并条机牵伸罗拉斜齿顶面CBN砂轮磨削加工.pdf

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1、第2 9 卷第3 期 2 0 0 8 年3 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 3 M a r 2 0 0 8 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 8 ) 0 3 0 1 1 0 0 4 并条机牵伸罗拉斜齿顶面C B N 砂轮磨削加工 黄大宇，王晓璐 ( 中原工学院，河南郑州4 5 0 0 0 7 ) 摘要在分析罗拉斜齿顶面棕刚玉砂轮磨削缺陷的基础上，提出用立方氮化硼( C B N ) 砂轮代替传统的棕刚玉砂 轮进行磨削加工；确定C B N 砂轮的构造特性和结构尺寸；设计C B

2、N 砂轮金刚滚轮修整装置；并对C B N 砂轮修整参 数进行深入分析研究。使用情况表明：采用C B N 砂轮对罗拉斜齿顶面进行磨削加工，其精度和表面质量均有很大 的提高，磨削表面无烧伤现象；砂轮的耐用度大大提高，其使用寿命是棕刚玉砂轮的5 0 倍以上。 关键词立方氮化硼砂轮；罗拉；砂轮修整；耐用度；磨削 中图分类号：T S1 0 3 8 1 1文献标识码：A C B Nw h e e lg r i n d i n go nt h er o l l e r ss k e wt o o t ht o p s u r f a c e o fd r a w i n gf r a m e sd r a

3、f t H U A N GD a y u ，W A N GX i a o l u ( Z h o n g y u a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 。Z h e n g z h o u ，t f e n a n4 5 0 0 0 7 ，C h i n a ) A b s t r a c tB a s e do na n a l y s i so ft h eg r i n d i n gs h o r t c o m i n g sa s s o c i a t e dw i t hb r o w ne m e r yw h e e lo

4、 ft h em i l e r s s k e wt o o t ht o p s u r f a c e ，am e t h o dw a sp r o p o s e d ，w h i c hu s e dC B Ng r i n d i n gw h e e li ns u b s t i t u t i o nf o rt r a d i t i o n a l b r o w ne m e r yw h e e l T h es t r u c t u r a lf e a t u r e sa n ds i z es t r u c t u r eo fC B Ng r i n

5、d i n gw h e e lw e r ed e t e r m i n e da n das e t o fd i a m o n dw h e e lt r i m m i n gd e v i c ef o rt h eC B Ng r i n d i n gw h e e lW a sd e s i g n e d A ni n d e p t hr e s e a r c ho nt h eC B N w h e e l Sd r e s s i n gp a r a m e t e r sw a sp e r f o r m e d P r a c t i c a lu s e

6、i n d i c a t e st h a tC B Nw h e e lg r i n d i n gt h et o p - s u r f a c eo f r o l l e r ss k e wt o o t hh a sm a d et h eg r i n d i n gp r e c i s i o na n ds u r f a c eq u a l i t y g r e a t l yi m p r o v e d ，n op h e n o m e n o no f 鲥n d i n gb u r n T h ee n d u r a n c eo fC B Ng r

7、 i n d i n gw h e e lh a sb e e ne n h a n c e ds i g n i f i c a n t l ya n dt h el i f eo fi ti sm o r e t h a n5 0t i m e so ft h a to ft h eb r o w ne m e r yw h e e l K e yw o r d sC B Ng r i n d i n gw h e e l ；r o H e r ；t h ed r e s s i n go fg r i n d i n gw h e e l ；l i f es p a n ；g r i n

8、 d i n g 罗拉是细纱机的重要牵伸元件。随着纺纱速度 的不断提高，牵伸系统施加压力的增加以及市场对 纺纱质量需求日益提高，对牵伸罗拉提出了新的要 求，尤其前罗拉的质量好坏直接影响到成纱条干等 纺纱质量。为此，本文提出用立方氮化硼( C B N ) 砂 轮代替传统的棕刚玉砂轮进行磨削加工。 1 牵伸罗拉的质量要求 并条机罗拉是直接关系该机牵伸机构性能的重 要零件，对其有如下要求：1 ) 罗拉表面粗糙度低不 伤纤维；通过热处理增加罗拉表面硬度，使其在长期 运转后，表面不受损伤，经久耐用。2 ) 具有足够的抗 扭、抗弯强度，保证牵伸工作正常进行。3 ) 符合设计 图纸的尺寸和形位公差等精度要求

9、，保证零件的互 换性( 见图1 ) 。4 ) 用2 0 钢渗碳淬火或4 5 。钢高频 淬火，要求表面硬度达H R A 7 8 。8 1 5 ，而中心层保持 良好的韧性，达到既耐磨又能校正弯曲。 2 棕刚玉砂轮磨削罗拉斜齿顶面的缺陷 罗拉属大批量生产零件，罗拉斜齿顶面的粗糙 度为0 4t t m ，形状精度为I T 6 一I r l 7 ，要求很高；因此 最后的加工工序一般为在罗拉斜齿顶面专用磨床 收稿日期：2 0 0 7 0 4 0 5修回日期：2 0 0 7 0 8 0 7 作者简介：黄大宇( 1 9 5 7 一) ，男，副教授，学士。主要研究方向为机械设计与制造。E - m a f l ：

10、h d y z z t i e d u c a 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期黄大宇等：并条机牵伸罗拉斜齿顶面C B N 砂轮磨削加工 。1 1 1 其余U V 单位：m i l l 图1A 2 7 2 F - 1 1 0 6 罗拉零件 F i g 1 A 2 7 2 F - 11 0 6p a r to fr o l l e r 上，用8 0 粒度庐4 0 0 2 0 3 4 0 的平型棕刚玉砂轮 进行磨削加工，但是用棕刚玉砂轮进行

11、磨削时存在 下列缺点：1 ) 磨削时棕刚玉砂轮易磨损变钝，为达到 罗拉斜齿顶面的粗糙度要求，须分粗、精磨2 次完 成，致使生产效率低；2 ) 由于砂轮磨损快，砂轮更换 频繁，使得辅助工时增加，劳动强度加大，工具费用 高，导致生产成本难以降低；3 ) 砂轮修整次数比较频 繁，降低了修整轮的使用寿命；4 ) 因砂轮磨耗快，导 致批量生产时，罗拉斜齿顶面尺寸不稳定，精度难以 保证。 3罗拉斜齿顶面( C B N ) 砂轮磨削加工 C B N 砂轮被世界权威机构誉为“过去半个世纪 提高工业生产率的最大贡献之一，导致磨削的革 命”。C B N 砂轮的应用在某些工业化国家中已进入 普及阶段，而我国纺织机械

12、加工中较少见到先进的 C B N 砂轮磨削加工。 3 1C B N 砂轮的特性 3 1 1 磨料 磨料的性质直接影响砂轮的磨削效果，国外许 多公司针对各种结合剂和加工对象的不同，研制出 很多不同牌号的C B N 磨料。选用郑州富耐克公司 生产的C B N 8 5 0 型磨料。 3 1 2 结合剂 陶瓷结合剂黏结的C B N 砂轮具有下列优点：1 ) 陶瓷结合剂砂轮带有大量气孔，这些气孔有利于排 屑，能减少砂轮堵塞而产生过多的磨削热，降低工件 表面磨削温度，避免磨削烧伤现象的产生。2 ) 结合 剂耐热性好，磨料把持力强，所以陶瓷砂轮耐磨损， 形状保持性好，可提高罗拉斜齿顶面形状精度；3 ) 结合

13、剂硬而脆，容易修整。基于上述特点，采用了陶 瓷材料为砂轮的结合剂。 3 1 3 填料 砂轮的C B N 层除了C B N 磨料和结合剂外，还应 加入一定数量的填料来保证C B N 层的成型密度，提 高砂轮强度，调整砂轮组织及降低砂轮成本。填料 选择应考虑填料与C B N 磨粒磨削热膨胀因数之差， 填料和结合剂的亲和性，在烧结过程中是否变质，以 及填料的强度和粒度等因素。经过对多种材料进行 性能测试和不同配比的对比实验，主要加入适量的 S i C 和铜、铬粉，可有效提高磨具强度并加快磨削热 的传递。 3 1 4 浓度 浓度是C B N 砂轮的重要特性之一，它对磨削效 率和加工成本有很大的影响。浓

14、度过高，很多磨粒 过早地脱落，造成浪费；浓度过低，磨削效率不高，满 足不了生产的要求。综合考虑加工材料、磨料粒度、 磨削方式等因素，确定采用较高的浓度值，硬度为K ( 软3 一中软) 。 3 2C B N 砂轮形状尺寸的确定 在型号为M G l 4 3 2 的高精度万能外圆磨床上磨 削罗拉斜齿顶面，通过磨床工作台的纵向移动及磨 头的横向移动，进行罗拉斜齿顶面的磨削加工。为 便于砂轮的制造，降低砂轮的制造难度及成本，确定 C B N 砂轮直径为4 0 0m m ，宽度为4 0l a i n ，其内孔 2 0 3 H 7 与磨头法兰盘相配合安装，C B N 砂轮形状 尺寸如图2 所示。 7 4C

15、B N 砂轮修整方法 C B N 砂轮在磨削过程中，由于磨削力和磨削区 域高温、黏结等作用，砂轮工作表面的磨粒会逐渐钝 化，同时砂轮工作表面的磨粒会因不均匀磨损而失 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 11 2 纺织学报第2 9 卷 C R N 磨料 铝合金 单位：r r l l n 图2 立方氮化硼( C B N ) 砂轮 F i g 2 C B N g r i n d i n gw h e e l 去正确的原始几何形状；此外，由于高速磨削的磨屑 非

16、常细小，很容易堵塞砂轮工作表面间隙，为使C B N 砂轮始终保持良好的磨削状态，必须对砂轮进行修 整，修整技术是C B N 砂轮应用领域一个相当重要的 研究课题。 4 1C B N 砂轮磨削修整装置的设计 修整装置采用金刚滚轮磨削修整法，见图3 。 3 1 一 嘲 o_ 1 _ 一 阿 I _ jn I I l 。 翟 ， 量_ l lI I l 世一Y L 知 ；卜- - 1 - - I l 图3 砂轮修整装置 F i g 3T r i m m i n gd e v i c eo ft h eg r i n d i n gw h e e l 用电镀法将金刚石颗粒固结在铝合金基体的圆周表 面上

17、，制成金刚滚轮，金刚滚轮安装在l 对高精度滚 珠轴承支承的轴上，轴转动通过1 对同步带轮及同 步带传动，考虑到同步带安装时中心距的要求严格， 设计了张紧调位螺钉。同时为使修整装置的修整速 比缈为0 5 ，选用型号为H C L 1 5 0 的电动机，其转速 可达1 00 0 0r m i n ，整个修整装置通过工作板，中间 板装在M 6 1 3 2 9 型高精度外圆磨床工作台上，金刚 滚轮跟随磨床工作台纵向运动完成C B N 砂轮的修 整工作。 4 2C B N 砂轮磨削修整参数 4 2 1 修整速比甲 修整速比缈( 9 = V r v ，q 为金刚石滚轮的线 速度，以为C B N 砂轮的线速度

18、) 对修整后C B N 砂轮 的磨削性能有重要影响，采用较大的修整速比9 修 整后的C B N 砂轮磨削力较小，但工件表面粗糙度较 大，国外磨削专家陀。1 认为，中速磨削时9 的选择 范围为0 4 0 7 ，本文修整装置确定缈= 0 5 。 4 2 2 顺向和逆向修整 顺向和逆向修整，顺向修整为修整滚轮和被修 整砂轮接触点速度方向相同，逆向修整接触点速度 方向相反。根据金刚石滚形原理，分析滚轮和C B N 砂轮之问的运动关系，可以得到修整后C B N 砂轮表 面的残留不平度h 1 4 。1 为 ：A ( K + 1 ) ( 14 - 驴) 2 + 吵2 ( 1 ) 式中：A = F 2 8 R

19、 。；K = R 。R 。；R 。为C B N 砂轮半 径；R 。为滚轮半径；1 1 为磨粒突出高度；9 为修整 速比。 由式( 1 ) 得出：砂轮表面的残留不平度h 是1 条 双峰曲线，顺向修整中h 随修整速比缈的增大而下 降，在修整速比9 0 4 时，又回升直至极限值；当 修整速比缈 1 时， 又下降。逆向修整中h 随修 整速比尘的增大而下降，稳定性好，砂轮修整后表 面精度高，故本文成型C B N 砂轮采用逆向修整。 4 2 3 组合比参数玑 仉为金刚石滚轮和C B N 砂轮的接触宽度，玑 增大，C B N 砂轮磨粒破碎加快，修整时间下降，但同 时产生很大的修整力，影响C B N 砂轮修整

20、质量，考 虑到成型砂轮的修整特点与要求，金刚石滚轮宽度 选为1 0r a i n o 5结论 4 生产实践证明磨削效果十分明显。由于采用了 ( 下转第1 1 7 页) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期陈广锋等：三圈高地毯簇绒机提花控制系统 3 6 运行界面设计 该提花系统设计了2 个人机界面，一个是主控 界面，另一个是圈高参数设置界面。系统运行主界 面如图9 所示。 图9 提花系统运行界面 F i g 9S n a po ft u f t

21、i n gc o n t r o ls y s t e m 4 结语 本文介绍了三圈高地毯簇绒机提花控制系统的 组成结构及控制原理。通过不断调试改进，该系统 已经交付用户投入生产，并取得了良好的经济效益。 臌鸯 参考文献： 2 】 3 4 5 6 刘欢胜簇绒地毯技术的发展现状 J 北京纺织， 2 0 0 2 2 3 ( 3 ) ：7 9 薛士鑫机制地毯 M 北京：化学工业出版社，2 0 0 4 ： 3 2 1 3 2 4 刘志臻高低圈簇绒地毯图案电脑设计和控制系统 的开发 D 南京：南京工业大学。2 0 0 3 蔡春伟，张东亮，任秀云，等簇绒机电脑控制系 统 J 工业控制计算机，2 0 0 3

22、 ，1 6 ( 1 2 ) ：2 4 2 5 丁彩红，张少平，孙以泽地毯簇绒机簇绒针传动机 构运动分析 J 纺织学报，2 0 0 6 ，2 7 ( 5 ) ：3 7 4 0 周廷泽地毯簇绒机计算机提花控制系统研究 D 上海：东华大学，2 0 0 6 ( 上接第1 1 2 页) C B N 磨料后，磨粒锋利、耐磨损，陶瓷结合剂砂轮形 3 2 、l l , 出版社，1 9 8 2 ：1 5 5 1 7 3 状保持性好，使得罗拉磨削精度提高，表面粗糙度下 【2 郭隐彪，杨继东，梁锡昌，等- 金剐石滚轮对树脂C B N 降；C B N 磨粒气孔大，磨削时磨削力小，且磨削温度 砂轮修形特形研究 J 重庆

23、大学学报, 1 9 9 8 ( 3 ) ：5 0 一 低，从而避免了罗拉在磨削时烧伤现象的发生；砂轮 3 藻刍飞磨削加工学 M 郑州：河南科技出版社， 的耐磨度大大提高，使其使用寿命提高了5 0 倍；减 1 9 9 4 ：1 6 8 1 8 4 少了砂轮修整次数，提高了生产效率，从而大大降低 4 吴希让陶瓷磨削中砂轮修整的试验研究 J 精密制 了罗拉的生产成本。脚造及自动化，2 0 0 1 ( 2 ) ：2 6 - 3 1 5 冯宝富，蔡光起，盖全文C B N 砂轮的修整方法及其 参考文献： 应用 J 工具技术，2 0 0 1 ( 1 2 ) ：8 1 1 f1 刘裕碹陈人哲纺织机械设计原理M 北京：纺织 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark