車發(fā)動機(jī)缸孔珩磨軌跡重構(gòu)與精度控制分析

摘 要：文章通過對汽車發(fā)動機(jī)缸孔珩磨頭運(yùn)動軌跡的跟蹤分析與重構(gòu)，確定了影響珩磨頭軸向相位角變化的因素，包括：珩磨頭旋轉(zhuǎn)速度、往復(fù)運(yùn)動速度、下端停留時間、上下越程等運(yùn)動參數(shù)，重構(gòu)磨粒運(yùn)動軌跡，探索了控制發(fā)動機(jī)缸孔珩磨精度的方法。

關(guān)鍵詞：缸孔珩磨；軌跡重構(gòu)；精度控制

汽車動力性能經(jīng)常受汽車發(fā)動機(jī)質(zhì)量的直接影響。改善發(fā)動機(jī)的各項(xiàng)性能需要提高發(fā)動機(jī)缸孔的加工制造質(zhì)量。珩磨是汽車發(fā)動機(jī)缸孔精密加工的一道重要工序，除了能夠去除汽車發(fā)動機(jī)缸孔的加工余量，還能使發(fā)動機(jī)零件尺寸確保更高的精度，對汽車發(fā)動機(jī)缸孔的最終成型的尺寸、形狀、表面精度確定有很大作用。因此，分析缸孔珩磨工藝過程意義重大。

1 車發(fā)動機(jī)缸孔珩磨軌跡形成分析

1.1 珩磨機(jī)理

汽車發(fā)動機(jī)缸孔珩磨過程中，珩磨頭通過做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和上下往復(fù)運(yùn)動，使得交叉網(wǎng)紋的分布和角度更加均勻，珩磨后達(dá)到缸孔直徑要求的尺寸，并在缸孔表面形成網(wǎng)紋；珩磨頭在下端停留時間越久珩磨去除量越大，磨粒在下端的軌跡越密；通過改變珩磨頭的往復(fù)運(yùn)動來改變上下越程量重點(diǎn)表現(xiàn)在往復(fù)運(yùn)動各周期內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角，達(dá)到改變磨粒軌跡的目的。

1.2 發(fā)動機(jī)缸孔珩磨軌跡形成

在加工汽車發(fā)動機(jī)缸孔珩磨過程中，珩磨頭始終作往復(fù)等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，每一個周期包括向下沖程時間、下端停留時間和上沖程的總時間，下面將通過實(shí)例來加以說明：一個發(fā)動機(jī)缸孔的珩磨頭上有8根油石均勻分布，直徑均為68.5mm，每經(jīng)過11次往復(fù)運(yùn)動完成一個缸孔加工。其中珩磨頭各項(xiàng)運(yùn)動參數(shù)如下：珩磨頭每分鐘旋轉(zhuǎn)220圈，往復(fù)運(yùn)動每分鐘25m、上端越程量28mm，下端越程量18mm、每根油石長度80mm，發(fā)動機(jī)缸孔高120mm。

由已知參數(shù)求得，珩磨頭沖程距離=缸孔高度+上端越程量+下端越程量-油石長度，為84mm，油石下沖程時間=珩磨頭沖程距離/往復(fù)速度，為0.204s；同樣上沖時間也為0.204s，總沖程時間為0.408s。一個周期內(nèi)珩磨頭的轉(zhuǎn)動角度為旋轉(zhuǎn)速度×總時間為9.3996rad。沿油石長度方向上均取6個點(diǎn)，根據(jù)以上參數(shù)計算模擬油石的軌跡。

2 發(fā)動機(jī)缸孔珩磨軌跡重構(gòu)

按照實(shí)際工作中的缸孔珩磨過程，通過模擬，分析珩磨頭各運(yùn)動參數(shù)與磨粒軌跡分布關(guān)系，控制珩磨精度。具體操作如下：首先了解缸孔珩磨頭的結(jié)構(gòu)、確定珩磨頭各運(yùn)動參數(shù)、進(jìn)行磨粒軌跡的重構(gòu)，把握磨粒軌跡分布密度，預(yù)測缸孔珩磨材料去除量，從而實(shí)現(xiàn)缸孔珩磨精度的預(yù)測與控制。

3 發(fā)動機(jī)缸孔珩磨軌跡精度控制

要控制發(fā)動機(jī)缸孔珩磨軌跡精度，需要分析珩磨頭各項(xiàng)運(yùn)動參數(shù)是如何影響磨粒軌跡的分布。為保證珩磨精度，在珩磨頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，盡量保證相鄰兩個周期內(nèi)磨粒運(yùn)動軌跡不重合，能夠形成一定的錯位；如果有多條油石分布在發(fā)動機(jī)缸孔的珩磨頭上，則也要保證每個油石上磨粒運(yùn)動軌跡不重合。

3.1 改變珩磨頭旋轉(zhuǎn)速度，控制軌跡精度

當(dāng)珩磨頭上下往復(fù)運(yùn)動速度、下端停留時間以及形成確定時，也就確定了分布在珩磨頭上的油石上下往復(fù)運(yùn)動周期，周期內(nèi)油石旋轉(zhuǎn)角度是由大小珩磨頭的旋轉(zhuǎn)速度決定的。8根油石分布在發(fā)動機(jī)缸孔珩磨頭上，一個往復(fù)周期內(nèi)，珩磨頭旋轉(zhuǎn)角為90°的整數(shù)倍時，油石每個周期內(nèi)的運(yùn)動軌跡就會出現(xiàn)重合。不改變其他參數(shù)，只改變珩磨頭旋轉(zhuǎn)速度來計算往復(fù)行程、油石上下往復(fù)運(yùn)動時間。選擇一個往復(fù)周期內(nèi)珩磨頭合適的旋轉(zhuǎn)角，計算出所需的旋轉(zhuǎn)角速度，這樣無論珩磨多長時間油石的運(yùn)動軌跡始終重合。油石往復(fù)運(yùn)動軌跡反復(fù)重合，會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)缸孔局部表面被反復(fù)珩磨，而其他區(qū)域不能被珩磨，降低了缸孔表面精度。

3.2 改變珩磨頭往復(fù)運(yùn)動速度，控制軌跡精度

給定珩磨往復(fù)行程、下端點(diǎn)停留時間以及旋轉(zhuǎn)速度，珩磨頭往復(fù)運(yùn)動速度的變化會引起珩磨頭往復(fù)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度相應(yīng)的發(fā)生變化，這是由上下往復(fù)運(yùn)動所用時間決定的。一個周期內(nèi)，珩磨頭旋轉(zhuǎn)角度會因周期的改變而改變。當(dāng)珩磨頭旋轉(zhuǎn)角度正好為45°整數(shù)倍時，周期內(nèi)磨粒運(yùn)動軌跡就會出現(xiàn)重合。保證其他參數(shù)不變，通過改變珩磨頭往復(fù)運(yùn)動速度，計算出往復(fù)運(yùn)動的行程、油石上、下往復(fù)運(yùn)動時間、珩磨頭的轉(zhuǎn)動角度。選定珩磨頭往復(fù)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度，得出所需的往復(fù)速度。

3.3 改變下端點(diǎn)停留時間，控制軌跡精度

確定珩磨頭往復(fù)運(yùn)動速度、珩磨頭運(yùn)動行程和旋轉(zhuǎn)速度，下端點(diǎn)停留時間決定周期內(nèi)轉(zhuǎn)動角度和往復(fù)周期。當(dāng)珩磨頭往復(fù)周期內(nèi)轉(zhuǎn)動相位角為45°的整數(shù)倍時，下一個周期開始與前一個周期開始時油石的位置會出現(xiàn)重合。不管缸孔珩磨時間的長短，油石的運(yùn)動軌跡都會重合。下端停留時間會影響珩磨油石運(yùn)動軌跡分布的均勻性。為了保證珩磨材料的去除量，必須根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度和往復(fù)速度以及行程來合理選擇下端點(diǎn)停留時間。

3.4 改變上下越程量，控制軌跡精度

油石的上下越程量是珩磨頭運(yùn)動過程中油石伸出發(fā)動機(jī)缸孔的長度，有上越程和下越程之分，一般情況下，上越程和下越程選擇相同數(shù)量來保證缸孔珩磨后形狀。珩磨頭的行程受上下越程量的影響。當(dāng)速度一定時，珩磨頭運(yùn)動時間隨行程的變化而變化，當(dāng)一個往復(fù)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度為45°的整數(shù)倍時，磨粒的運(yùn)動軌跡就會出現(xiàn)重合，導(dǎo)致珩磨頭出現(xiàn)重磨現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

通過對珩磨機(jī)理和形成分析，概括出可以從珩磨頭運(yùn)動參數(shù)變化控制珩磨運(yùn)動軌跡分布。主要包括：（1）通過調(diào)整上下端停留時間，改善缸孔形狀，控制軌跡精度；（2）可以通過磨粒軌跡疊加法調(diào)整越程量，從而改善缸孔形狀，控制軌跡精度。但這種方法在一定程度上會影響生產(chǎn)效率，對于盲孔來說，下端越程量調(diào)整范圍有限，一般只能調(diào)整上端越程量；（3）同樣通過磨粒軌跡疊加法，設(shè)計新的珩磨頭結(jié)構(gòu)，將兩組油石進(jìn)行錯位安裝，使磨粒軌跡均勻分布；（4）假設(shè)珩磨去除量一定，控制缸孔形狀使珩磨余量與去除量相同，控制珩磨軌跡，得到較為理想的圓柱缸孔形狀，能夠很好地控制珩磨精度。

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作者簡介：陳金友（1986，10-），男，湖南省衡陽市，湖南財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，助教，研究方向：汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)及傳熱傳質(zhì)。