薄壁圆筒初圆整工艺及专用技术装备设计

梁 睦 李 铬 李 坤

(中原工学院机电学院，河南 郑州450007)

在我国现有纺织机械如印染、浆纱机械产品中，有许多烘筒类零件［1］，采用3 mm 厚的0Cr19Ni9 不锈钢薄板制作，其规格有:Ф570 mm、φ800 mm、φ1200 mm 等直径系列;1600 mm、1800 mm、2000 mm、2200 mm、2400 mm等长度系列。它属于压力容器，有严格的密封性要求，又因转速高，有动平衡要求［2］。为节省材料，降低造价，减轻重量，降低能耗，需采用无切削成形加工工艺，是纺织机械产品加工中的一项难题。

1 不锈钢薄壁圆筒初步圆整传统制作工艺中的问题

我们以Ф800 mm、长2000 mm 的不锈钢烘筒为例，图1 为其零件图。

其传统工艺流程:3 mm 厚不锈钢板按圆筒周长切割下料→卷圆机卷圆→缝隙焊接→焊道磨削、修整→焊道酸洗钝化→圆筒初圆整→圆筒精圆整→两端面切割修整→安装中间辐撑，焊接两端轴头结合件→以薄壁圆筒外圆为基准加工两端轴头，以满足烘筒的同轴度、径向跳动、直线度以及整体的动平衡要求。

在此工艺流程中，初圆整的允许圆柱度误差是±1.5 mm;在没有初圆整专用设备之前，工人凭经验，用木榔头敲敲打打，工作效率低，占地面积大，工作枯燥，重复劳动强度很大;一些年轻工人辛苦一天，因为通过验收的合格率太低，严重挫伤了工人的劳动积极性。因此设计制作初圆整专用设备，刻不容缓。

2 薄壁圆筒初圆整专用设备设计方案及工作原理

针对薄壁圆筒初圆整的现场工艺要求，笔者做出了以下设想:

(1)为了节省工作场地，提高工作效率，所设计的专用设备，应集检验与修整为一体，也就是尽可能在同一台设备上完成薄壁圆筒的自我检验和修整功能［3］，避免工人修整之后再去不同设备上检验所造成的时间浪费和多次检验造成的重复无效劳动。

(2)薄壁圆筒在误差检测过程中，应能比较方便地判定最大误差存在的位置，以便作出记号，为薄壁圆筒的下一步修整工序提供方便。

(3)由于薄壁圆筒的检验有严格的精度要求，用于检验的装置、系统决不允许工人在设备上直接动榔头修整;否则，薄壁圆筒的检验机构无论怎样设计，都无法同时满足其使用寿命要求和检验精度要求。也就是说，检验与修整两种功能虽然设置在同一设备上，但必须采用完全不同的两套机构，各司其职，各尽所用。

(4)薄壁圆筒的检验与修整虽然采用两套不同的传动系统，但是其功能的切换，或者说传动装置、系统的变换应该是尽可能简单、方便。用不着工人花费太多的时间和太大的力气，而且要尽可能符合操作工人的习惯。

(5)专用设备不宜做得太庞大、太复杂，应当尽可能地节省空间，降低造价。

(6)针对产品特点(薄壁圆筒有不同的长度和直径要求)，专用设备应具有较宽的适应性，应设计相应的调速机构［4］，并通过少量、简单的零件调整，迅速适应不同规格产品的检验与修整要求。

按照上述设想，笔者参照无心磨削传动原理，做出了相应的设计方案，如图2 所示。

图2 中由4 个钢辊组成的传动系统为薄壁圆筒的误差检测系统;钢辊轴向间距较大，有利于提高检测精度;钢辊的轴承座5 和支撑架全部固定在底座4 上;位置不可调;其中主动钢辊21 由主动钢辊通轴15 连接，通过链轮8、9、10 组成的链传动系统［5］，实现两个主动钢辊的同步转动。两个从动钢辊3 分别固定在底座上，支撑薄壁圆筒并依靠薄壁圆筒和从动钢辊之间的摩擦力转动。

驱使主动辊转动的动力系统［3］，由电动机19、多盘无级调速器13、摆线针轮减速机11 及联轴器12、18组成，操作工人可根据薄壁圆筒的直径和转速要求，在1∶10 的调速范围内，转动手轮合理调整链轮及薄壁圆筒的检测转速。

在薄壁圆筒误差检测时，薄壁圆筒被放置在4 个钢辊组成的检测系统中，由动力系统通过链传动机构驱使，以一个合理的速度转动;我们在两个托架1 上放置了一根检验平尺2，并让它靠近转动的薄壁圆筒;由于检验平尺2 与托架1 间没有设置任何固定装置，当薄壁圆筒转动时，就会自然推动检验平尺外移，操作工人即可在检验平尺2 和薄壁圆筒间看到间隙;当薄壁圆筒转够一周时，薄壁圆筒与检验平尺之间的最大间隙，就是被检测薄壁圆筒的最大不圆柱度误差;薄壁圆筒与检验平尺间没有间隙处，就是薄壁圆筒误差最大点位置，也正是需要修正的位置，我们可用白板笔在薄壁圆筒需要修正的位置上做一记号(画一条线)，以备下一步检修时，用木榔头进行有效的敲打、修整。

薄壁圆筒的修整系统由4 个包胶辊组成，与检验钢辊相比，包胶辊轴向间距较小，有利于提高系统刚性［6］，减小传动系统受力变形。包胶的作用也是减轻辊筒的受力变形;其中两个主动包胶辊20、轴承座和托架固定在底座4 上，用主动包胶辊通轴14 连接、驱使两个主动包胶辊同步转动［5］;两个从动包胶辊16 分别安装在可滑移的滑座7 上，在薄壁圆筒误差检测时，薄壁圆筒落在4 个检验钢辊上，而4 个包胶辊中心线间跨距较大，与薄壁圆筒不接触，此时，两个安装在滑座上的从动包胶辊远离薄壁圆筒，处于静止状态;两个主动包胶辊处于空转状态。

当薄壁圆筒由钢棍检验系统检测完误差，并在薄壁圆筒的最大误差处画出记号后，采用由减速电动机22、联轴器23、轴承座24、丝杠25 组成的第二套动力系统，通过丝杠螺母传动，驱使与螺母连接的滑坐7 沿丝杠轴线方向移动，进而驱动固定在滑座上的两个从动包胶辊向主动包胶辊轴线方向靠近，如图2 所示:由于包胶辊轴心线高度高于检验钢棍轴心线50 mm，在从动包胶辊向主动包胶辊轴心线方向靠近时，从动包胶辊会逐渐推动薄壁圆筒脱离检验钢棍，托起并变换薄壁圆筒的位置，使其靠近并逐渐被4 个包胶修整辊支撑、托起，使薄壁圆筒脱离检验钢棍系统，这时、薄壁圆筒完全由4 个包胶辊组成的修整系统支撑、驱使转动，操作工人可在薄壁圆筒上做出误差标识记号的位置，进行相应的敲击、修整。结构设计中的手动摇柄，可用于薄壁圆筒在检验工序和修整工序间的手动切换操作。

对薄壁圆筒进行一番敲击修整之后，操作工人再通过丝杠螺母驱动机构，拉开包胶修整辊中心线间的跨距，让薄壁圆筒落在检验钢辊系统上再次检验，接着再次修整，即可有效缩小薄壁圆筒的误差，使其逐渐达到初圆整工艺的检验精度要求。

3 使用效果

薄壁圆筒初圆整专用设备设计与应用，从根本上改变了原有传统手工操作的混乱局面，工作场地面积减小为原来的1/4，有效地减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，更重要的是，明确了操作工人的工作目标，使工人自我检测有针对性的修整，提高了工人的工作热情和积极性，有效缓和了操作工人与检验人员之间的矛盾，因此这个项目的设计制作，受到了现场操作工人的好评。

同时、笔者也清醒地认识到，采用这种工艺与技术装备，将薄壁圆筒的误差控制在±1.5 mm 以内还行，但是要提高设备的整体转速，必须将薄壁圆筒的形状公差限制在更小的允许范围内，如图纸要求的±0.5 mm以内，甚至更小。这种精圆整的工艺及技术装备设计，就必须另谋他途了，因此更严峻的挑战还有待我们去攻克。

［1］杨志清.浆纱工程的现代化［J］.现代纺织技术，2007(5):39 -43.

［2］孙桓，陈作模. 机械原理［M］. 北京:高等教育出版社，2005:196-227.

［3］黄平. 常用机械零件及机构图册［M］. 北京:化学工业出版社，1999:392 -413.

［4］黄真.空间机构学［M］.北京:机械工业出版社，1991:113 -120.

［5］濮良贵.机械设计［M］.北京:高等教育出版社，2007:389 -408

［6］成大先.机械设计图册［M］.北京:化学工业出版社.2000:203-251.