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FU266型磨膠輥機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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FU266型磨膠輥機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間: 2006/10/3 文章出處: 　

前言
在環(huán)錠紡牽伸機(jī)構(gòu)中，膠輥是重要的紡紗器材。在以紡中、粗號(hào)紗為主導(dǎo)產(chǎn)品的紡紗廠，膠輥回磨一直沿用傳統(tǒng)的設(shè)備和工藝。我國加入WTO后，為紡細(xì)號(hào)紗、織高檔布參與國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，國內(nèi)有不少紡紗廠從國外引進(jìn)了先進(jìn)的紡紗設(shè)備；但這些設(shè)備的膠輥磨損后在國產(chǎn)磨膠輥機(jī)上回磨很難達(dá)到質(zhì)量要求，這是紡紗廠普遍反映的-個(gè)技術(shù)難題，，
迄今為止，研究膠輥回磨質(zhì)量對(duì)成紗質(zhì)量的影響已在業(yè)內(nèi)人士中達(dá)成共識(shí)：紡優(yōu)質(zhì)紗、紡細(xì)號(hào)紗需要使用高精度的膠輥，而磨礪高精度的膠輥則需要功能先進(jìn)、精度高的磨膠輥機(jī)。
FU266型磨膠輥機(jī)正是為滿足應(yīng)用而研制開發(fā)的，下面對(duì)其設(shè)計(jì)原理及功能作簡(jiǎn)要介紹。
1 影響膠輥回磨質(zhì)量的幾何與物理因素
膠輥經(jīng)磨礪加工后的表面是由砂輪表面的磨粒與膠輥?zhàn)飨鄬?duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的刻痕組成的表面，，單位面積上的刻痕數(shù)越多，刻痕越細(xì)密、均勻，則表面粗糙度Ra值越小，此為膠輥磨礪過程中的幾何因素。膠輥材料軟、散熱性差，磨礪時(shí)砂輪容易被堵塞；加之磨粒切削刃口夾角較大，一般為90o～120o，磨削時(shí)切削刃呈負(fù)前角在膠輥表面滑擦、刻劃；由此產(chǎn)生的切削力和切削熱使加工面發(fā)生塑性變形。塑性變形會(huì)對(duì)膠輥的磨礪精度和表面粗糙度造成較大影響，此為膠輥磨礪過程中的物理因素。
國內(nèi)紡紗廠在20世紀(jì)80年代之前使用硬膠輥，硬度在邵爾A80度以上。1984年低硬度膠輥開始在紡紗廠使用，硬度在邵爾AT0度以下；與硬膠輥相比，它的磨礪工藝性更差一些(磨礪低硬度膠輥時(shí)，表面粗糙度更難達(dá)到質(zhì)量要求)。近幾年，紡織行業(yè)協(xié)會(huì)在紡紗生產(chǎn)中推廣使用表面不處理膠輥，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料介紹，這種膠輥較表面處理膠輥回磨周期延長(zhǎng)一倍左右，并且不繞花。使用表面不處理膠輥的必要條伺：是膠輥回磨后有理想的表面粗糙度，直接就能上車使用。試驗(yàn)證明：表面粗糙度受磨礪過程中的幾何因素和物理因素的影響，操作時(shí)可通過合理選擇磨削量等參數(shù)來加以控制。
2 膠輥磨礪運(yùn)動(dòng)與磨削用量
砂輪高速旋轉(zhuǎn)是磨削的主運(yùn)動(dòng)，由膠輥磨礪過程中的幾何因素可知：提高砂輪旋轉(zhuǎn)速度可以降低膠輥表面粗糙度值；但轉(zhuǎn)速太高會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)，對(duì)磨礪精度不利；因此，優(yōu)選主運(yùn)動(dòng)的線速度是控制磨礪質(zhì)量的關(guān)鍵之一。除主運(yùn)動(dòng)外，還有膠輥的轉(zhuǎn)速、縱向進(jìn)刀量和橫向進(jìn)刀量(吃刀深度)，改變其中的一個(gè)或幾個(gè)量都可以使磨礪過程中的幾何因素和物理因素發(fā)生變化。
當(dāng)主運(yùn)動(dòng)的線速度確定以后，磨削用量主要是研究其它三個(gè)量的合理配置。

表1列出了國產(chǎn)A802型磨膠輥機(jī)與FU266型磨膠輥機(jī)四個(gè)磨削用量的比較情況。
由表1可知：A802型磨膠輥機(jī)的前三個(gè)磨削量是定值，其中砂輪線速度隨著使用中的磨損和修整其直徑會(huì)變得越來越小，到必須更換新砂輪時(shí)線速度僅剩18 m/s。砂輪線速度降低，則膠輥表面粗糙度惡化，這是因?yàn)橥ㄟ^單位面積的磨粒數(shù)減少，切削厚度增加的緣故。磨礪膠輥時(shí)，砂輪磨粒的切削厚度是分析磨削狀態(tài)的重要因素。試驗(yàn)證明切削厚度與v和vw的比值有關(guān)，即：q=v/vw (1)
式中：
q--切削厚度；
v--砂輪線速度；
vw--膠輥線速度。
在試驗(yàn)中選用不同品種、不同規(guī)格的膠輥進(jìn)行磨礪，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析比較后，得q≈65時(shí)磨礪膠輥表面質(zhì)量最為理想。以細(xì)紗膠輥為例：
FU266砂輪線速度v=32 m/s
膠輥直徑Φ=30 mm．
膠輥線速度vw=0.03×π×320/60=0.5m/s
代人(1)式后，q=32/0.5=64
即取車頭轉(zhuǎn)速為320 r／min時(shí)，磨礪膠輥表面粗糙度Ra達(dá)至0.5μm和每小時(shí)90套的好水平。
q增大，作用于砂輪磨粒上的負(fù)荷隨之增加，磨削區(qū)的溫度也隨之升高甚至灼傷膠輥表面，導(dǎo)致膠輥表面粗糙度惡化。反之，q減小，磨礪膠輥表面質(zhì)量改善，但試驗(yàn)證明q小于60后膠輥表面幾何精度會(huì)受到一定的影響。通過(1)式我們還可得知：在砂輪磨損直徑變小后只要改變車頭速度vw，也可以把q控制在最佳磨削范圍內(nèi)。
縱向進(jìn)刀量Fv，和橫向進(jìn)刀量Ae的變化也會(huì)對(duì)磨削力、磨削熱、磨削效率造成影響：Fv和Ae加大，切削厚度增加，磨削力增大，磨削熱增高，膠輥表面粗糙度只n值增高；但磨削效率提高。FU266型磨膠輥機(jī)采用40 mm寬的砂輪磨削，粗磨時(shí)可選用較大的進(jìn)刀量Fv≈1000mm/min，Ae≤1mm。精磨時(shí)選用較低的進(jìn)刀量Fv≤800mm／min、Ae≤0.2mm，磨礪效果比較理想。
在膠輥磨礪運(yùn)動(dòng)中，砂輪磨損線速度下降是不可避免的；不同規(guī)格膠輥的直徑大小相差數(shù)十毫米，要取得相同的線速度就必須改變車頭的轉(zhuǎn)速；粗、精磨時(shí)所需要的縱向進(jìn)刀量也各不相同。總之，磨膠輥機(jī)的磨削用量應(yīng)能隨著使用條件的需要而變化，不然就無法滿足高質(zhì)量磨礪膠輥的需求，這便是FU266型磨膠輥機(jī)車頭采用變頻無級(jí)調(diào)速，縱向走刀采用液控?zé)o級(jí)調(diào)速的原因所在。
3 FU266型磨膠輥機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
膠輥的徑向跳動(dòng)是評(píng)定膠輥回磨質(zhì)量的重要指標(biāo)。徑向跳動(dòng)誤差也直接影響成紗條干質(zhì)量和紗線強(qiáng)度，在極端情況下還會(huì)生產(chǎn)出波紋紗。我國紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(FZ／T92013-1992)4.1.3規(guī)定上羅拉軸承外殼的徑向圓跳動(dòng)公差值不大于0.015mm；A802型磨膠輥機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q／YFJ 9302-2000)中4.3.4規(guī)定：磨礪膠輥的徑向圓跳動(dòng)不大于0.04mm，這項(xiàng)指標(biāo)明顯低于紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上羅拉軸承徑向圓跳動(dòng)公差的規(guī)定。眾所周知，回磨膠輥的徑向圓跳動(dòng)是一項(xiàng)綜合誤差，它包含：羅拉軸承誤差、裝夾定位誤差、機(jī)床精度誤差、測(cè)量誤差等。羅拉軸承誤差是羅拉軸承出廠時(shí)和使用磨損后已有的誤差，回磨時(shí)是無法降低的，回磨膠輥的責(zé)任是盡可能有效地控制好后幾項(xiàng)誤差，以保證膠輥回磨后的綜合誤差最��；為此，F(xiàn)U266型磨膠輥機(jī)從機(jī)械結(jié)構(gòu)到制造工藝均執(zhí)行了嚴(yán)格的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，并配套設(shè)計(jì)了專用的手動(dòng)或氣動(dòng)磨夾具。
3．1 FU266型磨膠輥機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
磨膠輥機(jī)的主要任務(wù)是磨礪橡膠、塑料等硬度較低的材料，因此它應(yīng)具有靈巧輕便、精度高并適應(yīng)大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。砂輪架(磨頭)是影響膠輥磨削質(zhì)量的重要部件，提高砂輪線速度v可減小切削厚度、降低切削力，從而得到理想的表面粗糙度。FU266型磨膠輥機(jī)將砂輪線速度設(shè)計(jì)為32 m/s，較A802型磨膠輥機(jī)提高12%。FU266型磨膠輥機(jī)的車頭采用交流變頻器調(diào)速，凋速范圍可根據(jù)需要在120 r／min～600 r／min之間選擇。車頭和尾架雖屬低速旋轉(zhuǎn)部件，但其精度對(duì)磨礪膠輥的質(zhì)量影響很大，裝配中要求主軸的徑向跳動(dòng)不大于0.005mm，軸向間隙不大于0.02mm；FU266型磨膠輥機(jī)工作時(shí)工作臺(tái)是固定不動(dòng)的，車頭、尾座都固定在工作臺(tái)上，砂輪架安裝在可作橫向移動(dòng)的小拖板上，轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿可完成橫向進(jìn)刀。小拖板與大拖板采用燕尾導(dǎo)軌相連接，工作時(shí)大拖板在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成縱向進(jìn)刀，其速度采用液控閥，可在200 mm／min一1000mm/min之間選擇。
3．2 磨夾具定位的基準(zhǔn)重合原則
磨礪膠輥裝夾時(shí)應(yīng)力求讓上羅拉軸承的制造基準(zhǔn)、磨礪裝夾的定位基準(zhǔn)和膠輥的使用基準(zhǔn)重合。上羅拉軸承的握持檔既是紡紗機(jī)上的使用基準(zhǔn)，又是上羅拉軸承的制造基準(zhǔn)，磨礪膠輥時(shí)以此處定位加工誤差最小。為此，F(xiàn)U266型磨膠輥機(jī)配套設(shè)計(jì)了專用的磨夾具，膠輥在夾具上定位夾緊的方式與其在紡紗機(jī)上的工作狀態(tài)相似；車頭通過一對(duì)行星齒輪帶動(dòng)一根浮動(dòng)的下羅拉旋轉(zhuǎn)，膠輥在夾具中定位后下羅拉在彈簧力的作用下緊貼膠輥表面旋轉(zhuǎn)，傳遞扭矩完成磨削。
該夾具與其它類型的夾具相比，其特點(diǎn)為：①一套磨夾具通過調(diào)換V型定位塊便可磨削不同規(guī)格的膠輥；②膠輥在夾具中裝夾定位后，其中心高不受膠輥直徑大小的影響而始終與砂輪回轉(zhuǎn)中心高保持等距。磨削理論上要求膠輥與砂輪的回轉(zhuǎn)中心應(yīng)該是等高的，但有些磨夾具傳遞扭距的下羅拉是固定的，膠輥在夾具中定位后是浮動(dòng)的，這樣就形成了膠輥外圓大磨礪中心就高，膠輥外圓小磨礪中心就低，對(duì)磨削力和磨礪精度造成不利的影響。FU266型磨膠輥機(jī)的磨夾具克服了這個(gè)缺點(diǎn)，保證各種不同直徑的膠輥都能在同一中心高的條件下磨礪。
一般工件在夾具中實(shí)現(xiàn)完全定位需要限制六個(gè)自由度，按膠輥的幾何形狀和精度要求我們主要是限制它在y和Z方向的四個(gè)自由度，忽略X方向的橫向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度。由于V形定位塊固定在夾具上不存在間隙，加上V形槽加工精度高，所以膠輥在V形槽中定位后誤差幾乎為零；因此，用該夾具磨礪膠輥定位精度高，可以穩(wěn)定磨礪質(zhì)量，，
3．3 自動(dòng)控制
磨礪膠輥是一種簡(jiǎn)單重復(fù)的勞動(dòng)，由于膠輥的用量大，使用精度要求較高，所以磨礪勞動(dòng)強(qiáng)度顯得比較大。一個(gè)熟練工人在A802型磨膠輥機(jī)上精磨一套細(xì)紗膠輥需要40 s左右的時(shí)間(一般兩個(gè)來回：頭一個(gè)來回用手動(dòng)，第二個(gè)來回用走刀)，每小時(shí)可磨礪90套膠輥，按每班磨礪600套膠輥計(jì)算，約需要7 h才能完成任務(wù)，手腳不停地干7 h，其勞動(dòng)強(qiáng)度可想而知。為此，F(xiàn)U266型磨膠輥機(jī)在設(shè)計(jì)過程中注重將機(jī)械、液壓、氣動(dòng)技術(shù)與PLC邏輯控制技術(shù)相結(jié)合，來滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。一種專門配套設(shè)計(jì)的自動(dòng)上、下料氣動(dòng)夾具，只需人工在上料斗放入膠輥和從落料斗·收拾磨好的膠輥，其它工作均由機(jī)器自動(dòng)完成。其流程為：卡爪上料→氣動(dòng)夾緊→縱向走刀啟動(dòng)→快速粗磨一個(gè)來回→慢速精磨(快進(jìn)→工進(jìn)→快進(jìn)→工進(jìn)，逆向返回)一個(gè)來回→縱向走刀停止→卡爪卸料→(新一輪工作循環(huán)開始)。
采用自動(dòng)上、下料磨夾具，可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度或一人看兩臺(tái)以上的機(jī)床，，根據(jù)不同的要求，產(chǎn)量為70套／h～90套／h；若選用手工夾具生產(chǎn)，上、下料采用偏心夾緊也很方便，控制程序與氣動(dòng)夾具相同。
4 結(jié)束語
棉紡廠每天都面對(duì)著大量的膠輥回磨任務(wù)，在年復(fù)一年的生產(chǎn)實(shí)踐中人們通過不斷的努力已探索出一套完整的生產(chǎn)工藝和利，學(xué)的質(zhì)量管理辦法，為我國4 000多萬紗錠正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了合格的膠輥。隨著社會(huì)發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，國產(chǎn)新型紡紗機(jī)的開發(fā)投產(chǎn)與國外先進(jìn)紡紗機(jī)一樣需要使用高質(zhì)量的膠輥；國內(nèi)棉紡行業(yè)推廣使用的低硬度膠輥、表面不處理膠輥需要高質(zhì)量的磨礪；因此，使用高質(zhì)量的膠輥是紡紗

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