SIMMONS成型磨床砂轮修整器的国产化改造

工装设备

文章编号:1007-6034(2019)02-0029-03DOI：10.14032/j.issn.1007-6034.2019.02.012 SIMMONS成型磨床砂、轮修整器的国产化改造

冯丹阳

(中车长江车辆有限公司株洲分公司，湖南株洲412003)

摘要：通过机械装置、单点金刚刀以及相关程序和参数的调整来达到修整砂轮的目的。不需要

价格昂贵的伺服电机、驱动模块和金刚石修整轮。从根本上解决了伺服电机的维护和修整失真的

问题。

关键词：成型磨床；砂轮修整器；国产化；改造

中图分类号:TG580.2文献标识码：B

1问题的提出

SIMMONS数控成型磨床是工厂2003年从美国

引进的大型精密设备，价值七十多万美元。主要用

于关键工序一车轴轴颈和防尘座的磨削加工。由于

伺服电机损坏，机床停机待修。与美国SIMMONS

厂家联系购买同型号的伺服电机，伺服电机和金刚

石修整轮报价，共计折合人民币约30万元，且交货

期为3个月。为了降低设备维修费用，决定对原修

整装置进行改造。

2改造方案的实施

2.1改造方案设计

SIMMONS磨床结构如图1所示，驱动磨床砂轮前后移动的砂轮台为“X”轴。左右移动的工作台为“Z”轴。修整砂轮用的伺服电机和金刚石修整轮安装在“Z”轴上，金刚石修整轮与砂轮外圆的夹角是90%修整砂轮时，伺服电机带动金刚石修整轮高速旋转，砂轮以设定的速度旋转。由“X”轴和“Z”轴2轴

联动，金刚石修整轮按程序从右往左在砂轮表面修整出所需要的形状。

通过对该磨床的电气控制部分的分析和现场模拟试验，甩开伺服电机不会对修整过程的完成产生影响。决定去除原来价格昂的伺服电机和金刚石修整轮。采用单点金刚刀代替伺服电机和金刚石修整轮，恢复美国SIMMONS磨床的修整功能。方案如下：

收稿日期：2018-07-01

作者简介：冯丹阳(1971-)，男，工程师，大专。

图1美国SIMMONS磨床结构示意图

(1)设计一个刀夹，利用原伺服电机的安装座来安装刀夹，将金刚刀安装在刀夹上；

(2)用单点金刚刀代替伺服电机和金刚石修整轮，尽量简化设计及编程。

金刚刀刀夹的设计是此次改造的关键，结合修理车轴专用磨床的经验，加上对美国SIMMONS磨床的了解，采用AUTOCAD软件进行作图与分析，设计的刀夹如图2所示。

刀夹构造简单，110。的角度设置，不但使砂轮外圆、端面及曲线都可以得到很好的修整，而且有效地解决了原金刚石修整轮修整曲线失真的问题。改造后刀夹与金刚刀的安装位置如图3所示。

2.2改造方案分析

首先对原金刚石修整轮修整过程进行分析。砂轮修整程序编制好以后，在修整前需要进行对刀。如图4所示，用金刚石修整轮的外圆与砂轮外圆接触，此时的X轴坐标作为X方向的参考点。用金刚石修整轮的右端面与砂轮的端面接触，此时的Z轴坐标作为Z方向的参考点。

如图5所示，金刚石修整轮的外圆与两端面之

工装设备机车车辆工艺第2期2019年4月

图3改造后的金刚刀修整装置

图4金刚石修整轮对刀示意图

间有一个7?0.5mm的过渡圆弧。由于金刚石修整轮与砂轮外圆的夹角是90。。在修整曲线时，金刚石修整轮外圆与右端面的交点0会按照理论修整轨迹运动，通过如图6所示的A、B、C3点，而实际修整轨迹为过R0.5mm的圆心与修整曲线法线的点的集合（见图6）。造成理论修整轨迹与实际修整轨迹存在偏差，即轮廓失真。这也就是在曲线修整时，为了达到图纸要求程序中实际节点值和曲线半径值与理论值存在很大误差的根本原因。

其次对改造后的金刚刀修整过程进行分析。采用尖端具有过渡圆弧的单点金刚刀，代替伺服电机和金刚石修整轮。

用金刚刀对刀的情况如图7所示，金刚刀的外圆与砂轮外圆接触.此时的X轴坐标作为X方向的

图6金刚石修整轮修整轨迹

金刚刀

图7单点金刚刀对刀示意图

参考点。用金刚刀的右端面与砂轮的端面接触，此时的Z轴坐标作为Z方向的参考点。

与金刚石修整轮不同的是，虽然对刀的时候是以金刚刀的外圆和右端面分别与砂轮的外圆和右端面接触，由于刀夹与砂轮外圆有110。的夹角，金刚刀与砂轮的接触点都在以金刚刀头部圆角中心的圆弧上。

借鉴数控车削加工中的刀具半径补偿原理，编程时让金刚刀头部圆角中心在偏离理论修整轨迹一个刀具头部圆角半径的等距线轨迹上运行，实际修整轨迹与理论修整轨迹吻合（见图8）。从图8可以看出，在对曲线修整过程中，金刚刀在不同位置的有效作用点，即刀切点（图中A、B、C）处于修整曲线的法向位置，其在金刚刀上的位置是变化的。因此可以提高金刚刀的使用寿命，并将大大地简化编程。

综上所述，在进行曲线修整的时候，金刚刀修整轨迹不会失真，且可以有效地解决原金刚石修整轮修整曲线失真的问题。

冯丹阳SIMMONS成型磨床砂轮修整器的国产化改造

金刚刀修整器安装后，则不可避免地存在或大或小的安装高度误差。若在垂直平面内有误差，那么修整出的砂轮半径误差是否会对砂轮的形状产生影响？

如图9所示，假设砂轮修整器安装时其垂直平面内的高度比砂轮轴线高或低则砂轮在半径上的误差为AR0

AR=R--（A/i）2

因为dR相对于R来说相当小，因此可以近似得出：

SR=R-R/1-（AA）2/^]

AR«（A/i）2/2/?

假设最大安装高度误差Ah=\mm,R=350 mm，则

1/700=0.00142mm

因此，安装高度为非误差敏感方向，对修整后砂轮半径误差的影响不大，可以忽略不计。

3改造后的效果

通过试磨和调整相关参数，改造后加工的产品满足图纸要求，并通过工艺认证，恢复了机床功能，从根本上解决了原金刚石修整轮曲线修整失真的问题，并优于原来的砂轮修整方式。不用价格昂贵的伺服电机和金刚石轮修整轮，为工厂节约维修配件购置费用约30万人民币，并且将每片3万多元的金刚石修整轮更换为每片1千多元的金刚刀，每年还可节约刀具费用2万多元。■

（编辑：李丹）

（上接第26页）

图10拼接胎位上校核用的定位标记

这是一种简单易行的校核措施，可以直观、快速、方便地判定母线是否出现了偏离。通过这一校核措施.既能快速地完成拼接，又能保证母线不发生偏离。

采用筒体板直接拼接的方式.其优点是划出的顶（底）部母线准确.不会出现顶（底）部母线跑偏的状况；缺点是拼接作业操作的步骤多，工人劳动强度大，作业耗时较多，生产效率相对较低。

3.22种拼接方式适宜运用的工况

将待拼接小板的基准边作为定位基准进行拼接的方式，操作简便、生产效率高，适宜于批量大、产量高或生产任务紧急的产品。对于市场需求旺盛、生产量大的普通罐车产品，如GQ70型轻油罐车、GQ70A型苯类罐车.GHA70型醇类罐车、GS70型浓硫酸罐车、GW70型食用油罐车、GL70型沥青罐车、GN70型黏油罐车等，均可采用该方式。

筒体板直接拼接的方式，建议用于新产品的试制过程，由于母线是直接对齐的，可以消除因员工对产品不熟悉而造成筒体板拼接后母线出现偏移的隐患。对于一些市场需求量较小、日产量小的产品，也可以采用此方式。■

（编辑：唐源）

更多推荐

修整,砂轮,磨床,拼接