一種Nagel珩磨機參數(shù)優(yōu)化方法在生產(chǎn)線上的應用

摘 要：文章針對發(fā)動機缸體某條生產(chǎn)線上Nagel珩磨機加工缸孔節(jié)拍和缸孔圓度的控制，介紹了珩磨加工過程中的部分重要參數(shù)含義，并提出一種參數(shù)調整規(guī)范和經(jīng)驗，約束和規(guī)范現(xiàn)場員工調整機床的一致性，減少因珩磨參數(shù)調整不規(guī)律引入其他設備未知因素的故障等，有利于技術人員更高效的對珩磨設備問題進行問題解決。

關鍵詞：珩磨機；節(jié)拍；缸孔圓度；參數(shù)

1 概述

缸體作為發(fā)動機3C件重要部件之一，其加工工藝較為復雜，其中珩磨工位是發(fā)動機缸孔加工工藝中極為重要和關鍵的工位。發(fā)動機缸體缸孔珩磨的質量影響著發(fā)動機的磨合時間、運轉性能和活塞使用壽命等，因此珩磨機加工的調整對發(fā)動機產(chǎn)品的質量起著很重要的作用。由于珩磨加工的不穩(wěn)定性、砂條砂粒脫落周期的不確定性及其他諸多因素的影響，導致缸孔圓度質量的保證和加工節(jié)拍問題一直是影響生產(chǎn)線產(chǎn)能輸出的瓶頸問題。

缸孔的珩磨一般包括粗珩、半精珩、精珩或者平臺珩三個過程。粗珩的主要目的是去除缸孔的余量，消除精鏜痕跡，修正和穩(wěn)定精鏜后的形狀精度，此外還要形成一個基本的表面結構和形成適合后續(xù)加工的基本表面粗糙度。半精珩主要是確保珩磨尺寸精度、形狀精度，形成網(wǎng)紋溝槽，精珩或者平臺珩主要是消除溝槽波峰，形成平臺，建立缸孔表面的平臺網(wǎng)紋結構，缸孔表面粗糙度要求很高，既要有較高的油膜支撐率，又要有縮短發(fā)動機磨合的波峰，還要有影響發(fā)動機磨損壽命的核心粗糙度Rk等。因此珩磨機質量的加工保證給機加工生產(chǎn)線上員工的控制帶來了不小的難度。

2 Nagel珩磨機機械漲刀參數(shù)介紹

如圖1所示為某缸體線上Nagel珩磨機參數(shù)設置界面，粗珩、半精珩為機械漲刀，精珩為液壓漲刀，其中主要以機械漲刀參數(shù)調整最為繁多復雜，故文章主要介紹粗珩和半精珩中機械漲刀參數(shù)的理解與應用。

珩磨主軸參數(shù)：（1）上止點：加工過程中，珩磨頭抬起最高的點；（2）下止點：加工過程中，珩磨頭深入最低的點；（3）沖程速度：珩磨頭上下往復運行的速度快慢；（4）測量位置：加工中，刀具氣檢測量缸孔的位置；（5）零點偏置：電機重新搜索零點的過程中，壓到硬限位后偏離硬限位的距離，其他位置的設定是以零點偏置位置為零點設定的；（6）上下止點停留時間：珩磨頭在第一進給位置內，在珩磨頭上下止點停留的時間，一般常用于控制缸孔的圓柱度，如缸孔尺寸上小，下大，那上止點停留時間就延長點；反之調整下止點停留時間。注意：珩磨軸的上、下止點停留時間只在第一進給過程中起作用。

珩磨刀具漲刀參數(shù)：（1）快速進給壓力：珩磨頭下刀到缸孔，刀具徑向漲刀接觸孔壁前的壓力；（2）快速進給速度：珩磨頭下刀到缸孔，刀具徑向漲刀接觸孔壁前的速度；（3）第一進給位置：控制快速進給階段與第一進給階段的切換節(jié)點或位置；（4）第一進給壓力（第一進給速度）：進入第一進給時，珩磨軸以給定的主軸轉速開始旋轉，漲刀電機以第一進給速度向前漲刀，給珩磨頭一恒定的壓力不斷切削，當實際值（珩磨頭在缸孔的氣檢值）等于（目標偏置值+最終進給位置值）時，收刀并切換到最終進給；（5）最終進給壓力（最終進給速度）：開始進入最終進給，漲刀電機以最終進給速度不斷漲刀，珩磨頭以最終進給壓力加工工件，當氣電傳感器檢測反饋回來的電壓值等于設定值時（也就是設定的目標偏置值），電機收刀到零位（漲刀起始位置），加工完成；（6）最終進給位置：數(shù)值的改變直接影響第一進給和最終進給切削量的分配（數(shù)值越小則留給最終進給余量越多，反之越少）；（7）目標偏置值：數(shù)值的改變直接影響該工序加工缸孔的直徑大?。繕似弥导哟髣t缸孔直徑變大，反之則減?。?；（8）漲刀起始位置：珩磨頭開始漲刀和結束加工時收刀的零位位置。

為方便對上述加工參數(shù)更形象化的理解，將珩磨砂條工作時簡化的復合運動示意如圖2所示，其中包括：

三種運動：

A：刀具隨主軸旋轉運動；

B：刀具隨主軸上下往復運動；

C：砂條徑向切削往復進給運動；

三個位置：

1.第一進給位置；

2.最終進給位置（第二進給位置）；

3.目標偏置位置

三個階段：

①快速進給漲刀階段；

②第一進給切削階段；

③最終進給切削階段（第二進給切削）

3 Nagel珩磨機參數(shù)調整方法介紹

3.1 珩磨缸孔過程概述

珩磨軸運行到下止點，進入快速進給過程，電機快速漲刀（以給定的快速進給速度向前，可以通過調節(jié)漲刀壓力和漲刀速度改變快速進給過程中的沖程次數(shù)，從而改變此階段的節(jié)拍），漲刀電機編碼器反饋當前漲刀的壓力或者位置；當壓力或者位置達到設定值時開始旋轉，進入第一進給，第一進給以設定的壓力和速度持續(xù)漲刀切削（最佳珩磨狀態(tài)為實際值即切削量穩(wěn)步減少，說明切削均勻、穩(wěn)定）；當珩磨頭氣檢反饋回來的電壓值與設定值相等時（說明此階段珩磨量達到），切換到最終進給，最終進給在設定的壓力和速度下繼續(xù)珩磨，當達到設定的尺寸（目標偏置值）時，開始收刀到零位結束珩磨，珩磨頭回到零環(huán)位置。

3.2 珩磨缸孔伺服趨勢圖介紹

珩磨缸孔伺服趨勢圖在HMI面板上如圖3所示。著重突出加工過程中三個階段：快速進給階段（如圖3中A寬度），第一個波峰為第一進給階段（如圖3中B寬度），第二個波峰則是最終進給階段（如圖3中CD寬度）。每個階段在界面上顯示的寬度即直接反映加工時間的長短和過程穩(wěn)定性，是員工判斷珩磨過程是否正常穩(wěn)定的依據(jù)。

3.3 參數(shù)調整方法介紹

通過“珩磨工位綜覽表”界面（圖4），可以了解缸孔加工具體過程，如缸孔節(jié)拍、漲刀位置、漲刀壓力等內容。缸孔加工三個階段如圖5、6、7動態(tài)顯示如下。

關于調整參數(shù)，應觀察節(jié)拍變化及趨勢圖相結合，當?shù)毒卟牧弦恢?，粗珩與半精珩方法一樣，下面以最終進給切削階段舉例說明調整參數(shù)的過程：

（1）該階段參數(shù)主要包括最終進給速度、最終進給壓力、最終給位置；

（2）保證最終進給壓力總比最終進給速度大，一般進給速度值等于70%-80%的進給壓力值，另外最終加工參數(shù)必須要比第一進給參數(shù)小，避免產(chǎn)生粗刀痕，缸孔粗糙度不合格等；

（3）此階段是修磨粗刀痕及控制尺寸（缸孔圓度）的關鍵，為了保證質量，第三階段節(jié)拍不能低于5秒，可以把這時間定義為T3，以半精珩舉例：如8和9圖，可以算出T2=16.91-10.33≈6.5秒；從圖3看，D寬度既是第三階段加工過程，該寬度呈現(xiàn)越水平，說明加工越穩(wěn)定；反之說明加工異常。

（4）如需要提升節(jié)拍時，先加壓力后加速度，一般每次調整1-2個單位，直到合適節(jié)拍；如降節(jié)拍先降速度后降壓力，降節(jié)拍可以大幅度降下來。

（5）工件加工完，刀具收刀，返回到環(huán)規(guī)內，單個缸孔就加工結束了，從中可以大概算出單個缸孔節(jié)拍T=T1+T2+T3，正常加工情況下，建議T？芏15秒以上，避免出現(xiàn)粗刀痕、缸孔粗糙度不合格等。

3.4 參數(shù)調整基本原則

為規(guī)范參數(shù)調整過程，現(xiàn)場建立幾點基本原則：（1）保證粗珩磨和半精珩磨最終進給階段要求：加工時間≥5秒，加工余量≥10u；（2）加工中出現(xiàn)節(jié)拍變慢，先調大壓力，若無變化則再調大速度；（3）加工中出現(xiàn)節(jié)拍變快，先調小速度，若無變化則再調小壓力；（4）粗糙度測量若Rvk、Rpk整體偏下差，說明缸孔表面粗糙度網(wǎng)紋深度過小，可適當減少精珩磨沖程數(shù)或調整高低壓沖程數(shù)組合；（5）粗糙度測量若Rvk、Rpk整體偏上差，缸孔表面粗糙度網(wǎng)紋深度過大，可適當增加精珩磨沖程數(shù)或調整高低壓沖程數(shù)組合。

4 參數(shù)調整應用效果

本方法是基于工廠實際生產(chǎn)線上大批量珩磨加工制造得出的一種適用于Nagel珩磨機效率提升的參數(shù)應用。在珩磨機參數(shù)調整方法規(guī)范后，現(xiàn)場實際操作對珩磨機缸孔的加工有了更深刻地認識，現(xiàn)場生產(chǎn)線珩磨機生產(chǎn)效率提升和珩磨缸孔圓度質量改善明顯，也避免了因為加工參數(shù)設置不合適導致設備負荷不滿足引起的漲刀軸、沖程軸等機械故障。

5 結束語

文章針對發(fā)動機缸體珩磨機現(xiàn)場平衡質量與生產(chǎn)效率的問題提供一種清晰的設備參數(shù)調整思路和方法，對于設備本身機械制造的精度及珩磨刀具方面的影響未作詳細闡述，例如機床導軌磨損、伺服反饋精度、刀具漲刀機構磨損、砂條磨削能力的強度等的影響都不可忽略。文章對于發(fā)動機機加工線制造過程中珩磨機相關參數(shù)影響的復雜問題解決具有一定的指導意義。

參考文獻

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作者簡介：吳勇（1988-），男，湖北，湖北工業(yè)大學機械設計制造及其自動化學士，缸體工程師、初級工程師，主要研究方向：發(fā)動機缸體加工工藝、生產(chǎn)線布局優(yōu)化、精益制造等。