發(fā)動(dòng)機(jī)缸體水套劃傷解決方案研究

摘 要：隨著現(xiàn)代化加工的發(fā)展，數(shù)控加工中心得到了廣泛的應(yīng)用，安徽華菱星馬汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)加工項(xiàng)目采用德國HELLER公司的進(jìn)口加工中心，在加工的過程中出現(xiàn)了缸孔上水套劃傷現(xiàn)象，針對(duì)此現(xiàn)象，通過查閱相關(guān)資料，分析出了多種導(dǎo)致劃傷的原因，進(jìn)行逐個(gè)驗(yàn)證排查，最終將加工程序進(jìn)行優(yōu)化，成功的解決了這一問題，為企業(yè)生產(chǎn)提供了保障。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體；上水套；運(yùn)動(dòng)刀具；西門子加工程序

1 加工問題描述

該缸體線是漢馬動(dòng)力有限公司機(jī)加車間下屬的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體機(jī)加裝配線，本線經(jīng)一次規(guī)劃分期實(shí)施，引進(jìn)10臺(tái)德國海勒（HELLER）進(jìn)口加工中心，組成一條高精度、高穩(wěn)定性的全自動(dòng)柔性生產(chǎn)線。生產(chǎn)線采用全自動(dòng)化桁架機(jī)械手上料，可實(shí)現(xiàn)2個(gè)系列多個(gè)品種氣缸蓋的自動(dòng)識(shí)別和共線生產(chǎn)，設(shè)備安裝和機(jī)床調(diào)試均是由德國的技術(shù)人員進(jìn)行，隨著德國的技術(shù)人員調(diào)試完畢之后的撤離，公司已進(jìn)入了生產(chǎn)階段，但是在生產(chǎn)的過程中出現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象，在生產(chǎn)線上工序號(hào)為OP110的MCH400D精加工機(jī)床加工發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的水套上出現(xiàn)了很深的螺紋狀劃痕（如圖1），嚴(yán)重影響缸體質(zhì)量，需及時(shí)解決，否則將對(duì)生產(chǎn)造成影響。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體水套螺紋狀劃痕

2 加工問題分析

對(duì)于零件水套孔出現(xiàn)的劃痕問題，根據(jù)加工信息，現(xiàn)場(chǎng)操作人員的反饋，與現(xiàn)場(chǎng)各技術(shù)人員對(duì)同類型的問題進(jìn)行比較和研究，查閱了同期的相關(guān)問題雜志，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議商量，估計(jì)出可能出現(xiàn)這種情況的原因有以下幾點(diǎn)：（1）機(jī)床刀具更換過程中數(shù)據(jù)覆蓋（刀具芯片數(shù)據(jù)讀取）；（2）加工程序的修改（相關(guān)運(yùn)動(dòng)刀具的加工程序）；（3）刀具本身的結(jié)構(gòu)問題；（4）機(jī)床主軸內(nèi)部的U軸傳動(dòng)電機(jī)故障。

3 研究刀具結(jié)構(gòu)

首先對(duì)刀具進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，該刀具為德國高麥特公司生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)刀具，通過研究查閱資料和與德國廠家聯(lián)系，得出刀具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖2），并對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析：

圖2 刀具內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

D1：刀具總長度，機(jī)床一般不記錄該數(shù)據(jù)；

D2：半精鏜工件下缸孔，固定刀片；

D3：精加工上中水套，運(yùn)動(dòng)刀片；

D4：加工退刀槽部分，運(yùn)動(dòng)刀具；

D5：半精加工上缸孔，固定刀具。

該刀具加工方式為UF軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)U軸楔塊移動(dòng)，帶動(dòng)上圖中的綠色刀片位置進(jìn)行加工，但是該刀具是通過UF軸的正傳與反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)對(duì)應(yīng)刀刃號(hào)為D3、D4進(jìn)行加工，也就是說正傳帶動(dòng)D4加工退刀槽，反轉(zhuǎn)則帶動(dòng)D3刀刃進(jìn)行上中水套加工（如圖3），于是我們?cè)跈C(jī)床上將該刀具調(diào)出來，使用：

CS_D（4）

M21 M123

S1200 M3

G0 U=-1.6（D3調(diào)用）

G4F0.5

U=7.25（D4調(diào)用）

G4F0.5

U=0

M9

M30

進(jìn)行刀具程序檢查，發(fā)現(xiàn)該刀具在運(yùn)行的過程中處于正常，D3、D4的刀刃均能順利的伸出和收回，所以排除了刀具結(jié)構(gòu)故障問題。

4 檢查刀具芯片參數(shù)，核對(duì)加工參數(shù)

針對(duì)以上問題制定第二套的方案：

對(duì)機(jī)床加工的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，加工結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體結(jié)構(gòu)

接下來我們對(duì)加工該位置的加工參數(shù)進(jìn)行分析：

由于該刀具為運(yùn)動(dòng)刀具，刀具內(nèi)部存在U軸和UF軸，我們先從刀具本身的參數(shù)上下手，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的反饋，該刀具為新刀具，由刀具室拿到生產(chǎn)線上進(jìn)行加工，之前沒有進(jìn)行過加工，那么我們對(duì)刀具室寫入刀具芯片中的數(shù)據(jù)和機(jī)床原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果如圖5。

圖5 刀具芯片中的數(shù)據(jù)

表1中所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)與我機(jī)床原始的數(shù)據(jù)沒有改變。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的核對(duì)，刀具相關(guān)刀刃上的數(shù)據(jù)參數(shù)（芯片數(shù)據(jù)）和機(jī)床中記憶的相關(guān)參數(shù)完全相符（正負(fù)號(hào)區(qū)別代表了刀具的運(yùn)動(dòng)方向），那么這就表示在機(jī)床芯片讀取上已經(jīng)成功的將刀具的數(shù)據(jù)覆蓋進(jìn)了機(jī)床的刀具庫，排除了芯片讀取上的錯(cuò)誤。

5 程序檢查，分析加工過程，修改程序

排除了刀具結(jié)構(gòu)故障之后，通過查詢了很多相關(guān)的資料和文獻(xiàn)，分析到底是什么原因?qū)е铝烁卓讋潅F(xiàn)象，結(jié)合德國公司的技術(shù)人員提出的意見，可能是機(jī)床程序方面出現(xiàn)錯(cuò)誤，雖然程序是固定的，但是也不排除刀具更換之后出現(xiàn)新的問題，進(jìn)入機(jī)床的加工程序界面，將該部位的程序調(diào)出來，如下：

N7010 LABEL_T116：

N7020 G18

N7030 G0 G153 U0

N7040 CS_D（4）

N7050 CS_U_SLIDE（1） ；（achstausch und G18， ca_x=xposition， x=durchmesserprogr.）

N7060 G96 ；mm/rev

N7070 LIMS=1300主軸限速

N7080 S345

N7090 DIAMON ；（durchmesserprogr.）直徑打開

N7100 MSG（\"OP\"<

N7110 G0 G54 X146.92 D4

N7120 G0 Z=544.75+1 D1 ；vor WST

N7130 G1 Z=（544.75-1.1） F26 D4；vorpos

N7140 G1 X154.00 F=1.0 ；vorposition

N7150 G1 G9 X160.45 F=0.4*0.5 ；schieber ausfahren Einstich F=0.5*0.5

N7160 G0 X146.92 ；schieber Einstich zurueck

N7170 DIAMOF

N7180 CS_U_SLIDE（0）

N7190 G95

N7200 MSG（\"OP\"<

N7210 G0 G153 U0

N7220 CS_D（3）

N7230 CS_U_SLIDE（1） ；（achstausch und G18， ca_x=xposition， x=durchmesserprogr.）

N7240 G95 ；mm/rev

N7250 DIAMON ；（durchmesserprogr.）

N7260 G0 X=（148） Z=（544.75-9） D3 ；anstellen f. kopieren D148.0

N7270 G1 G41 F0.48 S1000 ； S1202 ORIG；anfahren D148.0 mit SRK

N7280 G1 Z=（544.75-17） ；Startpunkt Radius R5

N7290 G3 X148.6 Z=（544.75-17-1.706） I-4.7 K-1.706 ；radius R5 auf D148.6

N7300 G1 G9 Z=（544.75-11.7） D5 ；Z-pos. D155.5

N7310 G0 G40 X=（148-0.5） D3；abheben von Kontur

N7320 DO $R468=LV_RE_ENT

N7330 G0 Z=（544.75+10） D1 S750 ； OLD G1 F5

N7340 G94

N7350 DIAMOF

N7360 CS_U_SLIDE（0）

N7370 G17

N7380 ENDLABEL：

說明：N7260- D3刀具展開到直徑148位置；

N7290-用增量進(jìn)刀，直徑為148+0.6mm；

N7310-刀具縮回到148.6-0.8位置。

以上為該加工程序的基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)HELLER工程師表示，首先將刀具參數(shù)中D3和D4的刀具補(bǔ)償值進(jìn)行整體修改，將該參數(shù)全部設(shè)定為正值（表2），然后將程序修改為如下：

N7220 CS_D（3）

N7230 CS_U_SLIDE（1） ；（achstausch und G18， ca_x=xposition， x=durchmesserprogr.）

N7240 G95 ；mm/rev

N7250 DIAMON ；（durchmesserprogr.）

N7260 G0 X=（148） Z=（544.75-9） D3 ；anstellen f. kopieren D148.0

N7270 G1 G41 o F0.48 S1000 ； S1202 ORIG；anfahren D148.0 mit SRK

N7280 G1 Z=（544.75-17） ；Startpunkt Radius R5

N7290 G3 X148.6 Z=（544.75-17-1.706） I-4.7 K-1.706 ；radius R5 auf D148.6

N7300 G1 G9 Z=（544.75-11.7） D5 ；Z-pos. D155.5

N7310 G0 G40 X=（148-0.5） D3；abheben von Kontur

N7320 DO $R468=LV_RE_ENT

N7330 G0 Z=（544.75+10） D1 S750 ； OLD G1 F5

N7340 G94

N7350 DIAMOF

N7360 CS_U_SLIDE（0）

N7370 G17

N7380 ENDLABEL：

說明：N7260-D3刀具展開到直徑148位置更改為：G0 X=（-148） Z=（544.75-9） D3；

N7270-建立左刀補(bǔ)，設(shè)定轉(zhuǎn)速和進(jìn)給更改為：G1 G41 X-148 F0.48 S1000；

N7290-用增量進(jìn)刀，直徑為148+0.6mm 更改為：G3 X=IC（0.6） Z=（544.75-17-1.706） I-4.7 K-1.706；X軸采；

N7310-刀具縮回到148.6-0.5位置更改為：G0 G40 X=IC（-0.9） D3；

吊入新的工件進(jìn)行加工，機(jī)床順利的加工完成，證明程序結(jié)構(gòu)上修改是沒有問題的，但是實(shí)際的加工還是存在劃痕，但是這次的劃痕相對(duì)上次的劃痕比較淺和比較細(xì)，根據(jù)此種情況我們進(jìn)行分析，原始的劃痕主要是由于D4刀刃沒有回到位置導(dǎo)致，而這次的劃痕由于D3刀刃沒有回到位置導(dǎo)致，那么主要問題就集中到了下面這段程序上：

N7310 G0 G40 X=（148-0.5） D3；abheben von Kontur

根據(jù)以上2次的加工中總結(jié)出一個(gè)規(guī)律，那就是，如果更改為 X=IC（-0.9）則上水套出現(xiàn)劃痕（D3造成）；如果更改為 X=IC（-1.3）則出現(xiàn)初始狀態(tài)大劃痕（D4造成）；

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的情況，我們將基本的設(shè)定如下：

N7310 G0 G40 X=（148-0.5） D3；abheben von Kontur

將程序修改之后進(jìn)行新工件的加工，加工結(jié)果出來之后，刀紋已經(jīng)消失，該問題從目前看已經(jīng)解決。

6 程序優(yōu)化，問題排除

綜合考慮，該刀具采用這種方案，刀片損壞或者刀具更換之后必須重新試驗(yàn)新數(shù)據(jù)后將程序修改，這樣很麻煩，為了能使該問題有更加完善的解決，與德國方面的專家進(jìn)行聯(lián)合研究，結(jié)果如下：

N7390 CS_D（3）

N7400 CS_U_SLIDE（1） ；（change axis and G18， ca_x=xposition， x=diameterprogr.）

N7410 G95 ；mm/rev

N7420 DIAMON ；（diameterprogr.）

N7430 G0 X=（148） Z=（544.75-9） D3 ；positioning f. copy D148.0

N7440 G1 G41 X148 F0.48 S1000 ；positioning D148.0 with cutting tip compensation

N7450 G1 Z=（544.75-17） ；Startpoint radius R5

N7460 G3 X=148.6 Z=（544.75-17-1.706） I=-4.7 K=-1.706

；radius R5 to D148.6

N7470 G1 G9 Z=（544.75-11.7） D5 ；Z-pos. D155.5

N7480 G40

N7490 DO $R468=LV_RE_ENT

N7500 G94

N7510 DIAMOF

N7520 CS_U_SLIDE（0）

N7530 G0 G153 U0 ；back to home position

N7540 G0 Z=（544.75+10） D1 S750

N7550 G17

N7560 ENDLABEL：

說明：將刀具加工完成之后，不用G0 G40 X=IC（-1.0）指令將刀具退回到專門位置，而是采用G0 G153 U0 指令將刀具的U軸直接回到零位，這樣從根本解決了刀具的更換問題。經(jīng)試驗(yàn)該處的修改從根本上解決了這一問題，并且在互換性上有了更高的保證。

7 結(jié)束語

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的加工問題，對(duì)機(jī)床程序和刀具結(jié)構(gòu)的分析是數(shù)控加工中必不可少的，當(dāng)加工有規(guī)律形狀，尺寸不同的新型工件時(shí)，只需要對(duì)部分程序的更改和更換，而不要對(duì)整個(gè)新工件加工編制一個(gè)程序，這樣大大的節(jié)省了所消耗的工時(shí)，機(jī)床在執(zhí)行這類程序時(shí)所要求的條件運(yùn)行方面更加輕松、反應(yīng)更迅速，大大提高了加工效率，充分發(fā)揮出了數(shù)控機(jī)床的性能。

參考文獻(xiàn)

[1]陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實(shí)例[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]穆國巖.數(shù)控機(jī)床編程與操作[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]宴初宏.實(shí)用數(shù)控加工程序編制技術(shù)[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[4]宋正.數(shù)控機(jī)床編程與操作[M].中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009.

[5]陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用[M].械工業(yè)出版社，2008.

[6]陳洪濤.數(shù)控加工工藝與編程[M].高等教育出版社，2005.