新型自動(dòng)補(bǔ)償精鏜刀在汽缸孔加工中的應(yīng)用

1、新型自動(dòng)補(bǔ)償精鏜刀在汽缸孔加工中的應(yīng)用作者：楊  武      文章來(lái)源：上汽通用五菱汽車股份有限公司    點(diǎn)擊數(shù)：317    更新時(shí)間：2009-8-7  于2007年7月投產(chǎn)的上海通用五菱汽車股份有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)廠，其缸體線加工設(shè)備全部采用了德國(guó)柔性化加工中心，其中，汽缸孔的加工引入了美國(guó)Valenite公司最新開(kāi)發(fā)的第二代自動(dòng)補(bǔ)償精鏜刀具技術(shù)，可有效實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、快節(jié)拍的生產(chǎn)要求。汽缸孔加工是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工的關(guān)鍵

2、工序，刀具的選用對(duì)汽缸孔的加工質(zhì)量和效率有重要的影響。上汽通用五菱汽車股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱SGMW）發(fā)動(dòng)機(jī)工廠于2007年7月投產(chǎn)，主要生產(chǎn)1.01.4L小型直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)綱領(lǐng)35萬(wàn)臺(tái)/年。缸體線機(jī)加工設(shè)備全部采用德國(guó)柔性化加工中心，配之以進(jìn)口高效刀具進(jìn)行高速加工，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、快節(jié)拍的生產(chǎn)要求。其中，汽缸孔的加工引入了美國(guó)Valenite公司最新開(kāi)發(fā)的第二代自動(dòng)補(bǔ)償精鏜刀具技術(shù)。該刀具技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚屬首次應(yīng)用，其使用經(jīng)驗(yàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文著重對(duì)Valenite公司新舊兩代不同結(jié)構(gòu)的汽缸孔精鏜刀結(jié)構(gòu)、自動(dòng)補(bǔ)償原理以及使用中的一些問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹。汽缸孔加工刀具技術(shù)現(xiàn)狀眾所周知，汽

3、缸孔的加工是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工中的重中之重，必須要確保汽缸孔的尺寸精度、形位公差，并且要得到一個(gè)穩(wěn)定的Cpk值。在目前國(guó)內(nèi)汽缸孔的加工中，較常見(jiàn)的是采用進(jìn)口的剛性專機(jī)，以及使用在線（離線）電子檢具和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒?，以?shí)現(xiàn)對(duì)尺寸的自動(dòng)控制（自動(dòng)或半自動(dòng)反饋）。隨著汽車工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和更新速度不斷加快，剛性的專用機(jī)床已遠(yuǎn)不能滿足柔性加工的需求?，F(xiàn)在，越來(lái)越多的汽缸孔加工被轉(zhuǎn)移到柔性更高的加工中心上。自動(dòng)補(bǔ)償精鏜刀具技術(shù)第一代Valenite精鏜刀在美國(guó)和日本的汽車行業(yè)得到普遍應(yīng)用。該刀具的主要特點(diǎn)是：在鏜桿最前端有一個(gè)用于精調(diào)的扁平螺釘，可與一個(gè)安裝在夾具上的止動(dòng)裝置配合，并通過(guò)主

4、軸回轉(zhuǎn)，對(duì)精加工尺寸的進(jìn)行補(bǔ)償。其刀具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要由2個(gè)半精鏜刀夾和一個(gè)精鏜刀夾組成，且都位于鏜桿圓周的一側(cè)，鏜桿另一側(cè)被削平，以便于在完成精加工后能偏心退刀，避免在精加工后的汽缸孔表面留下退刀痕。在完成所有的汽缸孔加工后，通過(guò)在線（離線）檢具對(duì)已加工的孔徑進(jìn)行測(cè)量，如發(fā)現(xiàn)尺寸變?。ㄖ饕怯捎诘镀哪p造成的），則需要調(diào)整精鏜刀夾的尺寸。在加工下一個(gè)工件之前，主軸會(huì)把刀具輸送到夾具上的止動(dòng)裝置，在前端扁平微調(diào)螺母被定位加緊后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)主軸，對(duì)尺寸進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)尺寸的控制。該刀具有較好的性價(jià)比，但也存在缺點(diǎn)：半精鏜，精鏜同時(shí)切削，容易引起刀具震動(dòng)，從而在汽缸孔表面上留有震紋；精加工刀

5、片的每齒進(jìn)給量為半精鏜每齒進(jìn)給量的2倍（兩個(gè)半精鏜刀夾），線速度和進(jìn)給量不能單獨(dú)調(diào)整；加工效率低；汽缸孔的精度不高。圖1  氣動(dòng)控制汽缸孔精鏜刀 針對(duì)第一代精鏜刀的缺點(diǎn)，SGMW經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析比較，綜合加工質(zhì)量和節(jié)拍上的考慮，決定采用 Valnite公司最新研制的第二代汽缸孔精鏜刀。新型精鏜刀采用了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，可以說(shuō)從根本上解決了原刀具的缺點(diǎn)，其刀具的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。該刀具在設(shè)計(jì)上采用半精鏜、精鏜分開(kāi)加工。半精鏜和頂面倒角采用推鏜(主軸下行)的方式，精鏜采用拉鏜(主軸上行)的方式。在加工時(shí)，首先由換刀機(jī)械手從刀庫(kù)取刀進(jìn)行自動(dòng)換刀，然后主軸定位到加工位置，進(jìn)行半精鏜，此時(shí)精鏜刀夾處于

6、原始位置（精鏜刀尖所處的直徑尺寸小于半精鏜的直徑尺寸），所以并不參與切削。當(dāng)完成半精加工后，主軸繼續(xù)推進(jìn)，進(jìn)行頂面倒角加工，完成倒角后，主軸后退12mm，這時(shí)，4bar（或更大的壓力）的壓縮空氣從機(jī)床主軸通過(guò)刀柄法蘭側(cè)面的進(jìn)氣口輸入到鏜桿內(nèi)部，由輸入的氣壓通過(guò)壓縮橡皮帽壓縮彈簧以推動(dòng)鏜桿內(nèi)的拉桿，由于拉桿的這一移動(dòng)，通過(guò)固定在拉桿上的楔塊裝置把精鏜小刀夾頂?shù)骄庸さ某叽?，然后主軸開(kāi)始后退并進(jìn)行精鏜。完成精鏜后，鏜桿內(nèi)的壓縮空氣被排出，被壓縮的彈簧和橡皮帽恢復(fù)原狀，此時(shí)拉桿失去了壓力并向后移動(dòng)，使精鏜小刀夾回到原始位置，完成整個(gè)加工循環(huán)。然后主軸再重新定位，循環(huán)加工余下的汽缸孔。在加工完所有的孔

7、后，通過(guò)在線（離線）檢具對(duì)已加工的孔徑進(jìn)行測(cè)量，如發(fā)現(xiàn)尺寸變?。ㄖ饕捎诘镀哪p造成），則需要在加工下一個(gè)工件之前，對(duì)精鏜刀夾的尺寸進(jìn)行調(diào)整，主軸會(huì)把刀具輸送到安裝在夾具上的氣動(dòng)卡盤(pán)裝置（如圖2）。通過(guò)這個(gè)氣動(dòng)卡盤(pán)夾緊刀具最前端的精調(diào)旋鈕后，旋轉(zhuǎn)主軸進(jìn)行尺寸補(bǔ)償。主軸順時(shí)針或逆時(shí)針回轉(zhuǎn)10°，精鏜尺寸在直線方向上增或減0.0025mm。回轉(zhuǎn)360°，總的調(diào)整量為0.9mm。這種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)保持了與專用機(jī)床一樣的加工功能和高穩(wěn)定性，并以主軸旋轉(zhuǎn)的刀具調(diào)節(jié)取代了專機(jī)上的伺服電機(jī)補(bǔ)償系統(tǒng)。另外，該刀具還具有諸多優(yōu)點(diǎn)：可保證0.01mm的同軸度；可保證0.002mm的重復(fù)定位精度；

8、中心出水內(nèi)冷；動(dòng)平衡設(shè)計(jì)，可以使用CBN或PCD刀片進(jìn)行高速加工；低氣壓要求，可直接采用車間標(biāo)配的46bar壓縮空氣，無(wú)需增加其他增壓設(shè)備；直徑方向最小0.0025mm的調(diào)整量；半精鏜、精鏜分開(kāi)加工，可分別調(diào)整切削參數(shù)；精鏜采用拉鏜，避免退刀痕；加工效率高；維修成本低等。自動(dòng)補(bǔ)償精鏜刀具在生產(chǎn)中的運(yùn)用到目前為止，該刀具已經(jīng)在設(shè)備驗(yàn)收和試生產(chǎn)中使用了大約1年時(shí)間，加工了5000多個(gè)零件。當(dāng)然，我們也碰到一些刀具問(wèn)題，并從中學(xué)到了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，包括：1、氣壓變化對(duì)刀具的影響由于精鏜刀片要靠壓縮空氣被彈出，如果氣壓過(guò)低或波動(dòng)加大時(shí)，將導(dǎo)致精鏜刀片無(wú)法彈出，工件實(shí)際上沒(méi)有被精鏜加工，從而造成工件報(bào)廢

9、。我們發(fā)現(xiàn)理論上的刀具的工作氣壓是46bar，但在試生產(chǎn)過(guò)程中由于氣壓的波動(dòng)，有時(shí)氣壓可能會(huì)低于4bar，從而導(dǎo)致精鏜刀片無(wú)法彈出，產(chǎn)生工件報(bào)廢。為了防止工件報(bào)廢，我們將工作氣壓調(diào)到5.5 bar以上，以保證即使在氣壓波動(dòng)的情況下，刀具的工作壓力也能超過(guò)4bar。采取這個(gè)措施后，基本上沒(méi)有發(fā)生過(guò)因氣壓變化導(dǎo)致工件報(bào)廢的情況。圖2  氣動(dòng)卡盤(pán)裝置2、刀具調(diào)整的問(wèn)題由于該刀具精鏜尺寸調(diào)整必須控制在±10m以內(nèi)，精度要求很高，所以該刀具調(diào)整需要配置專用調(diào)刀儀，調(diào)刀程序較為繁瑣，調(diào)刀時(shí)間也較長(zhǎng)，且操作工要進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)才能勝任整個(gè)調(diào)刀工作。專用調(diào)刀儀是精密儀器，維護(hù)保養(yǎng)很重要。并且

10、由于是進(jìn)口設(shè)備，在國(guó)內(nèi)無(wú)法維修，一旦出現(xiàn)故障，只能送回美國(guó)維修，需要耗時(shí)2個(gè)月左右，這是生產(chǎn)線所不能允許的。因此，發(fā)生上述情況時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)備用方案來(lái)調(diào)刀，即采用一個(gè)特殊的調(diào)整器在卓樂(lè)調(diào)刀儀上調(diào)刀。這一措施非常重要，因?yàn)槿绻麤](méi)有備用方案，我們就不得不在機(jī)床試切零件進(jìn)行調(diào)刀，這種做法將導(dǎo)致每調(diào)一把刀就要報(bào)廢幾個(gè)工件，并且耗費(fèi)時(shí)間很長(zhǎng)，在成本和時(shí)間上都不劃算。3、技術(shù)支持和培訓(xùn)由于該刀具在國(guó)內(nèi)是首次使用，國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商服務(wù)人員也缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)。所以，在首次使用該刀具前，應(yīng)該向供應(yīng)商索取足夠的技術(shù)資料，并要求具備使用經(jīng)驗(yàn)的國(guó)外專家進(jìn)行與刀具相關(guān)的培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)短期技術(shù)支持。由于汽缸孔的精度要求很高，刀具問(wèn)題直接影響汽缸孔的加工質(zhì)量，零件報(bào)廢將直接影響生產(chǎn)，所以前期的技術(shù)支持和培訓(xùn)至關(guān)重要。結(jié)語(yǔ)經(jīng)過(guò)1年多的應(yīng)