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一、羅拉零件總體分析
羅拉是紡織機(jī)械中起喂給、牽伸、輸出等作用的圓柱形回轉(zhuǎn)零件,是英語(yǔ)詞“roller”的音譯,有輥和軸的含義。廣泛用于牽伸、梳理、輸送等機(jī)構(gòu)。按所起的作用分為牽伸羅拉、喂給羅拉、緊壓羅拉、工作羅拉等。牽伸羅拉是紡紗機(jī)牽伸機(jī)構(gòu)的主要零件,由上羅拉和下羅拉成對(duì)組成羅拉拑口,握持紗條進(jìn)行牽伸。羅拉的質(zhì)量影響輸出紗條的均勻度。在不加說明時(shí),通常提到的羅拉即指牽伸下羅拉,它是外圓有溝槽、滾花、或光滑表面的鋼制細(xì)長(zhǎng)軸,常沿紡紗機(jī)的全長(zhǎng)將若干根單節(jié)聯(lián)接成整列,由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)積極傳動(dòng).
羅拉的主要技術(shù)特征是:①直徑應(yīng)與所紡纖維的長(zhǎng)度、上羅拉加壓、羅拉的軸承距相適應(yīng),有足夠的抗彎和抗扭剛度。②具有正確的溝槽齒形和符合規(guī)定的表面光潔度,能有效握持纖維又不致?lián)p傷或鉤住纖維。③具有較高的制造精度,有互換性,以保證紡紗質(zhì)量,減少因羅拉偏心,彎曲等機(jī)械因素造成紗條不勻。④表面耐磨而中心堅(jiān)韌,常用20號(hào)鋼滲碳淬硬或45號(hào)鋼淬硬,也有用鉻鉬鋼制造的,有時(shí)還要進(jìn)行耐腐蝕、防銹等表面處理。
紡紗機(jī)械上所用的上羅拉,大多是表面包覆彈性物的,俗稱皮輥。也有表面光滑的,稱鐵輥或輕質(zhì)輥,個(gè)別機(jī)器也采用溝槽羅拉。皮輥的表面包覆丁腈橡膠的稱為丁腈皮輥。上羅拉通常都由下羅拉摩擦傳動(dòng),少數(shù)也有用齒輪傳動(dòng)的。喂入牽伸機(jī)構(gòu)的紗條具有一定的厚度,為了能均勻地握持纖維,又不損傷纖維,上羅拉需包覆富有彈性的材料。這種彈性包覆物統(tǒng)稱為皮殼(或膠管)。皮殼在壓力的作用下產(chǎn)生壓縮性變形,使皮輥與羅拉的實(shí)際握持拑口不是一條線,而是一個(gè)面,形成控制纖維運(yùn)動(dòng)的摩擦力場(chǎng)。
皮輥由皮輥芯、皮輥鐵(鋼)殼,軸承和皮殼組成。棉紡并條機(jī)等設(shè)備上用的皮輥,用膠管套在皮輥芯上,也有的將丁腈橡膠直接澆注在皮輥芯上,支承在兩端軸承處。棉、毛等紡紗機(jī)上用的皮輥每?jī)慑V成一套,皮殼套在兩邊的皮輥鐵殼上,支承在皮輥芯的中間。為增強(qiáng)鐵殼與皮殼之間的結(jié)合力,鐵殼表面有溝槽。皮輥用的軸承有滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩種。皮輥的規(guī)格、種類很多,直徑精度和表面光潔度要求較高,表面須經(jīng)磨削加工。丁腈皮殼具有硬度和厚度均勻、無接頭、富有彈性、在重加壓下不易產(chǎn)生永久壓縮變形、耐磨、價(jià)格便宜以及可以用不同的配方獲得不同的性能,來適應(yīng)各種工藝需要等優(yōu)點(diǎn),20世紀(jì)50年代以來已代替了用天然皮革和軟木等做的皮殼。膠管用套或膠粘的辦法裝配在鐵殼上。用機(jī)械或氣壓使膠殼內(nèi)徑脹大后套在鐵殼上的,稱為套皮輥。用膠粘劑把膠管和鐵殼膠牢,可以避免在重加壓下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)膠管從鐵殼上滑脫下來。也可以把丁腈橡膠直接梳化在薄壁合金管上,再壓配在鐵殼上做成丁腈皮輥,裝配方便,能承受重加壓,使用壽命較長(zhǎng)。
皮輥的表面處理很重要,目的在于獲得需要的摩擦系數(shù)值。摩擦系統(tǒng)太小,握持力不足,牽伸過程不能正常進(jìn)行;摩擦系數(shù)太大,纖維或整根須條容易繞到皮輥上,造成斷頭或紗疵。須條繞在皮輥上的現(xiàn)象稱為繞皮輥。皮輥的表面處理方法有酸處理和涂料兩類。使用滲透性的合成涂料,既能充分發(fā)揮橡膠彈性,又能防止繞皮輥,耐久性也好。皮輥與纖維摩擦產(chǎn)生靜電,也是繞皮輥的原因。在膠管配方中加入高分子電解質(zhì)或抗靜電劑和使用合適的表面涂料可防止靜電的積聚。皮輥使用日久后,產(chǎn)生中凹、偏心、大小頭、同一套上兩只皮輥直徑不一致、表面微細(xì)龜裂、表面處理層剝落或失效等,都需要進(jìn)行回磨,經(jīng)表面重新處理后方可再用。
二、羅拉零件的加工工藝
由以上分析可知,羅拉這種零件并不是一種單純的軸類零件,它需要經(jīng)過軸類零件的加工過程后,繼續(xù)對(duì)軸進(jìn)行包覆,焊接等等的加工過程,最后才能成為羅拉零件。
因此,必須要先對(duì)軸類零件進(jìn)行工藝分析:
軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動(dòng)零部件,傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件,其長(zhǎng)度大于直徑,一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應(yīng)的端面所組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同,軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。它們?cè)跈C(jī)器中用來支承齒輪、帶輪等傳動(dòng)零件,以傳遞轉(zhuǎn)矩或運(yùn)動(dòng)。
羅拉零件就可以定位為軸類零件中的階梯軸,它是由階梯軸頭和鋼管以及包復(fù)扳三部分零件組裝在一起的,其中的軸頭就是典型的階梯軸。
(一)下面對(duì)軸頭進(jìn)行加工過程的工藝分析:
(1)軸類零件的毛坯
軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu),選用棒料、鍛件等毛坯形式。對(duì)于外圓直徑相差不大的軸,一般以棒料為主;而對(duì)于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸,常選用鍛件,這樣既節(jié)約材料又減少機(jī)械加工的工作量,還可改善機(jī)械性能。
根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同,毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛,大批大量生產(chǎn)時(shí)采用模鍛。
該羅拉零件的材料為45鋼,故選45鋼就可滿足其要求。根據(jù)其尺寸,可選擇毛坯為?120×150的45號(hào)圓鋼。
(2)確定主要表面的加工方法
羅拉零件的軸頭大都是回轉(zhuǎn)表面,主要采用車削與外圓磨削成型。由于該零件的軸頭公差等級(jí)與表面粗糙度由車削就可以達(dá)到精度要求,因此用車削就能夠完成加工過程。外圓表面加工方案為:粗車——半精車——精車。
(3)確定定位基準(zhǔn)
合理的選擇定位基準(zhǔn),對(duì)于保證零件的尺寸和位置精度有著決定性的作用。對(duì)于羅拉軸頭的加工應(yīng)選擇兩端的中心孔為基準(zhǔn),采用雙頂尖裝夾方法,以保證零件的技術(shù)要求。
粗基準(zhǔn)采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。中心孔加工采用三爪自定心卡盤裝夾熱軋圓鋼的毛坯外圓,車端面、鉆中心孔。但必須注意,一般不能用毛坯外圓夾兩次鉆兩端中心孔,而應(yīng)該以毛坯外圓作粗基準(zhǔn),先加工一個(gè)端面,鉆中心孔,車出一段外圓,然后以已車過的外圓作基準(zhǔn),用三爪自定心卡盤裝夾,車另一端面,鉆中心孔。如此加工中心孔,才能保證兩中心孔同軸。
(4)熱處理工序安排
軸的熱處理要根據(jù)其材料和使用要求確定。對(duì)于羅拉零件的軸頭,要求是調(diào)質(zhì)處理,并安排在粗車個(gè)外圓以后,半精車各外圓之前。
總上所述,羅拉軸頭工藝路線如下:
下料——車兩端面,鉆中心孔——粗車各外圓——調(diào)質(zhì)——半精車各外圓,倒角——鉆孔——銑鍵槽——精車——去毛刺——校驗(yàn)入庫(kù)。
通過上面的工藝路線的確定,確定出了如下的軸頭一的加工工藝過程:
機(jī)械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
CA6140車床
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸頭1
共
頁(yè)
第
1
頁(yè)
材 料 牌 號(hào)
45鋼
毛 坯 種 類
圓鋼
毛坯外形尺寸
?120×150
每毛坯件數(shù)
1
每 臺(tái) 件 數(shù)
1
工
序
號(hào)
工 名
序 稱
工 歩
名 稱
工 序 內(nèi) 容
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時(shí)
夾具
刀具
量具
準(zhǔn)終
單件
1
下料
?120mm×150mm
2
車削
1
三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓一端
車床
三爪卡盤
2
車端面見平
CA6140
YT5 90° 偏刀
3
鉆中心孔
中心鉆?2mm
4
粗車外圓保證尺寸?115mm
YT5 45° 外圓車刀
游標(biāo)卡尺
3
車削
1
三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓另一端
2
車端面見平保證總長(zhǎng)145mm
YT5 90° 偏刀
3
鉆中心孔
中心鉆?2mm
4
粗車外圓保證尺寸?113mm
YT5 45° 外圓車刀
4
車削
1
三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓另一端
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
粗車臺(tái)階面外圓保證尺寸?46mm,長(zhǎng)74mm
YT5 45° 外圓車刀
4
粗車臺(tái)階面外圓保證尺寸?36mm,長(zhǎng)23mm
5
熱處理
調(diào)質(zhì)處理220~240HBS
6
車削
1
三爪自定心卡盤夾持?46mm一端
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
半精車?113mm外圓至?112.5mm
4
倒外角1×45°
倒角刀
7
車削
1
三爪自定心卡盤夾持?112.5mm一端
YT5 45°外圓車刀
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
半精車?46mm臺(tái)階面至?45.5mm
4
半精車?36mm臺(tái)階面至?35.5mm
5
倒外角1.5×45°
倒角刀
6
車?33mm長(zhǎng)為1.7mm的環(huán)槽,距軸端3.3mm
切槽刀
8
車削
1
三爪自定心卡盤夾持?45.5mm一端
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
精車?112.5mm至?112mm
YT5 45°外圓車刀
9
車削
1
三爪自定心卡盤夾持?112mm一端
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
精車?45.5mm臺(tái)階面至?45mm
YT5 45°外圓車刀
4
精車?35.5mm臺(tái)階面至?35mm
10
去毛刺
11
檢驗(yàn)入庫(kù)
設(shè) 計(jì)(日 期)
校 對(duì)(日期)
審 核(日期)
標(biāo)準(zhǔn)化(日期)
會(huì) 簽(日期)
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽 字
日 期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽 字
日 期
軸頭二的加工工藝卡如下:
機(jī)械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
CA6140車床
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
零件名稱
軸頭2
共
頁(yè)
第
1
頁(yè)
材 料 牌 號(hào)
45鋼
毛 坯 種 類
圓鋼
毛坯外形尺寸
?120×280
每毛坯件數(shù)
1
每 臺(tái) 件 數(shù)
1
工
序
號(hào)
工 名
序 稱
工 歩
名 稱
工 序 內(nèi) 容
設(shè) 備
工 藝 裝 備
工 時(shí)
夾具
刀具
量具
準(zhǔn)終
單件
1
下料
?120mm×290mm
2
車削
1
三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓一端
車床
三爪卡盤
2
車端面見平
CA6140
YT5 90° 偏刀
3
鉆中心孔
中心鉆?2mm
4
粗車外圓保證尺寸?115mm
YT5 45° 外圓車刀
游標(biāo)卡尺
3
車削
1
三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓另一端
2
車端面見平保證總長(zhǎng)270mm
YT5 90° 偏刀
3
鉆中心孔
中心鉆?2mm
4
粗車外圓保證尺寸?113mm
YT5 45° 外圓車刀
4
車削
1
三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓另一端
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
粗車臺(tái)階面外圓保證尺寸?46mm,長(zhǎng)190mm
YT5 45° 外圓車刀
4
粗車臺(tái)階面外圓保證尺寸?36mm,長(zhǎng)139mm
5
粗車臺(tái)階面外圓保證尺寸?31mm,長(zhǎng)98mm
5
熱處理
調(diào)質(zhì)處理220~240HBS
6
車削
1
三爪自定心卡盤夾持?46mm一端
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
半精車?113mm外圓至?112.5mm
4
倒外角1×45°
倒角刀
7
車削
1
三爪自定心卡盤夾持?112.5mm一端
YT5 45°外圓車刀
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
半精車?46mm臺(tái)階面至?45.5mm
4
半精車?36mm臺(tái)階面至?35.5mm
5
半精車?31mm臺(tái)階面至?30.5mm
6
用?6mm鉆頭在?30.5mm臺(tái)階面鉆135深的孔
?6mm鉆頭
7
用?10mm鉆頭在?30.5mm臺(tái)階面鉆14深的孔
?10mm鉆頭
8
用絲錐在?10mm的孔中攻絲
?10mm絲錐
9
在?30.5mm的臺(tái)階面倒外角1×45°
倒角刀
10
在?35.5mm的臺(tái)階面倒外角1.5×45°
11
車?28mm長(zhǎng)為1.3mm的環(huán)槽,距軸端2.7mm
切槽刀
8
鉆孔
1
用虎鉗夾住?35.5mm臺(tái)階面
鉆床
虎鉗
2
用?6mm的鉆頭鉆17.5mm深的孔,距軸頭端面為118mm
?6mm鉆頭
9
銑鍵槽
1
用V形虎鉗裝夾?30.5mm臺(tái)階面
立式銑床
V形虎鉗
銑刀
2
銑鍵槽10mm×90mm,鍵槽一端距軸頭5mm
8
車削
1
三爪自定心卡盤夾持?45.5mm一端
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
精車?112.5mm至?112mm
YT5 45°外圓車刀
9
車削
1
三爪自定心卡盤夾持?112mm一端
2
用尾座頂尖頂住中心孔
3
精車?45.5mm臺(tái)階面至?45mm
YT5 45°外圓車刀
4
精車?35.5mm臺(tái)階面至?35mm
5
精車?30.5mm臺(tái)階面至?30mm
10
去毛刺
11
檢驗(yàn)入庫(kù)
設(shè) 計(jì)(日 期)
校 對(duì)(日期)
審 核(日期)
標(biāo)準(zhǔn)化(日期)
會(huì) 簽(日期)
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽 字
日 期
標(biāo)記
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽 字
日 期
羅拉零件中的兩個(gè)軸頭已經(jīng)加工完成了,下面就是將軸頭、無縫鋼管和包覆鋼管三者通過紅套的方法結(jié)合到一起,所謂紅套,就是將套筒加熱,然后再將需要裝入的零件裝入套筒中,冷卻后套筒就會(huì)收縮與軸頭緊固。
要將軸頭,無縫鋼管和包覆鋼管三者相結(jié)合,有兩種方案,方案一,就是先將軸頭與無縫鋼管通過紅套的方法相結(jié)合,然后再將這兩者的結(jié)合體通過紅套的方法與包覆鋼管再結(jié)合。而方法二就是先將無縫鋼管和包覆鋼管通過紅套的方法想結(jié)合,然后再將軸頭通過紅套的方法與他們相結(jié)合。方案二中的第二個(gè)過程比較困難,要加熱的零件比較厚,溫度要求也比較難以把握,相比之下,還是第一種方案比較合理,所以決定采用方案一。
通過方案一在保證尺寸要求的情況下,再用焊接的方法將三者焊接到一起,這樣才可以保證整個(gè)零件的整體性。而這個(gè)零件也是羅拉齒形加工的毛坯零件。下一步還要對(duì)其進(jìn)行齒形加工。
(二)下面是對(duì)羅拉齒形加工的工藝分析
要加工羅拉的槽,可以有滾齒、插齒、磨齒、剃齒和刨齒多中加工方案。在眾多的加工方案中,分別對(duì)銑加工和刨加工進(jìn)行工藝試驗(yàn)。從理論上來說,銑加工刀具剛性好,加工質(zhì)量比較穩(wěn)定,粗糙度低,不易形成毛刺,但加工效率低,刨加工加工效率高,刀具剛性差,進(jìn)刀量不穩(wěn)定容易扎刀、毛刺。但通過多次的工藝試驗(yàn),比較兩種加工方法的加工參數(shù)及加工后的表面質(zhì)量,表明對(duì)此種零件,銑加工不但加工效率低,而且容易在齒頂形成積屑瘤。影響加工質(zhì)量。而刨加工加工質(zhì)量反而比銑加工的好,加工面幾乎沒有毛刺,加工效率也比銑槽高。通過以上的分析,羅拉的齒形加工就選用刨加工。
選定了刨加工,接下來就要選擇加工的刀具。考慮到羅拉齒形的分布較密,齒形槽較薄,齒形強(qiáng)度比較的差,而且還容易變形,我們可以使用組合刀具對(duì)其進(jìn)行刨槽加工,盡可能的減少工件發(fā)熱,提高加工效率。其組合刀具結(jié)構(gòu)如下圖所示:
直槽刨刀結(jié)構(gòu),它能有效的減小成形刨刀的加工量,最大限度的減小熱量的產(chǎn)生。下圖所示的就是直槽刨刀:
成形刨刀結(jié)構(gòu),經(jīng)過前面刨直槽刀的加工,成形刨刀的加工余量已經(jīng)很小,它主要是切削斜面部分是槽成形,直接影響著槽的成形尺寸及表面質(zhì)量。下圖是成形刨刀的結(jié)構(gòu):
刀具也定了下來,接下來就是在刨床上的夾具的設(shè)計(jì)了。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要的任務(wù)之一就是羅拉齒形加工的夾具的設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)過程參考設(shè)計(jì)說明書。