降低氣門導管座圈返工新方法

韓偉，魯文章，陸勇

降低氣門導管座圈返工新方法

韓偉，魯文章，陸勇

（安徽華菱星馬汽車有限公司發動機分公司，安徽 馬鞍山 243061）

隨著現代化加工的發展，數控加工中心得到了廣泛應用。作者公司發動機機加工項目，采用的是進口的德國GROB公司的數控加工中心。在加工過程中由于座圈沙眼、同軸度超差等問題，造成缸蓋的返工。由于機床出廠設定為雙主軸加工，在返工過程中會產生輔料浪費問題。針對此現象，作者和單位技術人員一起努力，查閱相關資料，分析出了多個雙主軸切換單主軸的加工方案，然后進行逐個驗證排查，最終將加工程序進行優化，成功地解決了這一問題，為單位生產提供了保障。

發動機缸蓋；氣門導管座圈；鏜孔刀具；西門子加工

1 加工問題描述

筆者所在的發動機氣缸蓋機加生產線隸屬于華菱星馬集團發動機分公司機加車間。該線一次規劃分期實施。項目投資6億元，引進了38臺德國進口加工中心（德國HELLER/ GROB公司），配備覆蓋全工序的德國尼柏丁SPC檢具，組成了一條高精度、高穩定性的全自動柔性生產線。

發動機缸蓋的氣門導管座圈采用的是壓裝后加工的工藝，為保障生產節拍，公司特地引進了德國GROB公司的雙主軸加工機床，使原有的加工節拍提升了一倍。但是生產過程中，我們發現，氣門座圈系粉末冶金材料，氣孔沙眼是不可避免的問題，經常在機床加工完成之后，發現座圈里面存在沙眼現象。由于機床是雙主軸同步加工，如圖1所示，機床的SPA-1主軸加工紅色區域，SPA-2主軸加工藍色區域，我們在返工1號孔的座圈沙眼件的時候，需要將對應區域的2號孔合格座圈去除，才能進入機床加工，此加工方式會造成一套合格的導管座圈浪費，是否有更好的方案可以優化這個加工方案？針對此現象，經有關部門決定，暫停生產，進行立項解決，以針對此問題進行專項技術攻關。

圖1 機床雙主軸加工區域及加工孔位標識

2 方案策劃

經過專項小組分析，從刀具的結構上面和加工程序方面進行著手，針對本次的技改，暫定本次方案有2種：

（1）機床主軸專用刀具拆除，主軸刀夾結構調整；

（2）雙主軸同步加工變更為單主軸單步加工。

3 刀具結構分析及調整

根據現場數據采集，機床采用的刀具系專機主軸頭，采用U軸和UF軸實現在刀具加工中變更尺寸，實現變徑加工（圖2）。

圖2 機床主軸及刀具

主軸在旋轉過程中，通過內部的U軸旋轉，帶動上圖2中紅圈內所標注的刀片在主軸選裝中實現變徑加工。該機床上擁有雙主軸，在生產加工中，把主軸SPA-1上的刀片拆除，在加工的時候，機床依舊雙主軸同步移動，但是只有一根主軸上有刀片，接觸座圈和導管加工，實現單主軸返工。

圖3 刀具結構圖

驗證結論：刀片拆除法，可以實現單孔加工，但是在加工中發現，如圖3所示，該刀具是一把復合型刀具，導管座圈同步加工，保障其同軸度要求，并且上圖中導管加工刀具為瑪帕的精鏜刀，其加工特點是刀件與刀條配合加工，SPA-2主軸上座圈的加工可以得到保證，SPA-1主軸上的座圈沒有加工，但是導管加工的刀具刀片拆除后，由于該精鏜刀具的刀條僅比刀尖低0.01~0.02mm，在刀具高速旋轉的過程中，對導條出現比較大的磨損，導致刀具整體壽命下降，所以該方案不是最佳方案。

4 機床加工程分析及調整

圖4 進排氣門空位編號圖

（1）雙主軸加工主程序

程序名：OP0100_01.MPF；

PROGRAM JUMP IN；

IF（LAST_TOOL>=0）GOTOF X_POS_100019

IF（LAST_TOOL>=1）GOTOF X_POS_100020

IF（LAST_TOOL>=2）GOTOF X_POS_100021

IF（LAST_TOOL>=3）GOTOF X_POS_100028

IF（LAST_TOOL>=4）GOTOF X_POS_100029

IF（LAST_TOOL>=5）GOTOF X_POS_100030

IF（LAST_TOOL>=6）GOTOF X_POS_100007

當把機床參數LAST_TOOL設定為0~7任意一個數的時候，如圖4所示的編號會于機床對應的參數進行綁定，機床會從主軸對應位置進行加工，加工程序如下：

程序名：OP0100_01.MPF；

------------------------ 1.00.19 / 1.00.22 ----------------------

N510 X_POS_10019：跳轉程序名（標識）

N515 MSG ("EXHAUST 1.00.19 + 1.00.22")；加工排氣座圈，編號10019+10022

N520 OP0100_EXHAUST_9_8；調用加工子程序

N525 STOPRE

N530 LAST_TOOL=1；LAST——TOOL賦值為1

N535 $AC_TIMER[2]=-1

N540 R70=R70+1

N545 R[R70]=$AC_TIMER[2]

N550 $AC_TIMER[2]=0

該程序段中，首先承接上方LOST_TOOL參數設置的數量，如LOST_TOOL設定的是0，那么直接跳轉到標識X_ POS_10019：位置，程序向下直接調用的加工子程序如下：

程序名：OP0100_EXHAUST_9_8.SPF

N5 DEF INT ACT_G8, ACT_G14

N10 ACT_G8=$P_GG[8] ;G53.. G599

N15 ACT_G14=$P_GG[14] ;G90 / G91

N20 G0 G60 Z=R150 Z_2=R150+SPI_2_L1 U_1=R151 U_2=R151 D1；M65機床主軸1和主軸2移動至加工位置；

N25 TRAILON (U_2,U_1,1)

N30 TRAILON (Z_2,Z,1)

N35 GEOAX (1,U_1)

N40 G[8]=ACT_G8 ;G53.. G599

N45 G[14]=ACT_G14 ;G90 / G91

N50 D1

N55 FFWON

N60 G1 X=R153 Z=R152 F=FEED1-42；雙主軸同步加工

N65 X=R155 Z=R154 F=FEED2；雙主軸同步加工

N70 FFWOF

N75 G0 X=R157 Z=R156

PS：以上程序進行U周換算，X值移動已經變更為U軸的變徑加工

通過以上程序，我們實現機床雙主軸加工導管座圈的加工。

（2）單主軸加工程序改進

程序名：OP0100_01.MPF;

PROGRAM JUMP IN;

IF（LAST_TOOL>=19）GOTOF X_POS_100019

IF（LAST_TOOL>=20）GOTOF X_POS_100020

IF（LAST_TOOL>=21）GOTOF X_POS_100021

IF（LAST_TOOL>=22）GOTOF X_POS_100022

IF（LAST_TOOL>=23）GOTOF X_POS_100023

IF（LAST_TOOL>=24）GOTOF X_POS_100024

IF（LAST_TOOL>=25）GOTOF X_POS_100025

IF（LAST_TOOL>=26）GOTOF X_POS_100026

IF（LAST_TOOL>=27）GOTOF X_POS_100027

IF（LAST_TOOL>=28）GOTOF X_POS_100028

IF（LAST_TOOL>=29）GOTOF X_POS_100029

IF（LAST_TOOL>=30）GOTOF X_POS_100030

機床主程序中，會將每一個LAST_TOOL的參數編號與圖4所示的孔位編號進行一一對應，機床會從主軸對應單個孔位置進行加工，加工程序變更如下：

程序名：OP0100_01.MPF；

------------------------ 1.00.19 / 1.00.22 ----------------------

N510 X_POS_10019:跳轉程序名（標識）

N515 MSG ("EXHAUST 1.00.19")；加工排氣座圈，編號10019

N516 G0 G57 G60 G90 G601 A=DC(270) POS[U_1]= R151+R158 POS[U_2]=R151+R158 POS[W_1]=W_START_ POS POS[W_2]=W_START_POS M7；定義坐標系及主軸1和主軸2加工位置

N517 TRAILOF (X_2,X)

N518 X=-356.35+R110 X_2=-356.35+R111 Y=-41.91 S1= SPEED1 S2=SPEED1 M1=3 M2=3 D1

N520 OP0100_EXHAUST_9_8_SP1；調用主軸1的加工子程序

N525 STOPRE

N530 LAST_TOOL=20；LAST——TOOL賦值為20

N535 $AC_TIMER[2]=-1

N540 R70=R70+1

N545 R[R70]=$AC_TIMER[2]

N550 $AC_TIMER[2]=0

該程序段中，首先承接上方LOST_TOOL參數設置的數量，如LOST_TOOL設定的是19，那么直接跳轉到標識X_ POS_10019：位置，單獨加工19號孔，加工程序向下直接調用的加工子程序如下：

程序名：OP0100_EXHAUST_9_8_SP1.SPF

N5 DEF INT ACT_G8, ACT_G14

N10 ACT_G8=$P_GG[8] ;G53.. G599

N15 ACT_G14=$P_GG[14] ;G90 / G91

N20 G0 G60 Z=R150+1 Z_2=R150+SPI_2_L1+200 U_1= R151 U_2=R151 D1；M65機床主軸1和主軸2移動至加工位置，主軸2在原始位置上面后移200mm；

N21 G1 G60 Z=R150 Z_2=R150+SPI_2_L1+200 U_1= R151 U_2=R151 F=FEED1; M65

N25 TRAILON (U_2,U_1,1)

N30 TRAILON (Z_2,Z,1)

N35 GEOAX (1,U_1)

N40 G[8]=ACT_G8; G53.. G599

N45 G[14]=ACT_G14; G90 / G91

N50 D1

N55 FFWON

N60 G1 X=R153 Z=R152 F=FEED1-42；雙主軸同步加工

N65 X=R155 Z=R154 F=FEED2；雙主軸同步加工

N70 FFWOF

N75 G0 X=R157 Z=R156

以上程序進行U周換算，X值移動已經變更為U軸的變徑加工。

通過以上程序，實現了機床雙主軸加工導管座圈變更為單主軸的加工。

5 調整完成后操作優化

（1）根據孔位標識，識別出工件需要返工的孔位編號。

（2）為避免造成加工程序的混亂，圖5所示，機床里面程序設定為正常加工程序和返工程序，選擇返工程序。

圖5 機床正常加工程序和返工程序（FGCX）

（3）在機床LOST_TOOL界面（圖6）里面輸入自己需要返工的孔位號。

圖6 機床LAST_TOOL參數設定界面

（4）啟動機床直接加工即可。

6 經濟效益

此次技改項目中，通過機床程序調整和優化，實現機床由原先雙主軸加工變更為單主軸加工，降低了導管座圈及返工損耗，具體效益如下：

（1）單臺返工成本由原先95.37/臺下降為56.69元/臺；

（2）單孔返工工時由原先1.38小時提升至0.92小時，效率提升33.3%；

（3）根據相關技術部門進行核算可知：本次技改活動期間，通過降低返工材料、減少刀具損耗、減少返工工時三個方面核算，按照2018年全年的返工數量進行核算，預計2019年可實現成本降低數量為：單臺降低成本38.69元*3704孔數=143295.41元。

7 總結

在此，非常感謝何成琪老專家對解決此次問題的支持，這一過程對筆者自身的能力也有很大提升。隨著生產的繼續，難免會出現加工上的問題，為此對機床程序和刀具結構的分析是數控加工中必不可少的，這就需要從多方面去學習和掌握解決方法。盡管這方面會有專業技術人員來進行，但作為數控加工中心一名合格的操作人員，這些還是必須會的東西。在以后的加工過程中，要加強對機床和刀具的研究，更加充分發揮數控機床的性能。

[1] 陳海舟.數控銑削加工宏程序及應用實例[M].機械工業出版社, 2006.

[2] 穆國巖.數控機床編程與操作[M].機械工業出版社,2007.

[3] 宴初宏.實用數控加工程序編制技術[M].上海科學技術出版社, 2008.

[4] 宋正.數控機床編程與操作[M].中國勞動社會保障出版社,2009.

[5] 陳海舟.數控銑削加工宏程序及應用[M].機械工業出版社,2008.

[6] 陳洪濤.數控加工工藝與編程[M].高等教育出版社,2005.

New method to reduce rework of valve guide seat

Han Wei, Lu Wenzhang, Lu Yong

( Anhui Hualing Xingma Automobile Co., Ltd. Engine Branch, Anhui Ma'anshan 243061 )

With the development of modern machining, CNC machining center has been widely used. The engine machining project of our company adopts the imported numerical control machining center of Grob company of Germany. In the process of machining, the cylinder head is reworked due to the problems of seat ring sand hole and coaxiality out of tolerance. Because the machine tool is set to be processed by two spindles, there will be waste of auxiliary materials in the process of rework. In view of this phenomenon, the author and the technical personnel of the unit work together to consult the relevant data, analyze the processing scheme of multiple double spindle switching single spindle, and then verify and check one by one, and finally optimize the processing procedure, which successfully solves this problem and provides guarantee for the production of the unit.

Engine cylinder head; Valve guide seat ring; Boring tool; Siemens machining

A

1671-7988(2020)24-185-04

U464

A

1671-7988(2020)24-185-04

韓偉，就職于安徽華菱星馬汽車有限公司發動機分公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.060

CLC NO.: U464