FU266型磨胶辊机的设计与应用

FU266型磨胶辊机的设计与应用

程晓鸣

0 前言

在环锭纺牵伸机构中，胶辊是重要的纺纱器材。在以纺中、粗号纱为主导产品的纺纱厂，胶辊回磨一直沿用传统的设备和工艺。我国加入WTO后，为纺细号纱、织高档布参与国际市场竞争，国内有不少纺纱厂从国外引进了先进的纺纱设备；但这些设备的胶辊磨损后在国产磨胶辊机上回磨很难达到质量要求，这是纺纱厂普遍反映的一个技术难题。

迄今为止，研究胶辊回磨质量对成纱质量的影响已在业内人士中达成共识：纺优质纱、纺细号纱需要使用高精度的胶辊，而磨砺高精度的胶辊则需要功能先进、精度高的磨胶辊机。 FU266型磨胶辊机正是为满足应用而研制开发的，下面对其设计原理及功能作简要介绍。

1 影响胶辊回磨质量的几何与物理因素

胶辊经磨砺加工后的表面是由砂轮表面的磨粒与胶辊作相对运动而产生的刻痕组成的表面，单位面积上的刻痕数越多，刻痕越细密、均匀，则表面粗糙度Ra值越小，此为胶辊磨砺过程中的几何因素。胶辊材料软、散热性差，磨砺时砂轮容易被堵塞；加之磨粒切削刃口夹角较大，一般为90o~120o，磨削时切削刃呈负前角在胶辊表面滑擦、刻划；由此产生的切削力和切削热使加工面发生塑性变形。塑性变形会对胶辊的磨砺精度和表面粗糙度造成较大影响，此为胶辊磨砺过程中的物理因素。

国内纺纱厂在20世纪80年代之前使用硬胶辊，硬度在邵尔A80度以上。1984年低硬度胶辊开始在纺纱厂使用，硬度在邵尔A70度以下；与硬胶辊相比，它的磨砺工艺性更差一些（磨砺低硬度胶辊时，表面粗糙度更难达到质量要求）。近几年，纺织行业协会在纺纱生产中推广使用表面不处理胶辊，据统计资料介绍，这种胶辊较表面处理胶辊回磨周期延长一倍左右，并且不绕花。使用表面不处理胶辊的必要条件：是胶辊回磨后有理想的表面粗糙度，直接就能上车使用。试验证明：表面粗糙度受磨砺过程中的几何因素和物理因素的影响，操作时可通过合理选择磨削量等参数来加以控制。

2 胶辊磨砺运动与磨削用量

砂轮高速旋转是磨削的主运动，由胶辊磨砺过程中的几何因素可知：提高砂轮旋转速度可以降低胶辊表面粗糙度值；但转速太高会引起机械振动，对磨砺精度不利；因此，优选主运动的线速度是控制磨砺质量的关键之一。除主运动外，还有胶辊的转速、纵向进刀量和横向进刀量（吃刀深度），改变其中的一个或几个量都可以使磨砺过程中的几何因素和物理因素发生变化。

当主运动的线速度确定以后，磨削用量主要是研究其它三个量的合理配置。

表1 两种磨胶辊机磨削用量的比较 机型 A802 FU266 砂轮线速度/m·s-1 28.5 32.0 车头转速/r·min-1 290 变频无级调速 纵向进刀量Fv/mm·min-1 650 液控无级调速 横向进刀量Ae/mm 手调 手调 表1列出了国产A802型磨胶辊机与FU266型磨胶辊机四个磨削用量的比较情况。 由表1可知：A802型磨胶辊机的前三个磨削量是定值，其中砂轮线速度随着使用中的磨损和修整其直径会变得越来越小，到必须更换新砂轮时线速度仅剩18 m/s。砂轮线速度降低，则胶辊表面粗糙度恶化，这是因为通过单位面积的磨粒数减少，切削厚度增加的缘故。磨砺胶辊时，砂轮磨粒的切削厚度是分析磨削状态的重要因素。试验证明切削厚度与v和vw的比值有关，即：q=v/vw (1) 式中： q－切削厚度； v－砂轮线速度； vw－胶辊线速度。

在试验中选用不同品种、不同规格的胶辊进行磨砺，并对其结果进行分析比较后，得q≈65时磨砺胶辊表面质量最为理想。以细纱胶辊为例： FU266砂轮线速度v=32 m/s 胶辊直径Φ=30 mm．

胶辊线速度vw=0.03×π×320/60=0.5m/s 代人（1）式后，q=32/0.5=64

即取车头转速为320 r/min时，磨砺胶辊表面粗糙度Ra达至0.5μm和每小时90套的好水平。

q增大，作用于砂轮磨粒上的负荷随之增加，磨削区的温度也随之升高甚至灼伤胶辊表面，导致胶辊表面粗糙度恶化。反之，q减小，磨砺胶辊表面质量改善，但试验证明q小于60后胶辊表面几何精度会受到一定的影响。通过（1）式我们还可得知：在砂轮磨损直径变小后只要改变车头速度vw，也可以把q控制在最佳磨削范围内。

纵向进刀量Fv，和横向进刀量Ae的变化也会对磨削力、磨削热、磨削效率造成影响：Fv和Ae加大，切削厚度增加，磨削力增大，磨削热增高，胶辊表面粗糙度只n值增高；但磨削效率提高。FU266型磨胶辊机采用40mm宽的砂轮磨削，粗磨时可选用较大的进刀量Fv≈1000mm/min，Ae≤1mm。精磨时选用较低的进刀量Fv≤800mm／min、Ae≤0.2mm，磨砺效果比较理想。

在胶辊磨砺运动中，砂轮磨损线速度下降是不可避免的；不同规格胶辊的直径大小相差数十毫米，要取得相同的线速度就必须改变车头的转速；粗、精磨时所需要的纵向进刀量也各不相同。总之，磨胶辊机的磨削用量应能随着使用条件的需要而变化，不然就无法满足高质量磨砺胶辊的需求，这便是FU266型磨胶辊机车头采用变频无级调速，纵向走刀采用液控无级调速的原因所在。

3 FU266型磨胶辊机的结构特点

胶辊的径向跳动是评定胶辊回磨质量的重要指标。径向跳动误差也直接影响成纱条干质量和纱线强度，在极端情况下还会生产出波纹纱。我国纺织行业标准（FZ/T92013-1992）4.1.3规定上罗拉轴承外壳的径向圆跳动公差值不大于0.015mm；A802型磨胶辊机企业标准（Q/YFJ 9302-2000）中4.3.4规定：磨砺胶辊的径向圆跳动不大于0.04mm，这项指标明显低于纺织行业标准对上罗拉轴承径向圆跳动公差的规定。众所周知，回磨胶辊的径向圆跳动

是一项综合误差，它包含：罗拉轴承误差、装夹定位误差、机床精度误差、测量误差等。罗拉轴承误差是罗拉轴承出厂时和使用磨损后已有的误差，回磨时是无法降低的，回磨胶辊的责任是尽可能有效地控制好后几项误差，以保证胶辊回磨后的综合误差最小；为此，FU266型磨胶辊机从机械结构到制造工艺均执行了严格的内控标准，并配套设计了专用的手动或气动磨夹具。

3.1 FU266型磨胶辊机的结构特点

磨胶辊机的主要任务是磨砺橡胶、塑料等硬度较低的材料，因此它应具有灵巧轻便、精度高并适应大批量生产等特点。砂轮架（磨头）是影响胶辊磨削质量的重要部件，提高砂轮线速度v可减小切削厚度、降低切削力，从而得到理想的表面粗糙度。FU266型磨胶辊机将砂轮线速度设计为32 m/s，较A802型磨胶辊机提高12%。FU266型磨胶辊机的车头采用交流变频器调速，凋速范围可根据需要在120 r/min~600 r/min之间选择。车头和尾架虽属低速旋转部件，但其精度对磨砺胶辊的质量影响很大，装配中要求主轴的径向跳动不大于0.005mm，轴向间隙不大于0.02mm；FU266型磨胶辊机工作时工作台是固定不动的，车头、尾座都固定在工作台上，砂轮架安装在可作横向移动的小拖板上，转动丝杆可完成横向进刀。小拖板与大拖板采用燕尾导轨相连接，工作时大拖板在液压缸的驱动下作往复运动完成纵向进刀，其速度采用液控阀，可在200 mm/min~1000mm/min之间选择。 3.2 磨夹具定位的基准重合原则

磨砺胶辊装夹时应力求让上罗拉轴承的制造基准、磨砺装夹的定位基准和胶辊的使用基准重合。上罗拉轴承的握持档既是纺纱机上的使用基准，又是上罗拉轴承的制造基准，磨砺胶辊时以此处定位加工误差最小。为此，FU266型磨胶辊机配套设计了专用的磨夹具，胶辊在夹具上定位夹紧的方式与其在纺纱机上的工作状态相似；车头通过一对行星齿轮带动一根浮动的下罗拉旋转，胶辊在夹具中定位后下罗拉在弹簧力的作用下紧贴胶辊表面旋转，传递扭矩完成磨削。

该夹具与其它类型的夹具相比，其特点为：①一套磨夹具通过调换V型定位块便可磨削不同规格的胶辊；②胶辊在夹具中装夹定位后，其中心高不受胶辊直径大小的影响而始终与砂轮回转中心高保持等距。磨削理论上要求胶辊与砂轮的回转中心应该是等高的，但有些磨夹具传递扭距的下罗拉是固定的，胶辊在夹具中定位后是浮动的，这样就形成了胶辊外圆大磨砺中心就高，胶辊外圆小磨砺中心就低，对磨削力和磨砺精度造成不利的影响。FU266型磨胶辊机的磨夹具克服了这个缺点，保证各种不同直径的胶辊都能在同一中心高的条件下磨砺。

一般工件在夹具中实现完全定位需要限制六个自由度，按胶辊的几何形状和精度要求我们主要是限制它在y和Z方向的四个自由度，忽略X方向的横向移动和旋转两个自由度。由于V形定位块固定在夹具上不存在间隙，加上V形槽加工精度高，所以胶辊在V形槽中定位后误差几乎为零；因此，用该夹具磨砺胶辊定位精度高，可以稳定磨砺质量，， 3.3 自动控制

磨砺胶辊是一种简单重复的劳动，由于胶辊的用量大，使用精度要求较高，所以磨砺劳动强度显得比较大。一个熟练工人在A802型磨胶辊机上精磨一套细纱胶辊需要40s左右的时间（一般两个来回：头一个来回用手动，第二个来回用走刀），每小时可磨砺90套胶辊，

按每班磨砺600套胶辊计算，约需要7h才能完成任务，手脚不停地干7 h，其劳动强度可想而知。为此，FU266型磨胶辊机在设计过程中注重将机械、液压、气动技术与PLC逻辑控制技术相结合，来满足自动化生产的需求。一种专门配套设计的自动上、下料气动夹具，只需人工在上料斗放入胶辊和从落料斗·收拾磨好的胶辊，其它工作均由机器自动完成。其流程为：卡爪上料→气动夹紧→纵向走刀启动→快速粗磨一个来回→慢速精磨（快进→工进→快进→工进，逆向返回）一个来回→纵向走刀停止→卡爪卸料→（新一轮工作循环开始）。 采用自动上、下料磨夹具，可减轻工人的劳动强度或一人看两台以上的机床，根据不同的要求，产量为70套/h~90套/h；若选用手工夹具生产，上、下料采用偏心夹紧也很方便，控制程序与气动夹具相同。

4 结束语

棉纺厂每天都面对着大量的胶辊回磨任务，在年复一年的生产实践中人们通过不断的努力已探索出一套完整的生产工艺和利，学的质量管理办法，为我国4 000多万纱锭正常运转提供了合格的胶辊。随着社会发展和技术的进步，国产新型纺纱机的开发投产与国外先进纺纱机一样需要使用高质量的胶辊；国内棉纺行业推广使用的低硬度胶辊、表面不处理胶辊需要高质量的磨砺；因此，使用高质量的胶辊是纺纱工程中始终追求的目标，而磨砺高质量的胶辊则必须使用技术先进、精度高的磨胶辊机，值得一提的是，与采用任何一项新技术一样，使用新型的磨胶辊机不能完全沿用过去传统（1勺操作方法，在新机设计中除保留了老机合理的司5分外，还大胆地采用了新技术。

FU266型磨胶辊机从调研、设汁、样机研制、生产试验历时两年多的时间，在取得较多原始资料的基础上，我们对原设汁方案进行过多次改进；目的是为了让该机的功能尽可能满足使用要求，而不仅仅是追随一种高技术的概念。