紡織錠桿超精機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

劉 靜

(洛陽LYC軸承有限公司技術(shù)中心，河南洛陽 471039)

隨著紡織行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)紡織錠桿的加工精度和表面質(zhì)量的要求不斷提高。為了提高紡織機(jī)械的加工速度，就必須減小錠桿與錠盤配合面的表面粗糙度值，從而達(dá)到提高錠桿轉(zhuǎn)速的目的。利用超精加工工藝可以顯著地減小錠桿的表面粗糙度值，因此我們?cè)O(shè)計(jì)和研發(fā)了一種新型的全自動(dòng)紡織錠桿超精機(jī)，用來超精加工紡織錠桿上與錠盤配合的部分，以減小配合面部分的粗糙度值，從而降低錠桿的噪聲，提高錠桿的轉(zhuǎn)速，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

1 工藝要求

圖1為被加工零件的示意圖。圖中，L1為需超精加工的長(zhǎng)度，L1≤10 mm，L=300～330 mm，ΦD=4～10 mm。

2 方案設(shè)計(jì)

超精加工是采用細(xì)粒度磨粒的油石在一定的壓力下作短行程的往復(fù)振動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件表面進(jìn)行微量磨削的一種光整加工方法。紡織錠桿超精有2個(gè)特點(diǎn):一是屬細(xì)長(zhǎng)桿工件;二是客戶為提高效率，要求粗超、精超一次裝夾，一次完成。

本超精機(jī)采用全自動(dòng)加工循環(huán)，為雙工位加工機(jī)床，分粗超和精超兩部分，加工區(qū)全封閉。工件靠雙滾輪支承并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，外加一輔助支承。超精加工由一振蕩的油石完成，采用偏心振蕩的方法加工。工件轉(zhuǎn)速、油石振蕩頻率和壓力均為無級(jí)可調(diào)。

啟動(dòng)冷卻電動(dòng)機(jī)，接通氣源，隔料缸伸出，工件從料盤上下來，隔料缸自動(dòng)縮回;托料缸上升，托起工件;送料缸縮回，使送料板帶動(dòng)工件到加工位置;下料缸伸出，將工件頂?shù)轿?加壓缸加壓，振蕩電動(dòng)機(jī)、工件電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始工作，超精結(jié)束后，加壓缸上，托料缸上，開始進(jìn)行下一循環(huán)。超精分粗超和精超兩部分，第一工位為粗超，第二工位為精超。在加工過程中，按工藝要求，程序自動(dòng)變換各種參數(shù)。

3 超精機(jī)的組成

圖2所示為錠桿超精機(jī)，采用雙工位布置，機(jī)床的總體尺寸為1 700 mm×1 000 mm×1 400 mm，主要由床身部件、工件軸部件、超精加工頭、上下料裝置、電氣數(shù)控系統(tǒng)等組成。

3.1 床身部件

機(jī)床床身采用高強(qiáng)度、低應(yīng)力的鑄鐵材料，使機(jī)床具有較大的強(qiáng)度和剛度，并經(jīng)二次時(shí)效處理，消除內(nèi)應(yīng)力，確保機(jī)床的精度具有長(zhǎng)期保持性和穩(wěn)定性。

床身下部空腔分2層，一側(cè)為冷卻油腔，另一側(cè)安裝傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在床身的前側(cè)裝有風(fēng)扇葉片，達(dá)到機(jī)床散熱的目的。

3.2 工件軸部件

工件的轉(zhuǎn)動(dòng)是采用雙滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，利用工件與滾輪間的摩擦力帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是由床身下部的無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步齒形帶帶動(dòng)其作同向旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可在規(guī)定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)。圖3為其工作原理圖，這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整較為方便。

3.3 超精加工頭

超精加工頭包括油石振動(dòng)機(jī)構(gòu)和油石加壓機(jī)構(gòu)，如圖4所示。

振蕩機(jī)構(gòu)是超精機(jī)的最重要部分，它一方面要承受超精加工的阻力，另一方面又要振動(dòng)。振蕩機(jī)構(gòu)有偏心式、往復(fù)活塞式、球搖桿式和超聲波振動(dòng)式等幾種。我們采用偏心式振蕩方式，利用偏心軸的方式將振蕩電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)方式變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)由偏心及偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)閿[桿的擺動(dòng)，從而產(chǎn)生油石的振蕩運(yùn)動(dòng)。油石加壓機(jī)構(gòu)采用加壓氣缸5壓緊油石夾，實(shí)現(xiàn)油石自動(dòng)補(bǔ)償作用。粗超時(shí)，加壓氣缸5通過減壓閥以壓力0.3～0.4 MPa的壓力作用于工件表面上;精超時(shí)，加壓氣缸通過減壓閥以壓力0.2～0.3 MPa的壓力作用于工件表面上。當(dāng)油石用到一定長(zhǎng)度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并停止，此時(shí)需更換油石。

3.4 上下料裝置

上下料裝置(圖5)由3個(gè)氣缸控制，包括1個(gè)控制送料板的氣缸1，控制滑板2上下的2個(gè)托料氣缸5，當(dāng)工件4從料盤進(jìn)入送料板3上的尼龍塊6上時(shí)，托料氣缸5抬高，送料氣缸1將滑板2、送料板3送至工作位置，托料氣缸5恢復(fù)原位，送料氣缸1伸出，油石加壓，開始超精加工。加工完成后，下料，進(jìn)行下一循環(huán)，粗精超可同時(shí)加工。

3.5 電氣控制系統(tǒng)

根據(jù)錠桿加工工藝要求，電氣控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能:

(1)手動(dòng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能;

(2)粗、精超次數(shù)及行程可調(diào)功能;

(3)超精過程中油石壓力轉(zhuǎn)換功能;

(4)工件軸電動(dòng)機(jī)及油石電動(dòng)機(jī)在超精過程中的頻率轉(zhuǎn)換功能。

根據(jù)上述工藝要求，主控制單元采用三菱FX1N－40MT可控編程器，軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制要求而設(shè)計(jì)，主要分為手動(dòng)、自動(dòng)及往復(fù)控制過程3大模塊。在控制電路中主要分為:

(1)撥碼盤控制電路:主要控制粗超、精超的可調(diào)次數(shù)，從而使工件達(dá)到最佳超精效果，超精行程的可調(diào)使可加工的錠桿范圍加大;

(2)工件軸電動(dòng)機(jī)及油石振蕩電動(dòng)機(jī)的變頻控制:工件軸電動(dòng)機(jī)及油石振蕩電動(dòng)機(jī)在工作過程中均有粗超、精超2個(gè)轉(zhuǎn)速。本超精機(jī)采用西門子MM420變頻器來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在超精過程中的頻率變換;

(3)超精頭的往復(fù)控制:利用PLC中Y0、Y1口的脈沖輸出功能來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)超精頭的精確往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)語

本錠桿超精機(jī)經(jīng)過紡織機(jī)械加工廠家的使用表明，該機(jī)床對(duì)錠桿超精后粗糙度Ra≤0.1 μm;由于采用全自動(dòng)的雙工位加工，加工效率非常高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

［1］頓涌泉，吳鑫，王統(tǒng)建，等.滾動(dòng)軸承制造裝備［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］吳宏偉，何冬梅，金雯麗，等.電氣應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)信息研究院，2005.