簡化錠桿磨削工藝探索

劉建芬

(經(jīng)緯智能紡織機械有限公司，山西 晉中 030601)

1 錠桿加工工藝流程

錠桿作為錠子的核心部件，屬細長軸類零件(長徑比超過30)，精度要求較高。錠桿結構見圖1。

圖1 錠桿結構

多年來，錠桿一直延續(xù)傳統(tǒng)加工方法：以熱軋或車削制坯，無心磨多道磨削外圓[1-2]，逐步修正成形，輔有兩端定位面加工，以及為提高磨削加工質量進行的多次校直，熱處理工藝提高材料力學性能，電鍍改善外觀，增加防銹性等。其加工過程主要以磨削為主，外圓成型磨削與兩頭定位端磨削相互交錯，通過逐步修正的方法保證產(chǎn)品達到設計要求，因而無法采用以車代磨等新工藝加工錠桿。

傳統(tǒng)錠桿加工工藝流程(見圖2)耗時長、用工多、報廢量大且市場反映差，已無法適應現(xiàn)代市場快節(jié)奏、高效能的要求，因此提升加工效率、簡化工藝勢在必行。其中，最急于簡化的是加工用時最長的外圓磨削工藝[3]。

圖2 傳統(tǒng)錠桿加工工藝流程

2 簡化磨削工藝概述

2.1 主要工作

提升設備的加工保障能力，并對現(xiàn)有工藝參數(shù)進行修訂，將原熱處理后的粗磨、細磨和精磨3道工序優(yōu)化為粗磨和精磨2道工序，省去細磨和粗磨后測量、校直的工序；同時，通過高精密自動無心磨配合在線測量系統(tǒng)提升精磨質量，保證錠桿的軸承擋要求，減少后續(xù)超精磨工序。改進之后，原熱處理后工序降至7道，極大地降低了設備占用率，有效提升了生產(chǎn)精益管理。

2.2 難點

如何使零件在更短的加工時間內(nèi)得到更好的磨削質量，是簡化磨削工藝的難點。眾所周知，無心磨床磨削原理是磨輪與工件在磨削過程中不斷相互作用，逐步修正工件的圓度與尺寸，從而達到工件精度要求。為保證磨削效果，除了無心磨設備的3大要素之外，磨削時間也很關鍵。而簡化工藝，在省去部分工序的同時，也減少了磨削時間。因此，如何通過工藝改進，找到磨削時間與磨削質量最佳的平衡點是工藝簡化工作的具體目標。

3 簡化磨削工藝的措施

3.1 工裝改進對磨削工藝合并的影響

要提高磨削質量，首先要從磨削工裝的改進著手。將原粗磨工序與細磨工序合并成為粗磨工序，磨削余量由0.22 mm～0.50 mm增大至0.42 mm～0.67 mm；磨削速度受磨礪時間限制有所增加；因此，在磨削過程中，支持刀板的承壓隨之增加，加劇了刀板的磨損。實踐表明，合并磨削后刀板使用壽命只有原粗磨使用壽命的1/2、原細磨使用壽命的1/3。而刀板異常磨損后，很快導致磨削質量不穩(wěn)定，最主要的表現(xiàn)為工件圓度超差、磨削過程異響以及通身彎曲度不合格率加大等。

針對刀板異常磨損問題，對刀板進行多種材料的改進試驗，綜合使用效果、制造難度及加工成本，最終刀板選用碳鋼基體+超硬鎢鋼成形面或合金成形面，將超硬鎢鋼或合金塊以焊接方式嵌在碳鋼基體上。這種刀板利用鎢鋼或合金材料耐磨性好的優(yōu)勢，保證刀板長期使用不易磨損；利用碳鋼材料的韌性，可以很好地吸收磨削過程中的振動；鑲嵌焊接不僅能降低工裝材料成本，而且在正常使用過程中碳鋼基體基本不會損傷，后期可拆分磨損的成形面，重新焊接新的成形面，縮短工裝制造周期、降低工裝費用；但鎢鋼或合金成形面焊接成的刀板，無法多次修磨，不利于節(jié)約生產(chǎn)成本。

精磨刀板的改進重點是控制其成形。由于錠桿外成形要求及磨削條件限制，刀板成形與工件外成形在實際磨削時并不能保證完全貼合，而是多點接觸，如果磨床調(diào)整不當或刀板成形不合理，極有可能出現(xiàn)工件兩頭懸空、磨削后兩頭圓度超差(造成工件磨削后圓度超差的原因是多方面且復雜的，刀板只是其中一個方面)。因而，在精磨刀板設計時，對其成形面尺寸公差控制稍加改進，使刀板制造質量與使用要求一致，以減小刀板對工件磨削后圓度的影響。

3.2 優(yōu)化無心磨床磨削工藝參數(shù)

磨削質量要提升，必須從設備精度、加工參數(shù)、磨具選用等方面改進。公司現(xiàn)用的無心磨床，使用年限久，主軸精度下降，無法滿足磨削工藝改進后對錠桿磨削質量的要求；需修復無心磨床主軸精度為零件尺寸精度、形位精度提供保障。通過更換主軸軸承甚至更換主軸，使主軸徑向跳動達到出廠精度，保證錠桿的圓度和彎曲度達到設計要求。

工藝控制可從以下方面進行：① 控制工件加工余量；② 控制加工時間和節(jié)拍；③ 控制加工件數(shù)，定期修正砂輪導輪；④ 針對來料及設備狀態(tài)、磨具使用情況，隨時調(diào)整工藝參數(shù)以獲得最佳磨削狀態(tài)；⑤ 優(yōu)選砂輪型號，采用進口砂輪，保證錠桿磨削過程的穩(wěn)定性，延長砂輪修整周期，降低消耗。

通過以上試驗探索，初期生產(chǎn)已取得了一定效果，但仍需長期生產(chǎn)進一步驗證，不斷改進提高。

3.3 簡化超精磨工序

利用高精密自動化無心磨配套在線檢測系統(tǒng)，可簡化超精磨工序。錠桿工藝簡化的另一重點是對錠桿軸承擋超精磨工序的簡化。根據(jù)錠桿在實際使用中的作用，錠桿軸承擋的表面粗糙度與尺寸精度較其他部位要求更高。為此，在錠桿通身磨削之后，增加了對錠桿軸承擋超精磨與超精研兩道工序。其中，超精磨工序是在錠桿外圓通身磨的基礎上進一步對軸承擋部位進行超精磨削修正，改善軸承擋尺寸精度及圓柱度、表面粗糙度，為超精研工序打好基礎。

在自動化磨床推廣后，使簡化錠桿超精磨工序成為可能。高精密自動化無心磨通過數(shù)控系統(tǒng)程序進行砂輪修整，通過NC編程點位控制砂輪成形，通過變換修整速度對砂輪進行分段修整，從而實現(xiàn)不過度磨削狀態(tài)下單獨提高錠桿軸承擋的表面粗糙度。數(shù)控程序修整砂輪的另一優(yōu)點是擺脫了成形靠模的約束，錠桿通身圓柱度與錐度尺寸調(diào)整更加快捷方便，調(diào)整時間大幅下降，而下機件尺寸精度明顯提高。

另外，軸承擋部位尺寸公差要求相對較高，超差即報廢，無法修復。自動化在線檢測系統(tǒng)則成為加工的最后保障。受設備條件限制，在線檢測系統(tǒng)雖不是真正意義上的實時在線檢測，但可以做到下機及時測量，及時反饋，及時修整參數(shù)，與設備數(shù)據(jù)反饋延時控制在1～2件工件內(nèi)，盡可能地減少報廢工件。為提高檢測效率，自動在線檢測系統(tǒng)只針對下機件的軸承擋部位進行百檢，根據(jù)其變化自動反饋給磨床NC系統(tǒng)，進行自動補償。由于錠桿軸承擋部位公差范圍相對于其他部位尺寸公差偏小，因而，只要保證軸承擋部位的公差，就可以保證其余尺寸公差，此種檢測方法可行。

改進的難點在于，進行雙軸承擋型錠桿加工時，因上下軸承擋要求相近，在轉產(chǎn)調(diào)試時，必須保證兩部位尺寸變化方向盡可能調(diào)整一致，否則極易造成一個部位尺寸合格而另一部位尺寸超差，使工件報廢。而在實際加工中，來料情況千差萬別，按工藝要求調(diào)試好磨削狀態(tài)并非易事。要控制來料，需要從首道工序進行管控，對零件磨削后的尺寸、彎曲度、圓柱度甚至應力狀態(tài)進行試驗，以達到最佳效果，這也是工藝人員下一步需要解決的問題。

3.4 工藝簡化效果

錠桿各工序下機件跳動量合格率對比見表1。錠桿超精研工序前軸承擋各指標統(tǒng)計見表2。

表1 各工序下機錠桿跳動量合格率統(tǒng)計對比 單位：%

表2 錠桿超精研工序前軸承擋指標合格率統(tǒng)計對比 單位：%

從表1和表2統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，工藝簡化后磨削錠桿的各項指標均比工藝簡化前有較大提高。

4 結語

通過對錠桿磨削工藝的簡化，減少了5道工序，達到了預期效果。同時，設備穩(wěn)定性提升，設備占用率降低10%，生產(chǎn)班組整體產(chǎn)能提升超過30%；自動化磨床及在線測量的使用，降低了工人勞動強度，減少用工6～9人；砂輪消耗降低約15%，托片使用壽命延長約15%。工藝簡化后的優(yōu)勢明顯，也深刻貫徹了精益生產(chǎn)的管理理念，真正將消除浪費放到首位，為企業(yè)整體產(chǎn)能的提升奠定了基礎。

紡機專件加工行業(yè)中，工藝簡化工作要從全局出發(fā)、從細節(jié)處著手，長期改進，筆者論述的方法與改進只是其中的粗淺嘗試，仍有許多工作要做；依賴于現(xiàn)代先進設備與先進檢測技術的發(fā)展，未來此項工作可以做更廣、更深的探索。