進(jìn)行了優(yōu)化，大幅提高了旋流槽加工精度。

1加工誤差的問(wèn)題描述

典型頭部旋流槽加工圖如圖1所示。

在前期加工過(guò)程中，旋流槽的誤差形式表現(xiàn)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(shù)值較大，具體檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

這樣的誤差直接影響了燃燒器整體質(zhì)量，也導(dǎo)致了多件產(chǎn)品的報(bào)廢，對(duì)公司造成了一定的損失。

2加工誤差的理論分析

經(jīng)過(guò)對(duì)旋流槽的整個(gè)加工工藝、設(shè)備、人員操作等方面進(jìn)行分析，產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 機(jī)床精度問(wèn)題

（1）主軸垂直度誤差。垂直度誤差會(huì)導(dǎo)致槽形變化，但由于旋流槽的槽深尺寸很?。ㄒ话銥?0～ 15mm），因此在這個(gè)加工方向上產(chǎn)生的誤差值，不會(huì)成為超差的主要原因。

（2）傳動(dòng)穩(wěn)定。銑床傳動(dòng)鏈的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)為刀具擺動(dòng)，而通過(guò)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(rèn)為刀具擺動(dòng)產(chǎn)生的誤差應(yīng)在精度允許的范圍內(nèi)。

（3）掛輪誤差。掛輪誤差主要反映在螺旋角度上，不會(huì)產(chǎn)生在槽寬方向上。但掛輪傳動(dòng)不平穩(wěn)，使導(dǎo)軌與分度頭之間的合成運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，直接體現(xiàn)在被加工工件表面的法線方向（誤差敏感方向）上，對(duì)加工精度的影響較大。

圖1 典型頭部旋流槽結(jié)構(gòu)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(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)確的圓周分度，但旋轉(zhuǎn)任意角度時(shí)，手柄轉(zhuǎn)過(guò)孔盤會(huì)用某一近似值代替，存在分度誤差。不過(guò)分度誤差較小（角度誤差一般在15″之內(nèi)），反映到弦長(zhǎng)上的誤差可以不計(jì)。

2.2 刀具及切削參數(shù)

（1）刀具為定尺寸高速鋼立銑刀，其直徑不會(huì)產(chǎn)生誤差。銑刀出現(xiàn)崩刀時(shí)，能夠做到及時(shí)更換或刃磨，而且刃磨質(zhì)量較好。

（2）立銑刀本身的擺動(dòng)會(huì)造成尺寸的超差，當(dāng)切削參數(shù)選擇不合理時(shí)，擺動(dòng)會(huì)加大。但通過(guò)工藝檢查發(fā)現(xiàn)，操作者選取的切削參數(shù)比較合理。高速鋼立銑刀切削米數(shù)一般控制在18m/min以下，每齒進(jìn)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(guò)程，發(fā)現(xiàn)在刀具對(duì)中、偏移工件、吃刀深度、分度計(jì)算、搖動(dòng)孔盤、掛輪確定螺旋角、旋轉(zhuǎn)工件、刀具找線、刀具入程出程等具體加工環(huán)節(jié)上，存在一定操作誤差。

但通過(guò)量化分析，發(fā)現(xiàn)上述每項(xiàng)誤差值均不大，且操作誤差屬于隨機(jī)誤差，不會(huì)產(chǎn)生如此有規(guī)律且方向一致的誤差。

2.4 擬合原理誤差

在機(jī)械零件加工中，某些曲面只有通過(guò)現(xiàn)代智能加工手段才能完全準(zhǔn)確加工，因此在普通機(jī)床上，我們往往會(huì)采取近似的加工運(yùn)動(dòng)或刀具輪廓，這樣就導(dǎo)致了擬合原理誤差的產(chǎn)生。但經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，螺旋槽的擬合原理誤差主要反映在槽的底面而不是側(cè)面。

2.5 工藝原理問(wèn)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(zhuǎn)工件控制槽寬。其具體加工過(guò)程是：

刀具對(duì)中→首次偏移工件→加工首槽的第一個(gè)側(cè)面→依次旋轉(zhuǎn)工件、依次加工其他螺旋槽的第一個(gè)側(cè)面→反向偏移工件→旋轉(zhuǎn)工件→加工首槽的第二個(gè)側(cè)面→依次旋轉(zhuǎn)工件、依次加工其他螺旋槽的第二個(gè)側(cè)面。

對(duì)以上工藝順序反復(fù)檢查，工藝原理沒(méi)有問(wèn)題。

2.6 計(jì)算方法問(wèn)題

使用電腦模擬方法，全程驗(yàn)證原計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)φ175（12mm/ 9mm）、φ212（15mm/9mm）兩種規(guī)格旋流器進(jìn)行模擬加工，發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生的誤差，誤差值與工件實(shí)際超差值很接近。

2.7 誤差分析（表2）

通過(guò)定量分析，發(fā)現(xiàn)計(jì)算方法及反向偏移這兩個(gè)因素是導(dǎo)致槽寬超差的主要原因：

（1）加工第一個(gè)側(cè)面時(shí)，原加工方法按法向尺寸偏移，與工件的安裝反運(yùn)行軌跡不符，應(yīng)該按其在端面的投影尺寸偏移（按法向尺寸偏移，會(huì)造成梯形角度變?。?。

（2）加工第二個(gè)側(cè)面時(shí)，反向旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜，而且在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中累計(jì)誤差也較大。

3計(jì)算方法改進(jìn)與工藝優(yōu)化

針對(duì)以上分析的結(jié)果，考慮采用新的計(jì)算方法和刀具找線方式，減小旋流槽加工誤差。

3.1 優(yōu)化計(jì)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(jiàn)圖2）

（2）按投影尺寸計(jì)算偏移量（見(jiàn)圖3）

（3）導(dǎo)程計(jì)算

式中：

L——導(dǎo)程

D——工件外徑

β——螺旋升角

（4）掛輪計(jì)算

式中：

L——導(dǎo)程

S——工作臺(tái)絲杠螺距

40——分度頭定數(shù)

Z1、Z3——主動(dòng)輪齒數(shù)

表2 對(duì)造成誤差產(chǎn)生的各因素分析

圖2 投影尺寸計(jì)算

圖3 偏移量計(jì)算

表3 新計(jì)算方法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

Z2、Z4——被動(dòng)輪齒數(shù)

（5）分度計(jì)算

式中：

n——手柄轉(zhuǎn)數(shù)

θ——所需轉(zhuǎn)動(dòng)角度，°

3.2 優(yōu)化工藝

加工第二個(gè)側(cè)面時(shí)，不再按照計(jì)算角度旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)。這種方法本身，不僅理論上相當(dāng)于按照計(jì)算角度旋轉(zhuǎn)，而且跳過(guò)許多中間環(huán)節(jié)，有效進(jìn)行了誤差轉(zhuǎn)移（見(jiàn)圖4）。

3.3 新工藝方法實(shí)踐

按照新的計(jì)算方式，進(jìn)行若干次試驗(yàn)，誤差結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，產(chǎn)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?yōu)樯峡诤拖驴诰猩倭砍钋闆r，誤差方向較隨機(jī)，較之前的方式有了較大的改善（見(jiàn)表3）。

圖4 優(yōu)化后的方案

4結(jié)論

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

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

（3）該計(jì)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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TQ172.625.3

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1001-6171（2014）02-0052-03

中材（天津）重型機(jī)械有限公司，天津300400；

2013-07-13；編輯：孫娟