紡織錠桿超精機的設(shè)計與研究

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，因此我們設(shè)計和研發(fā)了一種新型的全自動紡織錠桿超精機，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，具有較高的實用價值。

1 工藝要求

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

2 方案設(shè)計

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

本超精機采用全自動加工循環(huán)，為雙工位加工機床，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可調(diào)。

啟動冷卻電動機，接通氣源，隔料缸伸出，工件從料盤上下來，隔料缸自動縮回;托料缸上升，托起工件;送料缸縮回，使送料板帶動工件到加工位置;下料缸伸出，將工件頂?shù)轿?加壓缸加壓，振蕩電動機、工件電動機、步進電動機開始工作，超精結(jié)束后，加壓缸上，托料缸上，開始進行下一循環(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，程序自動變換各種參數(shù)。

3 超精機的組成

圖2所示為錠桿超精機，采用雙工位布置，機床的總體尺寸為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

機床床身采用高強度、低應力的鑄鐵材料，使機床具有較大的強度和剛度，并經(jīng)二次時效處理，消除內(nèi)應力，確保機床的精度具有長期保持性和穩(wěn)定性。

床身下部空腔分2層，一側(cè)為冷卻油腔，另一側(cè)安裝傳動電動機，在床身的前側(cè)裝有風扇葉片，達到機床散熱的目的。

3.2 工件軸部件

工件的轉(zhuǎn)動是采用雙滾輪轉(zhuǎn)動，利用工件與滾輪間的摩擦力帶動工件旋轉(zhuǎn)。滾輪的轉(zhuǎn)動是由床身下部的無級調(diào)速電動機經(jīng)同步齒形帶帶動其作同向旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可在規(guī)定的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。圖3為其工作原理圖，這種機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，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機構(gòu)和油石加壓機構(gòu)，如圖4所示。

振蕩機構(gòu)是超精機的最重要部分，它一方面要承受超精加工的阻力，另一方面又要振動。振蕩機構(gòu)有偏心式、往復活塞式、球搖桿式和超聲波振動式等幾種。我們采用偏心式振蕩方式，利用偏心軸的方式將振蕩電動機6的旋轉(zhuǎn)方式變?yōu)橥鶑瓦\動，經(jīng)由偏心及偏心調(diào)節(jié)機構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)閿[桿的擺動，從而產(chǎn)生油石的振蕩運動。油石加壓機構(gòu)采用加壓氣缸5壓緊油石夾，實現(xiàn)油石自動補償作用。粗超時，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，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。當油石用到一定長度時，系統(tǒng)報警并停止，此時需更換油石。

3.4 上下料裝置

上下料裝置(圖5)由3個氣缸控制，包括1個控制送料板的氣缸1，控制滑板2上下的2個托料氣缸5，當工件4從料盤進入送料板3上的尼龍塊6上時，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，進行下一循環(huán)，粗精超可同時加工。

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)要實現(xiàn)以下功能:

(1)手動、自動轉(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)工件軸電動機及油石電動機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，主要分為手動、自動及往復控制過程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)工件軸電動機及油石振蕩電動機的變頻控制:工件軸電動機及油石振蕩電動機在工作過程中均有粗超、精超2個轉(zhuǎn)速。本超精機采用西門子MM420變頻器來實現(xiàn)電動機在超精過程中的頻率變換;

(3)超精頭的往復控制:利用PLC中Y0、Y1口的脈沖輸出功能來控制步進電動機實現(xiàn)超精頭的精確往復運動。

4 結(jié)語

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

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

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