提高連桿大頭孔珩磨條使用壽命

南京汽車集團(tuán)有限公司 (江蘇 210061) 胡勁松

1.連桿生產(chǎn)線的工藝框架

NSE連桿生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍為13 s/根，連桿(見(jiàn)圖1)兩端面的粗、精磨由DISKUS臥式端面圓盤(pán)磨床加工，其余加工分別由3臺(tái)ALFING專機(jī)、1臺(tái)MTM清洗機(jī)、1臺(tái)MARPOSS綜合測(cè)量機(jī)完成，工序內(nèi)容高度集中。桿和蓋的分離采用激光脹斷工藝，工件脹斷后在不離開(kāi)夾具定位面的情況下實(shí)現(xiàn)螺栓自動(dòng)安裝、擰緊，確保不發(fā)生錯(cuò)位。用于連桿大、小頭孔精加工的ALFING專機(jī) (OP50)集成了銑削小頭面、小頭孔倒角、精鏜大小頭孔及珩磨大頭孔等加工內(nèi)容，節(jié)省了空間和投資。所有機(jī)床的上、下料均通過(guò)多功能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)。工序間的輸送采用ALFING—AMT的高效率、高自動(dòng)化的連桿專用推進(jìn)式輸送裝置。

工序流程如下:OP10粗磨兩端面→OP20粗鏜大小頭孔，銑止口槽，螺栓孔加工及背面擴(kuò)孔→OP30激光脹斷，裝配→OP40粗磨兩端面→OP50銑小頭兩端面，精鏜大小頭孔，倒角，珩磨大頭孔→OP60清洗→OP70自動(dòng)秤量。

圖1 連桿示意圖

2.OP50加工設(shè)備介紹

連桿OP50的加工設(shè)備為德國(guó)ALFING的四工位專機(jī) (見(jiàn)圖2)，生產(chǎn)節(jié)拍快、加工精度高。它具有以下功能:采用鼠齒盤(pán)式分度工作臺(tái)，機(jī)器人自動(dòng)上下料，機(jī)械手自動(dòng)翻轉(zhuǎn)定位面，配備MARPOSS主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，帶加工尺寸自動(dòng)補(bǔ)償功能，設(shè)備發(fā)生故障能夠自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警，切削液實(shí)現(xiàn)多級(jí)過(guò)濾。四個(gè)工位的加工內(nèi)容分別為:

一工位:機(jī)器人上料和下料，測(cè)量小頭孔。

二工位:半精鏜大頭孔，銑小頭端面及倒角。

三工位:精鏜大、小頭孔。

四工位:大頭孔的珩磨和測(cè)量。

圖2 ALFING四工位專機(jī)布置圖

3.連桿大頭孔精鏜的自動(dòng)補(bǔ)償

連桿大頭孔精鏜的自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)由隨機(jī)檢測(cè)、(信號(hào))反饋補(bǔ)償和具有微調(diào)功能的鏜頭等組成 (見(jiàn)圖3)，其工作循環(huán)為:鏜刀在加工孔后退出，由電子塞規(guī) (測(cè)頭)對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量;然后測(cè)頭退出，檢測(cè)信息送入測(cè)量?jī)x，經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換后即進(jìn)到補(bǔ)償控制單元，在其中進(jìn)行運(yùn)算后，做出相應(yīng)的判斷，若需要實(shí)施補(bǔ)償，就發(fā)出相應(yīng)的指令給補(bǔ)償執(zhí)行器;補(bǔ)償執(zhí)行器可以有不同的形式，伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連軸器轉(zhuǎn)換為拉桿的軸向移動(dòng)，有時(shí)還需配以切削液供應(yīng)裝置;最后，由拉桿產(chǎn)生位移，并通過(guò)具有微調(diào)功能的鏜頭 (刀)引起鏜刀的切削刃 (刀尖)的徑向位移，從而完成了鏜孔過(guò)程中刀具的自動(dòng)補(bǔ)償。

圖3 連桿大頭孔精鏜的自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)圖

我們廠的連桿大頭孔的精鏜刀就是典型的偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)微調(diào)鏜刀 (見(jiàn)圖4)。刀片切削刃的徑向調(diào)整量(r)是通過(guò)偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。該偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由調(diào)整叉、墊 (滑)塊和偏轉(zhuǎn)軸等部件組成，與調(diào)整叉同軸相聯(lián)接的拉桿 (圖中未示)的軸向位移量 (s)使得殼體內(nèi)的調(diào)整叉隨之運(yùn)動(dòng)，調(diào)整叉內(nèi)部?jī)杀砻媾c中心線之間有一個(gè)夾角 (α)。起傳遞作用的偏轉(zhuǎn)軸通過(guò)回轉(zhuǎn)樞軸固定在殼體上，并借助兩個(gè)墊塊與調(diào)整叉兩內(nèi)表面相配合，因此，當(dāng)調(diào)整叉軸向移動(dòng)時(shí)，偏轉(zhuǎn)軸會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的徑向位移。長(zhǎng)度為L(zhǎng)的鏜桿通過(guò)端面聯(lián)接固定在偏轉(zhuǎn)軸的左側(cè)，刀片的切削刃位于鏜桿前端。

刀刃的徑向調(diào)整量 (r)與拉桿的軸向移動(dòng)量(s)之間存在著如下關(guān)系

圖4 連桿大頭孔精鏜的偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖

4.連桿大頭孔珩磨的加工原理

珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條油石，由脹開(kāi)機(jī)構(gòu) (有旋轉(zhuǎn)式和推進(jìn)式兩種)將油石沿徑向脹開(kāi)，使其壓向工件孔壁，以便產(chǎn)生一定的面接觸。同時(shí)使珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，零件不動(dòng);或珩磨頭只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)珩磨。

珩磨條的徑向進(jìn)給分定壓進(jìn)給、定量進(jìn)給、定壓－定量3種方式。從珩磨頭的布置上劃分，珩磨分為立式珩磨和臥式珩磨兩種。我們廠的連桿大頭孔珩磨屬于定壓進(jìn)給的臥式珩磨 (珩磨量與壓力值的設(shè)定有關(guān))，液壓脹刀，使用金剛石磨料的珩磨條，珩磨頭通過(guò)HSK刀柄剛性地聯(lián)接在機(jī)床主軸上，珩磨夾具也帶不浮動(dòng)裝置，這種不同于傳統(tǒng)的“剛性”珩磨工藝不但可以降低連桿大頭孔的表面粗糙度值，還可以改善加工面的形狀誤差。據(jù)了解，德國(guó)著名的BWM公司也采用該加工工藝精加工連桿的大頭孔。

5.連桿大頭孔珩磨的加工流程

(1)珩磨頭上的測(cè)頭在珩磨前測(cè)量大頭孔的精鏜尺寸:當(dāng)檢測(cè)尺寸在mm時(shí)，則自動(dòng)進(jìn)行珩磨;當(dāng)檢測(cè)尺寸超出mm時(shí)，不能珩磨，工件轉(zhuǎn)到一工位，機(jī)器人把工件放入廢品鏈道區(qū)。

(3)一次珩磨完成后 (4個(gè)往復(fù)，每個(gè)往復(fù)的單邊珩磨量為0.002 mm)，珩磨頭上的測(cè)頭測(cè)量大頭孔直徑:當(dāng)一次珩磨的尺寸小于φ51.0085 mm時(shí)，則進(jìn)行二次珩磨 (2個(gè)往復(fù)，每個(gè)往復(fù)的單邊珩磨量為0.002 mm);當(dāng)一次珩磨的尺寸大于φ51.0085 mm時(shí)，工件轉(zhuǎn)到一工位。

圖5 連桿大頭孔珩磨的加工流程

6.存在的問(wèn)題

自我們廠的連桿生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)，OP50的珩磨條使用壽命一直達(dá)不到工藝要求 (5000件)，加工到3500件時(shí)就已達(dá)到磨損極限 (見(jiàn)圖6);在加工中還經(jīng)常出現(xiàn)“大頭孔未珩磨”和“珩磨尺寸超差”等質(zhì)量工廢件，2011年大頭孔珩磨工廢率為0.33%，在所有工廢類型中排名第一。所以我們把降低珩磨條使用壽命作為攻關(guān)課題，同時(shí)希望一并解決連桿大頭孔珩磨工廢率高的問(wèn)題。

圖6 珩磨條磨損極限圖

7.制定措施

針對(duì)提高珩磨條使用壽命的問(wèn)題，我們提出了加大大頭孔的精鏜尺寸、減少一次珩磨的循環(huán)次數(shù)、減少珩磨壓力等解決思路。針對(duì)減少大頭孔珩磨工廢率的問(wèn)題，我們提出了放寬精鏜大頭孔的尺寸公差、減少二次珩磨的概率、減少單個(gè)循環(huán)的珩磨量等解決思路。綜合上述思路，我們進(jìn)行了歸納和總結(jié)，并制定了以下的解決措施:

(1)優(yōu)化精鏜大頭孔控制尺寸。

(2)減少珩磨的循環(huán)次數(shù)。

(3)減少珩磨壓力。

8.措施的實(shí)施

(1)優(yōu)化精鏜大頭孔的加工尺寸 (見(jiàn)圖7)。我們把大頭孔精鏜尺寸由mm 調(diào)整為mm;我們把精鏜大頭孔的刀具補(bǔ)償參數(shù)由mm調(diào)整為mm。

(2)優(yōu)化珩磨大頭孔的加工尺寸 (見(jiàn)圖8)。我們把一次珩磨的刀具補(bǔ)償參數(shù)由mm修改為mm。修改前一次珩磨后尺寸小于φ51.0085 mm時(shí)才會(huì)進(jìn)行二次珩磨，修改后一次珩磨尺寸小于φ51.0075 mm才會(huì)進(jìn)行二次珩磨，這樣就降低了二次珩磨的概率。

圖7 精鏜大頭孔的尺寸和刀具補(bǔ)償參數(shù)調(diào)整圖

圖8 珩磨大頭孔的刀具補(bǔ)償參數(shù)調(diào)整圖

(3)減少珩磨壓力 (見(jiàn)圖9)。我們將珩磨加工的壓力比參數(shù)由6%調(diào)整到4%。

圖9 珩磨壓力的NC程序調(diào)整圖

9.效果

通過(guò)以上措施的實(shí)施，連桿大頭孔的珩磨條的使用壽命由原來(lái)的3500件提高到7000件;連桿大頭孔珩磨工廢率也由原來(lái)的0.33%降低到0，從而實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的雙贏。

10.結(jié)語(yǔ)

我們通過(guò)技術(shù)攻關(guān)成功地提高了連桿大頭孔珩磨條的使用壽命，值得一提的是:該項(xiàng)目被評(píng)選為2012年度公司的十大“金點(diǎn)子”之一。為了更進(jìn)一步提高質(zhì)量，降本增效，我們擬定了下一個(gè)攻關(guān)課題“降低連桿大小頭孔平行度超差的工廢率”。