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FU266型磨膠輥機的設計與應用

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FU266型磨膠輥機的設計與應用

發布時間: 2006/10/3 文章出處: 　

前言
在環錠紡牽伸機構中，膠輥是重要的紡紗器材。在以紡中、粗號紗為主導產品的紡紗廠，膠輥回磨一直沿用傳統的設備和工藝。我國加入WTO后，為紡細號紗、織高檔布參與國際市場競爭，國內有不少紡紗廠從國外引進了先進的紡紗設備；但這些設備的膠輥磨損后在國產磨膠輥機上回磨很難達到質量要求，這是紡紗廠普遍反映的-個技術難題，，
迄今為止，研究膠輥回磨質量對成紗質量的影響已在業內人士中達成共識：紡優質紗、紡細號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、精度高的磨膠輥機。
FU266型磨膠輥機正是為滿足應用而研制開發的，下面對其設計原理及功能作簡要介紹。
1 影響膠輥回磨質量的幾何與物理因素
膠輥經磨礪加工后的表面是由砂輪表面的磨粒與膠輥作相對運動而產生的刻痕組成的表面，，單位面積上的刻痕數越多，刻痕越細密、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，磨削時切削刃呈負前角在膠輥表面滑擦、刻劃；由此產生的切削力和切削熱使加工面發生塑性變形。塑性變形會對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。
國內紡紗廠在20世紀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，表面粗糙度更難達到質量要求)。近幾年，紡織行業協會在紡紗生產中推廣使用表面不處理膠輥，據統計資料介紹，這種膠輥較表面處理膠輥回磨周期延長一倍左右，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，操作時可通過合理選擇磨削量等參數來加以控制。
2 膠輥磨礪運動與磨削用量
砂輪高速旋轉是磨削的主運動，由膠輥磨礪過程中的幾何因素可知：提高砂輪旋轉速度可以降低膠輥表面粗糙度值；但轉速太高會引起機械振動，對磨礪精度不利；因此，優選主運動的線速度是控制磨礪質量的關鍵之一。除主運動外，還有膠輥的轉速、縱向進刀量和橫向進刀量(吃刀深度)，改變其中的一個或幾個量都可以使磨礪過程中的幾何因素和物理因素發生變化。
當主運動的線速度確定以后，磨削用量主要是研究其它三個量的合理配置。

表1列出了國產A802型磨膠輥機與FU266型磨膠輥機四個磨削用量的比較情況。
由表1可知：A802型磨膠輥機的前三個磨削量是定值，其中砂輪線速度隨著使用中的磨損和修整其直徑會變得越來越小，到必須更換新砂輪時線速度僅剩18 m/s。砂輪線速度降低，則膠輥表面粗糙度惡化，這是因為通過單位面積的磨粒數減少，切削厚度增加的緣故。磨礪膠輥時，砂輪磨粒的切削厚度是分析磨削狀態的重要因素。試驗證明切削厚度與v和vw的比值有關，即：q=v/vw (1)
式中：
q--切削厚度；
v--砂輪線速度；
vw--膠輥線速度。
在試驗中選用不同品種、不同規格的膠輥進行磨礪，并對其結果進行分析比較后，得q≈65時磨礪膠輥表面質量最為理想。以細紗膠輥為例：
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
即取車頭轉速為320 r／min時，磨礪膠輥表面粗糙度Ra達至0.5μm和每小時90套的好水平。
q增大，作用于砂輪磨粒上的負荷隨之增加，磨削區的溫度也隨之升高甚至灼傷膠輥表面，導致膠輥表面粗糙度惡化。反之，q減小，磨礪膠輥表面質量改善，但試驗證明q小于60后膠輥表面幾何精度會受到一定的影響。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。
縱向進刀量Fv，和橫向進刀量Ae的變化也會對磨削力、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型磨膠輥機采用40 mm寬的砂輪磨削，粗磨時可選用較大的進刀量Fv≈1000mm/min，Ae≤1mm。精磨時選用較低的進刀量Fv≤800mm／min、Ae≤0.2mm，磨礪效果比較理想。
在膠輥磨礪運動中，砂輪磨損線速度下降是不可避免的；不同規格膠輥的直徑大小相差數十毫米，要取得相同的線速度就必須改變車頭的轉速；粗、精磨時所需要的縱向進刀量也各不相同。總之，磨膠輥機的磨削用量應能隨著使用條件的需要而變化，不然就無法滿足高質量磨礪膠輥的需求，這便是FU266型磨膠輥機車頭采用變頻無級調速，縱向走刀采用液控無級調速的原因所在。
3 FU266型磨膠輥機的結構特點
膠輥的徑向跳動是評定膠輥回磨質量的重要指標。徑向跳動誤差也直接影響成紗條干質量和紗線強度，在極端情況下還會生產出波紋紗。我國紡織行業標準(FZ／T92013-1992)4.1.3規定上羅拉軸承外殼的徑向圓跳動公差值不大于0.015mm；A802型磨膠輥機企業標準(Q／YFJ 9302-2000)中4.3.4規定：磨礪膠輥的徑向圓跳動不大于0.04mm，這項指標明顯低于紡織行業標準對上羅拉軸承徑向圓跳動公差的規定。眾所周知，回磨膠輥的徑向圓跳動是一項綜合誤差，它包含：羅拉軸承誤差、裝夾定位誤差、機床精度誤差、測量誤差等。羅拉軸承誤差是羅拉軸承出廠時和使用磨損后已有的誤差，回磨時是無法降低的，回磨膠輥的責任是盡可能有效地控制好后幾項誤差，以保證膠輥回磨后的綜合誤差最小；為此，FU266型磨膠輥機從機械結構到制造工藝均執行了嚴格的內控標準，并配套設計了專用的手動或氣動磨夾具。
3．1 FU266型磨膠輥機的結構特點
磨膠輥機的主要任務是磨礪橡膠、塑料等硬度較低的材料，因此它應具有靈巧輕便、精度高并適應大批量生產等特點。砂輪架(磨頭)是影響膠輥磨削質量的重要部件，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型磨膠輥機將砂輪線速度設計為32 m/s，較A802型磨膠輥機提高12%。FU266型磨膠輥機的車頭采用交流變頻器調速，凋速范圍可根據需要在120 r／min～600 r／min之間選擇。車頭和尾架雖屬低速旋轉部件，但其精度對磨礪膠輥的質量影響很大，裝配中要求主軸的徑向跳動不大于0.005mm，軸向間隙不大于0.02mm；FU266型磨膠輥機工作時工作臺是固定不動的，車頭、尾座都固定在工作臺上，砂輪架安裝在可作橫向移動的小拖板上，轉動絲桿可完成橫向進刀。小拖板與大拖板采用燕尾導軌相連接，工作時大拖板在液壓缸的驅動下作往復運動完成縱向進刀，其速度采用液控閥，可在200 mm／min一1000mm/min之間選擇。
3．2 磨夾具定位的基準重合原則
磨礪膠輥裝夾時應力求讓上羅拉軸承的制造基準、磨礪裝夾的定位基準和膠輥的使用基準重合。上羅拉軸承的握持檔既是紡紗機上的使用基準，又是上羅拉軸承的制造基準，磨礪膠輥時以此處定位加工誤差最小。為此，FU266型磨膠輥機配套設計了專用的磨夾具，膠輥在夾具上定位夾緊的方式與其在紡紗機上的工作狀態相似；車頭通過一對行星齒輪帶動一根浮動的下羅拉旋轉，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，傳遞扭矩完成磨削。
該夾具與其它類型的夾具相比，其特點為：①一套磨夾具通過調換V型定位塊便可磨削不同規格的膠輥；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中心高保持等距。磨削理論上要求膠輥與砂輪的回轉中心應該是等高的，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，對磨削力和磨礪精度造成不利的影響。FU266型磨膠輥機的磨夾具克服了這個缺點，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現完全定位需要限制六個自由度，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方向的四個自由度，忽略X方向的橫向移動和旋轉兩個自由度。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，可以穩定磨礪質量，，
3．3 自動控制
磨礪膠輥是一種簡單重復的勞動，由于膠輥的用量大，使用精度要求較高，所以磨礪勞動強度顯得比較大。一個熟練工人在A802型磨膠輥機上精磨一套細紗膠輥需要40 s左右的時間(一般兩個來回：頭一個來回用手動，第二個來回用走刀)，每小時可磨礪90套膠輥，按每班磨礪600套膠輥計算，約需要7 h才能完成任務，手腳不停地干7 h，其勞動強度可想而知。為此，FU266型磨膠輥機在設計過程中注重將機械、液壓、氣動技術與PLC邏輯控制技術相結合，來滿足自動化生產的需求。一種專門配套設計的自動上、下料氣動夾具，只需人工在上料斗放入膠輥和從落料斗·收拾磨好的膠輥，其它工作均由機器自動完成。其流程為：卡爪上料→氣動夾緊→縱向走刀啟動→快速粗磨一個來回→慢速精磨(快進→工進→快進→工進，逆向返回)一個來回→縱向走刀停止→卡爪卸料→(新一輪工作循環開始)。
采用自動上、下料磨夾具，可減輕工人的勞動強度或一人看兩臺以上的機床，，根據不同的要求，產量為70套／h～90套／h；若選用手工夾具生產，上、下料采用偏心夾緊也很方便，控制程序與氣動夾具相同。
4 結束語
棉紡廠每天都面對著大量的膠輥回磨任務，在年復一年的生產實踐中人們通過不斷的努力已探索出一套完整的生產工藝和利，學的質量管理辦法，為我國4 000多萬紗錠正常運轉提供了合格的膠輥。隨著社會發展和技術的進步，國產新型紡紗機的開發投產與國外先進紡紗機一樣需要使用高質量的膠輥；國內棉紡行業推廣使用的低硬度膠輥、表面不處理膠輥需要高質量的磨礪；因此，使用高質量的膠輥是紡紗

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