碳塊雙面銑磨加工動力頭微調裝置的設計與應用*

嚴小林 劉桂芝 張 明

(①泰興市晨光高新技術開發(fā)有限公司，江蘇泰興 225400;②南京工程學院，江蘇南京 211167)

為滿足國家鋼鐵行業(yè)及其他節(jié)能環(huán)保行業(yè)對高爐碳塊、鋁用陰極碳塊及核電用堆內構件碳塊的要求，國家在YB/T4246－2011《炭塊和炭磚尺寸及表面加工要求》的標準中對高爐碳塊、陰極碳塊、環(huán)形碳塊的加工精度都做了具體明確的要求(見表1)。

表1 YB/T4246－2011對碳塊精度的要求 mm

從表1中看出這些行業(yè)對碳塊的尺寸公差，特別是面與面間的形位公差要求較高，從而對碳塊加工設備結構方面及設備加工能力提出了同步要求。根據(jù)碳塊加工工藝:安裝碳塊的工作臺兩側分別布置有兩組銑削機組和兩組磨削機組，由銑磨復合加工機床共同完成碳塊四側平面的粗精加工。雖碳塊的加工精度及加工效率有了很大的提高，但由于設備在設計、安裝調試過程中存在制造誤差及結構問題，使得碳塊加工常出現(xiàn)形位誤差超差，嚴重影響碳塊加工質量及加工效率。為此，對設備中加工的銑磨頭機組進行了改進設計，在銑磨頭機組的動力頭部分增加了微調裝置，提高了碳塊的加工精度，保證了碳塊加工質量的穩(wěn)定性［1］。

1 雙面銑磨加工中常見的加工缺陷及原因

1.1 數(shù)控碳塊銑磨復合加工機床［2］

數(shù)控碳塊銑磨加工機床是碳塊進入臥式數(shù)控復合加工機床完成碳塊上下兩表面上孔槽等最終加工的前工序，其加工質量直接影響碳塊的最終加工質量。設備的組成為:工作臺的兩側分別布置兩組銑削機組和兩組磨削機組。銑削機組用于粗加工，磨削機組用于精加工。工作臺的移動實現(xiàn)銑削、磨削過程的走刀運動，兩銑削機組及磨削機組的進給實現(xiàn)銑與磨的切深進給。磨削加工機組簡圖見圖1，銑削加工機組的布置與磨削相同。

1.2 設備加工缺陷及原因分析

碳塊的磨削機組直接影響碳塊的最終加工質量，碳塊加工過程中，尺寸精度受磨削機組切深進給運動的控制，提高設備的切深進給運動的定位精度與重復定位精度，就能滿足碳塊加工的尺寸精度要求。對于碳塊各面間的形位誤差，受到設備安裝精度、安裝調試后后續(xù)地基變化及機床剛性的影響。具體加工缺陷及原因分析見表2。

表2 加工缺陷分析

通過對碳塊加工產(chǎn)生的形位誤差及產(chǎn)生誤差原因的分析，造成碳塊平面度、平行度、垂直度超出標準的要求，其原因歸結起來:(1)動力頭主軸中心線與加工基準面的水平與垂直方向位置關系的變化產(chǎn)生;(2)地基與機床剛性問題也直接影響主軸軸心線與加工基準面的位置關系。其中，地基與機床剛性對主軸軸心線與加工基準面的位置關系的影響，在機床設備的設計階段與設備的安裝使用過程中通過調整應可以避免。而動力頭主軸軸心線與加工基準面的水平與垂直方向位置關系對碳塊加工精度的影響，需對加工設備的結構進行調整才可消除。

2 雙面銑磨加工動力頭的調整裝置［2－3］

為了方便調整動力頭主軸軸心線與加工基準面的水平與垂直方向位置關系，在動力機組部分分別設計水平及垂直調整裝置。

2.1 水平調整裝置結構

水平方向調整裝置的結構如圖2所示。

通過調整螺栓3，推動動力箱體圍繞回轉軸1旋轉，由此調整主軸軸心線在水平面內與工作臺移動方向間夾角大小(見圖3)。調整量的大小可根據(jù)試加工碳塊檢查實際狀況或操作者積累的經(jīng)驗判定。調整量的讀數(shù)需與百分表配合使用。

2.2 垂直調整裝置結構

垂直方向的調整裝置如圖4所示。

調整時，旋轉手輪8，蝸桿軸9上的兩蝸桿10隨手輪轉動，帶動與蝸桿相嚙合蝸輪6旋轉，旋轉的蝸輪帶著固定于蝸輪上的梯形螺母5旋轉，使梯形絲桿鉸鏈桿7作向上或向下的移動。通過梯形絲桿鉸鏈桿上部的銷軸13，推動十字擺桿12及固定于動力箱體上的后支架11同時升降，動力箱體通過回轉體1繞固定軸2旋轉，使主軸軸心線在垂直平面內擺動(見圖5)。固定支架3及鎖緊螺栓4用于主軸軸心線旋轉達到要求后鎖緊動力箱體。調整量的大小可根據(jù)試加工碳塊檢查實際狀況或操作者積累的經(jīng)驗判定，調整量的讀數(shù)需與百分表配合使用。

3 調整裝置實際使用效果

加工過程中，對加工碳塊的精度作一次全面的檢查，針對檢查出現(xiàn)的問題，采取相應調整方法。

如出現(xiàn)與加工基準面垂直度超差，則應進行垂直方向的調整，哪個方向超差應調整相應方向的動力頭。調整量的大小與檢驗的垂直度的數(shù)值、碳塊的截面尺寸及百分表檢查的位置有關。建議百分表檢查位置設定在垂直度最大或最小值處，按垂直度檢驗值的一半調整即可。平行度超差應與垂直度超差一并考慮，同時解決。調整時，需要注意的是應將圖4中的鎖緊螺栓4先松開。調整達到要求后，再將其鎖緊。

如出現(xiàn)平面度超差或碳塊上端出現(xiàn)塌角(說明后刀盤磨片帶刀)，則應進行水平方向的調整。調整時，根據(jù)調整的方向，松開圖2中的調整支架的4個螺栓3，松開垂直方向壓緊螺栓4，向調整方向頂緊，達到所需的方向及調整量大小后壓緊垂直方向的螺釘，頂緊調整支架上其余調整螺栓。

4 結語

通過在碳塊雙面銑磨加工機床上增加動力頭的水平及垂直的調整裝置，使整套設備調整方便、快捷、直觀，對提高碳塊加工精度效果顯著，保證了碳塊加工質量的穩(wěn)定性，受到機床用戶的好評。為國家鋼鐵行業(yè)及其他節(jié)能環(huán)保行業(yè)對高爐碳塊、鋁用陰極碳塊及核電用堆內構件碳塊加工的高要求提供了有力的保證。

［1］YB/T4246－2011 炭塊和炭磚尺寸及表面加工要求［S］.北京:冶金工業(yè)出版社，2012.

［2］機床設計手冊編寫組.機床設計手冊(3)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1986.

［3］陳宏鈞.機械加工工藝裝備設計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2008.