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磨床/珩磨设备 |
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发动机缸体珩磨机加工尺寸的控制方法 |
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作者： 来源：AI汽车制造业 |
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上汽通用五菱发动机工厂的缸体珩磨机是进口全自动加工设备，该珩磨机承担了保证缸体加工重要部位缸孔和曲轴孔的最终加工尺寸的任务，是缸体线的关键设备。由于加工方式的特殊性及工艺要求的多样性，加工精度和加工稳定性要更高，掌握珩磨机加工尺寸的控制方法，对于实现发动机性能的稳定性显得尤为重要。本文分析了影响珩磨机加工尺寸的因素，并提出了解决方案。
珩磨机加工的现状
1.珩磨机及加工工序描述
上汽通用五菱发动机工厂的珩磨机是德国格林（Gehring）公司生产的，分为12个工位，由进出料工位、型号识别工位、缸孔粗加工工位、精加工工位、曲轴孔加工工位、MARPOSS检测工位、翻转工位及几个空工位组成。
加工工位拥有机械电子涨刀系统和液压涨刀系统，可以加工1.0～1.2L多种型号的缸体。工件通过一个抬起步进式输送系统进行输送加工，该抬起步进式输送系统通过伺服电机驱动实现精确控制。
2. 珩磨机加工方面存在的问题
（1） 珩磨机精珩工位换刀后，加工首件粗糙度不合格，不能完全覆盖粗珩留下的刀痕和深沟槽（见图1）。
图1 不能完全覆盖粗珩留下的刀痕和深沟槽
（2）加工出现缸孔圆度和圆柱度不好，出现超差和偏上差（见图2）。
图2 出现超差和偏上差
（3）由于加工的缸孔是半盲孔，缸孔底部直径偏小，需要在缸孔底部增加延时增长缸孔底部的加工时间来修复，会造成缸孔出现环行刀痕的风险（见图3）。
图3 缸孔出现环行刀痕
（4）珩磨加工直径偏大或偏小，影响节拍和造成返修的浪费。
影响加工尺寸的因素分析
要获得良好的珩磨效果，除选用先进的珩磨工具及正确选用磨条材料和粒度外，珩磨时采用的工艺参数对加工质量也有很大的影响。
1.珩磨速度V
珩磨速度为旋转速度V1和往复速度V2的合成，旋转速度V1为18～25m/min时最佳。经验证明，缸孔的加工质量和往复速度有着直接的关系，往复速度V2为25～35m/min时，网纹角θ为45°～70°时，珩磨效率最高。具体可根据缸孔要求的网纹角和加工粗糙度，进行合理选择。珩磨时对孔的形状精度产生影响的参数有3个：砂条的长度、孔的长度和砂条的伸出长度（砂条在珩磨时伸出孔外的长度）。
2.加工检测不稳定
由于缸体珩磨机的加工是运用直接测量的方式进行加工，在加工时气压不稳定，校零出现误差，气检电压变化，漏气和气路堵塞都会影响检测造成加工不稳定和MARPOSS检测工位出现测量超差现象。我们常看到MARPOSS测量设备结果超差就去调整参数，而没有想到过MARPOSS测量设备本身的错误，所以在调整参数前需要先确保检具也就是测量设备合格。
3.粗加工不合格
轴1相对来说只是个粗珩工位，将精加工进行形状修正，轴1的形状和粗糙度也将影响到轴2加工出来的质量，轴1一般保留20～30μm余量给轴2，以保证轴2有足够的切削量，得到好的质量保证，加工时轴2尺寸和粗糙度等不合格情况都和轴1相关联，所以要保证轴1的加工质量。
调整珩磨以控制尺寸
1.形状控制
通过气动测量装置对孔的在线测量，同时格林控制单元还对这些测量值进行分析计算，从而来对珩磨程序进行相应的在线调节，由此达到一个理想的尺寸和形状精度。
（1） 在珩磨过程中，珩磨机对孔的ABC三个截面进行在线数据采集并比较，每个行程采集数据一次，从而得知孔的形状并对其进行相应的珩磨调节。在线形状修复功能可在整个珩磨过程中持续进行，也可在珩磨将要结束前关闭。优点是具有最佳的珩磨时间。
（2）在珩磨过程中，珩磨机对孔的ABC三个截面进行在线数据采集并比较，每个行程采集数据一次，不同的是在停止珩磨后，机床将对孔的ABC三个截面再次静态测量采集，测得的数据将在下一个工件的在线形状修复中得到应用。优点是可获得最佳的测量结果。
（3）在珩磨过程中，珩磨机对孔的ABC三个截面进行在线数据采集并比较，每个行程采集数据一次。不同的是在加工尺寸抵达前，停止珩磨并对孔的ABC三个截面再次静态测量采集，然后在接下来的珩磨中启动在线形状修复功能对孔进行加工。优点是可获得最佳的测量结果。
形状修正针对不同的情况，格林公司提供以下形状修正方法：行程上偏移；行程下偏移；行程量增加；行程量减少。
盲孔的加工因受空间限制不能使用行程下偏移修正方式，故采用延时的修正方式。
2. HAZ液压自动涨刀系统控制
通过格林控制系统对HAZ液压自动涨刀系统控制，使得它几乎可以胜任所有加工任务。3种方案如图4所示。
图4 3种不同方案
（1）方案1：在珩磨头进入孔后，涨刀系统开始向孔壁施压，直到涨刀压力达到设定值。在切削过程中，这个力始终保持不变。在加工尺寸达到后才卸载，然后刀具驶出孔外。
（2）方案2：与方案1的基本原理相同，只是在特殊加工要求下，涨刀压力的增长比方案1慢（见图4中的黄线）。从而确保在加工硬金属（如镀铬工件）时，砂条的安全。
（3）方案3：砂条以2种不同的涨刀压力进行切削。一开始砂条以方案1的压力进行切削，一直达到预设定的转换尺寸，然后进入第二步切削（时间控制的切削），这时涨刀的压力将降低到一个设定的很小压力值。当第二步切削完成后，刀具才完全卸载，并驶出孔外。这个特殊的珩磨控制方式是为了进一步改善工件表面的质量和孔的形状精度。
3. EMZ电子机械涨刀系统的控制
EMZ的控制基本上是通过对涨刀电机的电流强度调节和极限电流强度的限定来实现的。涨刀量和转速的调节，是以对涨刀电机的电流控制为基准，同时还要对刀具的各种径向进给参数如PVZ、PSZ等进行调节。
在EMZ系统中将设定一个涨刀电机的最大电流强度，使得在砂条和孔壁间产生的扭矩，即涨刀压力始终不会超过极限，这个极限值的设置也是确保砂条过载的一个保护。随着砂条的不断涨出，涨刀电机的扭矩会明显增加，当扭矩达到一个最大定值时，电机将会随之停止转动，并在该状态下停留一段时间，然后控制系统才发出一个“砂条已经贴靠工件表面”的信号，并开始运用在系统里设置的加工参数进行加工至设置的尺寸。
4.在线气动测量装置控制
在珩磨头上配有气嘴测量装置，可对孔在珩磨时进行径在线无接触气动测量。在线气动测量的测量工作气压为0.3MPa。压缩空气经由一个旋转气流分配器进入珩磨头，并通过刀具上的气嘴喷射到被加工的孔壁上，在气嘴各个加工表面之间将产生回弹压力，这个压力差将通过气电转换仪转换为电子信号发送到控制系统。结合线旁的气动检具和内径千分表的多层检控消除了测量的误差，保证在线加工的测量精度。
结语
汽车发动机缸体的缸孔承受燃烧的爆发压力和冲击，既要耐高温、高压冲击负荷，又要为活塞高速往复运动提供基准、良好定位和准确导向，需要缸孔与活塞之间，配合间隙要合理，摩擦力要小。为此，要求缸孔表面粗糙度低、缸孔尺寸精度高且形状精度和位置精度好。为使缸孔珩磨加工获得较高的加工精度和良好的表面质量，正确选择工艺参数，处理好各参数之间的相互关系，是提高珩磨尺寸和精度关键之所在。此类问题在国内外相关设备的功能使用中有一定的普遍性，对若干疑难问题的分析解决，得出了一些对于珩磨机加工尺寸控制工作有借鉴意义的结论。(end)
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(6/30/2010) |
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