劉建芬

(經(jīng)緯智能紡織機(jī)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(xì)長軸類零件(長徑比超過30)，精度要求較高。錠桿結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 錠桿結(jié)構(gòu)

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(zhì)量進(jìn)行的多次校直，熱處理工藝提高材料力學(xué)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(dá)到設(shè)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(yīng)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(shè)備的加工保障能力，并對現(xiàn)有工藝參數(shù)進(jìn)行修訂，將原熱處理后的粗磨、細(xì)磨和精磨3道工序優(yōu)化為粗磨和精磨2道工序，省去細(xì)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(zhì)量，保證錠桿的軸承擋要求，減少后續(xù)超精磨工序。改進(jìn)之后，原熱處理后工序降至7道，極大地降低了設(shè)備占用率，有效提升了生產(chǎn)精益管理。

2.2 難點(diǎn)

如何使零件在更短的加工時間內(nèi)得到更好的磨削質(zhì)量，是簡化磨削工藝的難點(diǎn)。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(dá)到工件精度要求。為保證磨削效果，除了無心磨設(shè)備的3大要素之外，磨削時間也很關(guān)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(jìn)，找到磨削時間與磨削質(zhì)量最佳的平衡點(diǎn)是工藝簡化工作的具體目標(biāo)。

3 簡化磨削工藝的措施

3.1 工裝改進(jìn)對磨削工藝合并的影響

要提高磨削質(zhì)量，首先要從磨削工裝的改進(jìn)著手。將原粗磨工序與細(xì)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(shí)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(xì)磨使用壽命的1/3。而刀板異常磨損后，很快導(dǎo)致磨削質(zhì)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(jìn)行多種材料的改進(jìn)試驗(yàn)，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(fèi)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(jìn)重點(diǎn)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(shí)際磨削時并不能保證完全貼合，而是多點(diǎn)接觸，如果磨床調(diào)整不當(dāng)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(fù)雜的，刀板只是其中一個方面)。因而，在精磨刀板設(shè)計時，對其成形面尺寸公差控制稍加改進(jìn)，使刀板制造質(zhì)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(zhì)量要提升，必須從設(shè)備精度、加工參數(shù)、磨具選用等方面改進(jìn)。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(jìn)后對錠桿磨削質(zhì)量的要求；需修復(fù)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(dá)到出廠精度，保證錠桿的圓度和彎曲度達(dá)到設(shè)計要求。

工藝控制可從以下方面進(jìn)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(dǎo)輪；④ 針對來料及設(shè)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(jìn)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(yàn)探索，初期生產(chǎn)已取得了一定效果，但仍需長期生產(chǎn)進(jìn)一步驗(yàn)證，不斷改進(jìn)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(diǎn)是對錠桿軸承擋超精磨工序的簡化。根據(jù)錠桿在實(shí)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(chǔ)上進(jìn)一步對軸承擋部位進(jìn)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(chǔ)。

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(jìn)行砂輪修整，通過NC編程點(diǎn)位控制砂輪成形，通過變換修整速度對砂輪進(jìn)行分段修整，從而實(shí)現(xiàn)不過度磨削狀態(tài)下單獨(dú)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(diǎn)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(jī)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(fù)。自動化在線檢測系統(tǒng)則成為加工的最后保障。受設(shè)備條件限制，在線檢測系統(tǒng)雖不是真正意義上的實(shí)時在線檢測，但可以做到下機(jī)及時測量，及時反饋，及時修整參數(shù)，與設(shè)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(jī)件的軸承擋部位進(jìn)行百檢，根據(jù)其變化自動反饋給磨床NC系統(tǒng)，進(jìn)行自動補(bǔ)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(jìn)的難點(diǎn)在于，進(jìn)行雙軸承擋型錠桿加工時，因上下軸承擋要求相近，在轉(zhuǎn)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(shí)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(jìn)行管控，對零件磨削后的尺寸、彎曲度、圓柱度甚至應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，以達(dá)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(jī)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(biāo)統(tǒng)計見表2。

表1 各工序下機(jī)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(biāo)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(xiàng)指標(biāo)均比工藝簡化前有較大提高。

4 結(jié)語

通過對錠桿磨削工藝的簡化，減少了5道工序，達(dá)到了預(yù)期效果。同時，設(shè)備穩(wěn)定性提升，設(shè)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(qiáng)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(fèi)放到首位，為企業(yè)整體產(chǎn)能的提升奠定了基礎(chǔ)。

紡機(jī)專件加工行業(yè)中，工藝簡化工作要從全局出發(fā)、從細(xì)節(jié)處著手，長期改進(jìn)，筆者論述的方法與改進(jìn)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(jìn)設(shè)備與先進(jìn)檢測技術(shù)的發(fā)展，未來此項(xiàng)工作可以做更廣、更深的探索。