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☞ 这是金属加工（mw1950pub）发布的第14821篇文章  编者按 近日，由宁夏银川大河数控机床有限公司、银川市恒益达机械有限公司揭榜攻关的“数控珩磨机床技术”等项目，完成了全部攻关目标任务并顺利通过验收。珩磨技术对航空、航天、汽车、船舶领域关键零部件精密加工有非常重要的影响，但在生产中常常存在珩磨头耐用度低、刀具成本高等问题。今天我们先了解一下取得新突破的“数控珩磨机床技术”，再看看机加专家是怎样攻克实际应用难关的。 ✦ 数控珩磨机床技术 ✦ 银川恒益达机械有限公司（下称“恒益达机械”）和银川大河数控机床有限公司（下称“大河数控”）同时揭榜了“数控珩磨机床技术”攻关。 恒益达机械攻克了珩磨机床主轴交流伺服电机直接驱动高速频繁往复转向、多运动轴全电伺服驱动与控制等5项珩磨加工的共性关键技术难题，完成了“单主轴全电伺服数控立式珩磨机床”和“四主轴全电伺服珩磨柔性加工单元”的产品研制。  大河数控对珩磨机双伺服定量进给结构、主轴往复伺服驱动装置等进行了研究，开发了珩磨机国产数控系统——GSK980HC-PC/GSK，具备相关检测和控制功能，达到内置在线软硬件自动检测、主轴运动软硬件电伺服驱动等技术指标，研制了“单主轴全电伺服数控立式珩磨机床”。  大河数控单主轴全电伺服数控立式珩磨机床 （来源：宁夏工信） 两个揭榜项目研发的数控珩磨机床均具备远程运维功能，既可以是独立的珩磨加工的单元设备，也可以与自动线生产无缝对接。性能指标达已到了进口同类产品的技术水平，且售价仅为进口的35%~50%，已在多家发动机生产企业进行了产业化应用。 ✦ 珩磨技术系统性创新 ✦ 《金属加工》作者针对珩磨技术在发动机加工中的常见质量问题提出了一种创新解决方法，他们是怎么做的？ 1 技术要求及工艺难点 珩磨是用镶嵌在珩磨头上的砂条（油石）对内孔表面磨削，获得较高精度和表面粗糙度的一种加工工艺。在发动机加工中，主要运用于缸体、曲轴孔、缸孔和连杆大孔的精整加工。EA888发动机投产后始终存在珩磨头耐用度低、刀具成本高（占生产线刀具单耗的22%），工废率高（见图1）（缸孔划伤占生产线工废率的16%）的问题。此问题也是大众集团中国区发动机专家研讨会提出的共性且难以解决的问题之一。  a）缸孔划伤  b）连杆表面网纹  c）连杆表面划伤 图1 工废 2 解决方案及工艺方法 1. 问题分析 经过对珩磨头砂条的剩余厚度和划伤工废率的对比跟踪（见图2），发现新更换的珩磨头加工划伤率最高，一般在4个班次内逐步下降，但在整个使用周期中也偶有发生。并且发现当划伤率高时砂条厚度会较快减少。推测是从砂条上脱落的金刚石磨粒导致了孔壁划伤。  图2 剩余厚度和划伤工废率对比 在电镜下观察划伤率高的珩磨头砂条，在砂条表面发现有即将脱落和已经脱落的磨粒（见图3），验证了笔者的推断。 a）电镜观察  b）磨粒即将脱落  c）磨粒脱落 图3 观察珩磨头砂条 2. 解决措施 （1）珩磨头规圆尺寸优化 珩磨头规圆尺寸优化如图4所示。 a）优化前 b）优化后 图4 珩磨头规圆尺寸优化 1）新珩磨头砂条的棱边倒角较大且不均匀，加工时珩磨头上圆周分布的砂条受力不均匀加速了砂条劣化。将砂条棱边大倒角改为统一尺寸的小圆角倒钝，提高砂条棱边的强度。 2）珩磨头轴向两端倒角短，无导向定位作用。笔者将倒角尺寸优化为15×3°，这样可以使珩磨头切入工件内孔更平稳，并提高砂条两端的强度。原工艺工件定位后，夹具夹紧直接加工，使用的夹具结构如图5所示。零件内孔中心和珩磨头中心的同心度较低，造成珩磨头单边余量较大，挤压造成较大磨粒的脱落。调整夹紧顺序，先以较小夹紧力对工件预夹紧，连杆在珩磨头端部倒角的导向作用下可以做微量的自定心位移，再完全夹紧，提高珩磨头和被加工孔的同轴度。 图5 夹具结构 （2）珩磨头在线配磨法 针对珩磨头使用初期产生大量划伤的现象，设计一套“珩磨头在线配磨工作法”（专利号ZL201621395563.6），其参数见表1，使用不同于正常加工的多组加工参数，正常加工参数见表2。在设备上用报废的零件对新的珩磨头进行反复磨合。使珩磨头的圆度与同轴度快速提高，砂条表面连接不稳定的磨粒快速脱落。整个过程只需20～30min。保障了后续正常作业周期中磨粒正常自锐脱落，大大减少了珩磨划伤的出现。 表1 在线配磨参数 表2 正常加工参数 （3）主轴错时加工减少设备振动 针对在珩磨头磨损中期阶段偶发性的砂条脱落，经过对设备的运行状况观察，发现原有珩磨工序是4根主轴同步往复运动的，在换向时会对设备造成较大机械冲击，调整4根珩磨头行进的位置时序参数，使珩磨头加工先后相差2～5mm，4根珩磨头依次达到往复运动的换向点，避免同步加工产生的振动叠加现象，如图6所示。 a）两珩磨头同时加工 b）两珩磨头错时加工 图6 依次达到换向点 （4）珩磨头拆装工具 铰珩磨头与机床主轴的连接方式是采用7:24锥柄定位、圆螺母锁紧刀柄法兰的结构。原有拆卸装置使用圆螺母扳手和锤子敲击的方式，存在易损坏机床主轴轴承，造成加工振动，加速磨粒脱落的情况。笔者设计了一种珩磨头拆装工具，如图7所示，专利受理号202120851930.3，通过平稳的力矩代替原有敲击力的方式避免了对主轴的损伤，如图8所示。 图7 珩磨头拆装工具 1，18—圆板手 2—丝杠传动轴 3—叉型板手 4—螺母座 5—主轴箱 6—滑块 7—调节螺栓 8，15—杠杆扳手 9—齿轮支架端盖 10—齿轮支架 11—珩磨刀具 12—珩磨头锁紧螺母 13—插销 14—齿条 16—销轴 17—限位套 图8 力矩平稳 3 工艺创新点及效果 采用珩磨头规圆尺寸优化、珩磨头在线配磨法、主轴错位加工、珩磨头拆装工具优化的工艺创新法，大大减少了珩磨头磨粒异常脱落的现象，如图9所示。提高了珩磨砂条的有效利用率，极大地降低了成本。取消了人员对零件的目检工作。连杆三线和缸体珩磨头的耐用度也从10万件以下上升到了150万件的水平。综合珩磨头耐用度提升/划痕工废率减少等因素，年降本共计1387665元。该创新工艺已获得专利授权一项（见图10）、专业受理一项（见图11）和公司“三众创新金奖”（见图12）。 a）异常脱落 b）正常脱落 图9 异常脱落砂条与正常自锐砂条对比 图10 专利证书 图11 专利受理通知 图12 三众创新金奖 《珩磨技术系统性创新》 《珩磨技术系统性创新》发表于《第三届金属加工工艺创新论坛论文集》，作者：上汽大众汽车有限公司 薛飞、王庆祥、胡堃。 |
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