磨槽机法兰修整机构的设计与应用

刘涛,叶争奇

西安双特智能传动有限公司  陕西西安 710119

摘要：随着汽车工业的发展，对密封圈槽的粗糙度要求也来越高，精车槽已经不能满足高精度的密封槽粗糙度要求，对此，应用磨槽机设备进行磨槽，但是在更换砂轮时，磨槽机法兰由于锥孔磨损导致端面跳动超过0.3mm，调整跳动长达8-12小时，费时费力且浪费设备产能，为此，研究法兰安装原理并设计法兰修整机构，经试用验证后效果明显，将调整法兰跳动的时间缩短至2小时以内，目前此机构已正常使用。

关键词：磨槽  法兰  修整  跳动

随着汽车工业的发展，对密封的要求越来越高，相应地对密封圈槽的尺寸和粗糙度提出了更高的要求，以保证良好的长期密封效果。因此，常规的精车槽刀加工密封圈槽已经不能满足槽壁的粗糙度要求，要用到能加工出更高光洁度的磨削设备，结合密封槽的结构特点及磨削原理，应用一种由直进式外圆磨改制而来的磨槽机磨削密封槽，砂轮采用CBN成型砂轮。由于磨槽机属于非标、小众的槽精加工设备，设备价值高，维修维护专业且时间长，易损件价格高昂。

磨槽机上用于安装砂轮的法兰，与机床主轴通过锥孔配合，使用较长时间后，由于磨损导致锥孔配合不紧密，使得砂轮安装后端面跳动过大，最大时达到0.3mm以上，达不到0.05mm的要求。而更换一个新的法兰，其费用高达6万人民币，也不能避免跳动大的问题，增加了加工成本；而通过反复装卸法兰加压表测量跳动值来调整端面跳动，一般两个人配合的情况下，调整时间长达8小时至12小时，费时费力且浪费磨槽机产能，也会增加加工成本。

对此，需要通过研究法兰安装过程、定位原理，找出可行的方法，以减少在法兰端面跳动调整上花费的时间。

试验设计：（1）将法兰端面划分区域；（2）安装并固定法兰；（3）旋转法兰，压表测量法兰端面已划分的各区域对应的端面跳动值，并做记录；（4）每固定一次法兰，测量3次端面跳动值；（5）安装3次法兰，记录测量的端面跳动值。

实验数据分析：（1）每次安装法兰测量的3组端面跳动值，在相同区域是接近一致的；（2）三次安装法兰之间的端面跳动值相差较大，且无规律。这说明，单次安装法兰后，虽然端面跳动大，但是只要不松开螺母，法兰的紧固是可靠的，无滑动现象，砂轮法兰松开后再次安装时，由于锥孔磨损，导致定位偏差大，进而导致砂轮法兰跳动发生变化且无规律。

改进方案：基于以上实验结果的分析，如果能把砂轮法兰有锥孔的一半先安装好，然后设计一款修整机构，用于修整法兰与砂轮接触的端面，法兰接触面端跳就会很小，就能保证砂轮安装后的端面跳动在要求范围内。

磨槽机的主体结构为砂轮和砂轮法兰安装在X轴上，其中心轴线与X轴垂直，端面与X轴平行，可沿着X轴移动，与X轴垂直的Z轴方向有尾座导轨，导轨方向与Z轴平行，导轨上有两条T型槽。那么，可以设计一种车刀机构，使车刀刀尖能与砂轮法兰端面接触上，X轴驱动砂轮法兰沿着X轴运动，从而实现利用车刀将法兰端面车一刀的效果，从而可保证法兰端面的跳动在要求范围内，进而保证砂轮的端跳精度，从而大幅降低调整砂轮法兰端跳的时间。

修整机构的构思主要借鉴车床加工原理，其修整过程类似车刀车削端面的过程，其主要结构如图一所示：

修整机构主要由修整机构底座、固定螺钉及T型块、修整机构主体、刀座、刀杆及刀片等主要部件组成。其中刀座、刀杆和刀片组成修整机构的车削模块，将车削模块固定在主体结构上，主体结构通过螺钉和T型块联结在机床工作台上。本修整机构的工作原理：与车床加工原理相似，先将砂轮法兰安装在机床主轴上，然后砂轮法兰向刀具方向进行X轴运动的方式，对砂轮法兰端面进行车削修整，如图二所示，可将法兰端面跳动修整至0.01mm以内，然后安装砂轮，可保证砂轮端面跳动在0.03mm以内。

图一 法兰端面修整机构结构图

设计及制作：按照上图思路，测量磨槽机尾座导轨上表面至砂轮法兰中心的距离，确定主体结构的高度尺寸，测量磨槽机导轨Z向中心线至砂轮法兰中心的距离，确定主体结构的宽度尺寸，然后进行其它尺寸计算，设计装配图纸和各组件图纸，按照图纸制作修整机构零部件并装配及焊接，组装完成后在设备上验证高度和宽度是否满足要求。

试验验证：首先制定法兰安装及端面修整的作业流程，流程如下：第1步，安装砂轮法兰并锁紧法兰紧固螺母；第2步，用百分表压表测量法兰的端面跳动其最大值为0.23mm；第3步，按照装配示意图放置修整机构至磨槽机导轨上，预紧螺钉，测量端面至尾座端面距离，以此设定修整机构在导轨上的位置，然后压紧螺钉；第4步，启动砂轮主轴转动，手轮控制主轴沿X方向开进修整机构车刀刀尖，法兰端面与车刀刀尖接触后，X轴持续稳定进给，修整砂轮法兰端面，使其见光，若不能100%见光，则须调整修整机构在Z轴的位置，再次修整法兰端面；第5步，用百分表压表测量修整后法兰端面跳动，维持在0.01mm以内，达到预期目标；第6步，安装磨槽砂轮，使其端面与法兰端面贴紧；第7步，百分表测量砂轮端面跳动，维持在0.02以内，效果良好；第8步，开始加工首件，测量密封槽位置及槽宽合格。以上1-7步总耗时约1.7小时，相比改进前约降低法兰端面调整时间83%，在提升了更换砂轮效率的同时提升了设备的利用率。

图二 砂轮法兰端面修整示意图

总结：在使用图二所示修整机构后，相比改进前有以下有点：

1）大幅减少法兰的端面跳动调整时间，释放设备产能，提升产能利用率；

2）从2人配合操作优化为1人操作，更换砂轮时节省1人；

3）降低了对操作人员的技能要求，可操作性强；

4）避免维修机床主轴锥面，减少设备维修维护费用；

5）降低了对法兰锥孔锥面的精度要求，无需采购价格高昂的OEM砂轮法兰；

目前，本修整机构已正常使用约1年时间，根据每次更换砂轮时的跟踪情况，更换时间能稳定在2小时以内，端面跳动可稳定在0.01mm以内，砂轮法兰端面修整的构思及修整机构的使用可达预期目标，为公司的精益改善开创了新的思路。

参考文献

【1】山特维克可乐满车削刀具样本 . AB Sandvik Coromant.2017