精密活門偶件副間隙及限流邊在線自動(dòng)配磨技術(shù)

中航工業(yè)西安航空動(dòng)力控制科技股份有限公司 王 浩 劉信格 倪慶濤

精密活門偶件副配磨技術(shù)要求

精密活門偶件是借活門與襯套的相對(duì)運(yùn)動(dòng)改變節(jié)流孔的面積以達(dá)到對(duì)液流進(jìn)行控制的目的。精密活門偶件副的配磨以襯套孔徑及襯套方窗軸向位置尺寸為基準(zhǔn)，對(duì)活門徑向尺寸和控制邊的軸向尺寸進(jìn)行配磨，以達(dá)到既定的技術(shù)要求。

襯套作為基準(zhǔn)已加工完成，需對(duì)活門相應(yīng)尺寸進(jìn)行精密配磨。活門加工關(guān)鍵技術(shù)要求如下：（1）活門圓柱度要求≤0.002mm，圓 度 ≤ 0.001mm；（2）4邊 跳 動(dòng)≤0.001mm；（3）4邊確保銳邊無(wú)毛刺；（4）活門與襯套間隙 6～10μm（公差2μm以內(nèi)）；（5）工作邊搭接量2～4μm（公差2μm以內(nèi)）。

以上要求已是目前機(jī)械加工手段批量穩(wěn)定控制的極限。在傳統(tǒng)精密活門偶件副配磨加工中，產(chǎn)品合格率低、配合穩(wěn)定性差、生產(chǎn)效率低等問題一直是機(jī)械液壓式燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)交付的瓶頸之一。

傳統(tǒng)加工方法及存在問題

傳統(tǒng)的活門偶件加工工藝方法繁瑣，活門配磨工人根據(jù)每個(gè)襯套的實(shí)際尺寸單對(duì)活門零件進(jìn)行配磨，由鉗工去除分油邊銳邊毛刺，隨后進(jìn)行活門襯套性能試驗(yàn)，對(duì)不合格品進(jìn)行再次軸向配磨。該過程質(zhì)量控制不穩(wěn)定，加工效率較低，合格率低。

1 傳統(tǒng)加工工藝

傳統(tǒng)加工工藝根據(jù)襯套內(nèi)孔檢測(cè)報(bào)告，配活門外圓尺寸，通過液配臺(tái)多次測(cè)試，手工反復(fù)加工活門分油邊軸向尺寸，下線手工去除分油銳邊毛刺，人工評(píng)定分油銳邊毛刺及分油銳邊質(zhì)量。

2 傳統(tǒng)加工工藝存在問題

（1）活門襯套無(wú)法實(shí)現(xiàn)錐度配磨，配合間隙不穩(wěn)定。作為基準(zhǔn)的襯套內(nèi)孔必定存在一定錐度（1～2μm以內(nèi)），襯套孔的尺寸根據(jù)檢測(cè)計(jì)量單來(lái)單獨(dú)配磨活門，活門的配磨無(wú)法實(shí)現(xiàn)與襯套的間隙保持同樣的錐度間隙配合，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定中差或者其他經(jīng)驗(yàn)尺寸進(jìn)行活門的配磨，故此種情況下的間隙配磨不能完全反映閥芯在閥套內(nèi)的真實(shí)狀況。

（2）分油銳邊毛刺狀態(tài)及分油銳邊質(zhì)量不受控。只能手工去毛刺和檢測(cè)毛刺狀態(tài)，不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的毛刺去除方法且易破壞分油銳邊。

（3）活門偶件副間隙配合狀態(tài)不能穩(wěn)定可控?；铋T偶件副配合狀態(tài)只能憑借工人的感觀和經(jīng)驗(yàn)判定，不能從源頭解決活門偶件副的真實(shí)間隙配合問題；另外，從基準(zhǔn)的檢測(cè)到最終尺寸，中間環(huán)節(jié)過多，造成誤差累積，不可控因素增多。

（4）搭接量配磨效率低下，廢品率非常高。搭接量只能采用反復(fù)上下線的邊檢邊測(cè)邊磨的方法進(jìn)行磨削，工作量巨大，效率低，基準(zhǔn)變換頻率高，質(zhì)量穩(wěn)定性差，對(duì)工人個(gè)人素質(zhì)依賴過大；液配臺(tái)流量曲線存在人工判斷誤差，無(wú)可靠、穩(wěn)定的檢測(cè)反饋法。

（5）國(guó)內(nèi)基本沒有對(duì)于這4大核心問題的的系統(tǒng)解決方案，都是采用以上傳統(tǒng)工藝方法，伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的交付造成巨大的壓力。

伺服閥在國(guó)外已經(jīng)有非常長(zhǎng)的研制和批量生產(chǎn)歷史，瑞士克林伯格公司在Tschudin 機(jī)床上針對(duì)活門偶件副的配磨提出了一攬子的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)活門偶件副活門零件的在線自動(dòng)配磨，并且無(wú)毛刺產(chǎn)生，一次裝夾磨削既保證了配合尺寸合格，又獲得了可控的銳邊質(zhì)量，高效、穩(wěn)定、可控地解決了活門偶件副配磨的一系列問題。

活門偶件副在線自動(dòng)配磨系統(tǒng)技術(shù)方案

1 活門配磨系統(tǒng)設(shè)備配置

（1）Tschudin T35生產(chǎn)型高精密外圓磨床。該設(shè)備最適合尺寸精密、穩(wěn)定性要求高的圓柱類零件的磨削。采用關(guān)鍵技術(shù)及規(guī)格參數(shù)如下：高剛性超級(jí)穩(wěn)定床身，靜壓導(dǎo)軌技術(shù)，高速、高剛性、高精度砂輪架，與磨削專家共同開發(fā)定制的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)。

（2）徑向在線測(cè)量系統(tǒng)和軸向在線測(cè)量系統(tǒng)。徑向與軸向均采用兩個(gè)測(cè)頭，測(cè)量重復(fù)精度小于0.1μm。對(duì)搭接邊進(jìn)行在線測(cè)量和反饋。以上均能通過磨前、磨中、磨后的測(cè)量實(shí)現(xiàn)100%的磨削過程控制。

（3）錐度自動(dòng)精密微調(diào)系統(tǒng)。采用液壓驅(qū)動(dòng)尾座，可以對(duì)錐度進(jìn)行精密調(diào)整，分辨率為0.1μm，配合外圓的兩個(gè)在線測(cè)頭實(shí)現(xiàn)錐度配磨。

（4）無(wú)毛刺同步磨削系統(tǒng)。同步磨削裝置實(shí)現(xiàn)同步磨削或者無(wú)毛刺磨削，確保穩(wěn)定的銳邊質(zhì)量。

2 加工工藝過程

工序1： 根據(jù)襯套內(nèi)孔計(jì)量尺寸自動(dòng)配磨活門間隙及錐度。磨前測(cè)量臺(tái)可以根據(jù)與機(jī)床控制系統(tǒng)連接的磨前測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量襯套內(nèi)孔及錐度，測(cè)量結(jié)果自動(dòng)傳輸?shù)綑C(jī)床控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)給出配磨活門的尺寸及錐度，并根據(jù)襯套尺寸及錐度來(lái)自動(dòng)配磨活門尺寸。

磨削結(jié)果：自動(dòng)配磨后間隙公差＜1μm，圓度＜0.5μm，直線度＜0.5μm。

工序2：如圖1所示，活門偶件需要控制的尖邊內(nèi)容可以根據(jù)襯套尺寸及錐度來(lái)精確配磨活門分油邊，確保軸向尺寸、分油邊的尖邊及無(wú)毛刺。根據(jù)液力配磨實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行位置流量特性測(cè)試，使用兩組軸向測(cè)量?jī)x配磨軸向尺寸，同時(shí)用無(wú)毛刺磨削裝置進(jìn)行無(wú)毛刺磨削。

工序2達(dá)到的結(jié)果：確保軸向尺寸的公差＜1μm。圖2和圖3分別為傳統(tǒng)磨削去毛刺及Tschudin無(wú)毛刺磨削技術(shù)的顯微結(jié)果對(duì)比。

圖1 配磨軸向尺寸及去毛刺過程

圖2 傳統(tǒng)磨削方法顯微效果（300×）

圖3 無(wú)毛刺同步磨削技術(shù)顯微效果（300×）

技術(shù)總結(jié)

機(jī)床通過完整的磨前、在線及磨后測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了100% 過程及質(zhì)量控制，磨削實(shí)現(xiàn)在線控制，確保精度要求。機(jī)床測(cè)量及定位采用氣動(dòng)及動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量技術(shù)，整個(gè)加工工藝可優(yōu)化至：自動(dòng)分組和配對(duì)，尺寸及公差的趨勢(shì)控制，磨削結(jié)果分析，連接中央計(jì)算機(jī)及通信，實(shí)現(xiàn)與液力配磨臺(tái)的數(shù)據(jù)通信等。

該設(shè)備的出現(xiàn)給精密活門偶件副配磨技術(shù)帶來(lái)了巨大變革，將大幅提高活門偶件副配磨的質(zhì)量及效率。