數(shù)控加工中心加工發(fā)動(dòng)機(jī)缸體水套劃傷解決方案

韓 偉 陸 勇 魯文章

(安徽華菱星馬汽車股份有限公司)

1 加工問題描述

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體水套上曾出現(xiàn)很深的螺紋狀劃痕

我(本文第一作者)所在的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體機(jī)加裝配線隸屬于華菱星馬集團(tuán)漢馬動(dòng)力有限公司機(jī)加車間。該線一次規(guī)劃分期實(shí)施。項(xiàng)目一期投資1.2億元，引進(jìn)了10臺(tái)德國海勒(HELLER)公司的加工中心，組成了一條高精度、高穩(wěn)定性的全自動(dòng)柔性生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用全自動(dòng)化桁架機(jī)械手上料，可實(shí)現(xiàn)2個(gè)系列多個(gè)品種氣缸蓋的自動(dòng)識(shí)別和共線生產(chǎn)，設(shè)備安裝和機(jī)床調(diào)試均由德國技術(shù)人員進(jìn)行，我們主要進(jìn)行現(xiàn)場的輔助工作。隨著德國技術(shù)人員調(diào)試完畢之后的撤離，我們進(jìn)入了生產(chǎn)階段；但在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象，即生產(chǎn)線上工序號(hào)為OP110的MCH400D精加工機(jī)床加工的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的水套上出現(xiàn)了很深的螺紋狀劃痕(圖1)。針對(duì)此現(xiàn)象，經(jīng)有關(guān)部門決定，暫停生產(chǎn)，進(jìn)行立項(xiàng)解決，以免對(duì)生產(chǎn)造成過多影響。

2 加工問題分析

對(duì)于水套上出現(xiàn)的劃痕問題，根據(jù)加工信息和現(xiàn)場操作人員的反饋，我們與現(xiàn)場技術(shù)人員一起對(duì)同類型的問題進(jìn)行比較和研究，查閱了同期雜志上的相關(guān)問題，經(jīng)過現(xiàn)場會(huì)議商量，估計(jì)出現(xiàn)這種情況的原因可能有以下幾點(diǎn)：

(1)機(jī)床刀具更換過程中數(shù)據(jù)覆蓋(刀具芯片數(shù)據(jù)讀取)；

(2)加工程序的修改(相關(guān)運(yùn)動(dòng)刀具的加工程序)；

(3)刀具本身的結(jié)構(gòu)問題；

(4)機(jī)床主軸內(nèi)部的U軸傳動(dòng)電機(jī)故障。

3 分析、檢查刀具結(jié)構(gòu)

該刀具為德國高麥特公司生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)刀具。針對(duì)此刀具，我們特意請(qǐng)教了高麥特方面的蔣工(高麥特刀具工程師)，他提供了該刀具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理(如圖2)。我們對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

圖2 刀具傳動(dòng)原理簡圖

該刀具加工方式為UF軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)U軸楔塊移動(dòng)，帶動(dòng)圖2中的刀片位置進(jìn)行加工；但該刀具是通過UF軸的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)對(duì)應(yīng)刀刃號(hào)為D3、D4進(jìn)行加工，也就是說順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)D4加工退刀槽，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)則帶動(dòng)D3刀刃進(jìn)行上中水套加工。于是，我們?cè)跈C(jī)床上將該刀具調(diào)出來，使用“CS_D(4);M21 M123;S1200 M3;G0 U=-1.6(D3調(diào)用);G4F0.5;U=7.25(D4調(diào)用);G4F0.5;U=0;M9;M30”進(jìn)行刀具程序檢查，發(fā)現(xiàn)該刀具在運(yùn)行過程中處于正常，D3、D4的刀刃均能順利伸出和收回，所以排除了刀具結(jié)構(gòu)故障問題。

4 檢查刀具芯片參數(shù)，核對(duì)加工參數(shù)

我們針對(duì)以上問題制定了第2套方案：對(duì)機(jī)床加工的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析(加工結(jié)構(gòu)如圖3)。

上缸孔直徑158mm；上水套直徑148mm；中水套直徑148.6mm。

再對(duì)加工該位置的加工參數(shù)進(jìn)行分析。該刀具為運(yùn)動(dòng)刀具，刀具內(nèi)部存在U軸和UF軸。我們先從刀具本身的參數(shù)下手。根據(jù)現(xiàn)場操作人員的反饋，該刀具為新刀具，由刀具室拿到生產(chǎn)線上進(jìn)行加工，之前沒有進(jìn)行過加工，于是我們對(duì)刀具室寫入刀具芯片的數(shù)據(jù)(如圖4)和機(jī)床原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)(如表1)，發(fā)現(xiàn)刀具芯片上對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)與機(jī)床原始數(shù)據(jù)沒有改變。

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)核對(duì)，刀具相關(guān)刀刃上的數(shù)據(jù)參數(shù)(芯片數(shù)據(jù))和機(jī)床中記憶的相關(guān)參數(shù)完全相符(正負(fù)號(hào)區(qū)別代表了刀具的運(yùn)動(dòng)方向)，那么這就表示，在機(jī)床芯片讀取上已經(jīng)成功地將刀具的數(shù)據(jù)覆蓋進(jìn)了機(jī)床的刀具庫，排除了芯片讀取上的錯(cuò)誤。

5 程序檢查，分析加工過程，修改程序

排除了刀具結(jié)構(gòu)故障后，我們陷入了思索，并查詢了很多相關(guān)資料和文獻(xiàn)，到底是什么原因?qū)е铝烁卓讋潅F(xiàn)象；這時(shí)德國公司技術(shù)人員提出，是不是機(jī)床程序方面出現(xiàn)的錯(cuò)誤，雖然程序是固定的，但也不排除刀具更換之后出現(xiàn)新的問題。于是，我們進(jìn)入機(jī)床的加工程序界面，將該部位的程序調(diào)出來，如下：

N7010 LABEL_T116:

N7020 G18

N7030 G0 G153 U0

N7040 CS_D(4)

N7050 CS_U_SLIDE(1) ;(achstausch und G18, ca_x=xposition, x=durchmesserprogr.)

N7060 G96 ;mm/rev

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工結(jié)構(gòu)

圖4 刀具芯片數(shù)據(jù)

表1 刀具芯片中的數(shù)據(jù)和機(jī)床原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)(T116)

N7070 LIMS=1300(主軸限速)

N7080 S345

N7090 DIAMON ;(durchmesserprogr.)(直徑打開)

N7100 MSG("OP"<

N7110 G0 G54 X146.92 D4

N7120 G0 Z=544.75+1 D1 ;vor WST

N7130 G1 Z=(544.75-1.1) F26 D4;vorpos

N7140 G1 X154.00 F=1.0 ;vorposition

N7150 G1 G9 X160.45 F=0.4＊0.5 ;schieber ausfahren Einstich F=0.5＊0.5

N7160 G0 X146.92 ;schieber Einstich zurueck

N7170 DIAMOF

N7180 CS_U_SLIDE(0)

N7190 G95

N7200 MSG("OP"<

N7210 G0 G153 U0

N7220 CS_D(3)

N7230 CS_U_SLIDE(1) ;(achstausch und G18, ca_x=xposition, x=durchmesserprogr.)

N7240 G95 ;mm/rev

N7250 DIAMON ;(durchmesserprogr.)

N7260 G0 X=(148) Z=(544.75-9) D3 ;anstellen f.kopieren D148.0

N7270 G1 G41 F0.48 S1000 ; S1202 ORIG;anfahren D148.0 mit SRK

N7280 G1 Z=(544.75-17) ;Startpunkt Radius R5

N7290 G3 X148.6 Z=(544.75-17-1.706) I-4.7 K-1.706 ;radius R5 auf D148.6

N7300 G1 G9 Z=(544.75-11.7) D5 ;Z-pos. D155.5

N7310 G0 G40 X=(148-0.5) D3;abheben von Kontur

N7320 DO $R468=LV_RE_ENT

N7330 G0 Z=(544.75+10) D1 S750 ; OLD G1 F5

N7340 G94

N7350 DIAMOF

N7360 CS_U_SLIDE(0)

N7370 G17

N7380 ENDLABEL:

以上為該加工程序的基本結(jié)構(gòu)。按照HELLER工程師的意見，我們首先將刀具參數(shù)中的D3和D4的刀具補(bǔ)償值進(jìn)行整體修改(如表2)，將該參數(shù)全部設(shè)定為正值，然后將程序修改為如下：

N7220 CS_D(3)

N7230 CS_U_SLIDE(1) ;(achstausch und G18, ca_x=xposition, x=durchmesserprogr.)

N7240 G95 ;mm/rev

N7250 DIAMON ;(durchmesserprogr.)

N7260 G0 X=(148) Z=(544.75-9) D3;anstellen f. kopieren D148.0 (著色處更改為：G0 X=(-148)Z=(544.75-9) D3；)

N7270 G1 G41 o F0.48 S1000;S1202 ORIG;anfahren D148.0 mit SRK (著色處更改為：G1 G41 X-148 F0.48 S1000)

N7280 G1 Z=(544.75-17) ;Startpunkt Radius R5

N7290 G3 X148.6 Z=(544.75-17-1.706) I-4.7 K-1.706;radius R5 auf D148.6 (著色處更改為：G3 X=IC(0.6) Z=(544.75-17-1.706) I-4.7 K-1.706；)

N7300 G1 G9 Z=(544.75-11.7) D5 ;Z-pos. D155.5

N7310 G0 G40 X=(148-0.5) D3;abheben vonKontur (著色處更改為：G0 G40 X=IC(-0.9) D3;)

表2 對(duì)D3和D4的刀具補(bǔ)償值進(jìn)行整體修改

N7320 DO $R468=LV_RE_ENT

N7330 G0 Z=(544.75+10) D1 S750 ; OLD G1 F5

N7340 G94

N7350 DIAMOF

N7360 CS_U_SLIDE(0)

N7370 G17

N7380 ENDLABEL:

吊入新的工件進(jìn)行加工，機(jī)床順利完成加工，證明程序結(jié)構(gòu)上修改是沒有問題的；但實(shí)際加工還是存在劃痕，但這次的劃痕相對(duì)上次的劃痕比較淺、比較細(xì)。針對(duì)此種情況，我們分析，原始的劃痕主要是由于D4刀刃沒有回到位置導(dǎo)致，而這次的劃痕是由于D3刀刃沒有回到位置導(dǎo)致，那么，我們的主要問題就集中到了下面這段程序上：

N7310 G0 G40 X=(148-0.5) D3;abheben von Kontur

根據(jù)以上2次加工，我們總結(jié)出一個(gè)規(guī)律，那就是：如果更改為 X=IC(-0.9)，則上水套出現(xiàn)劃痕(D3造成)；如果更改為 X=IC(-1.3)，則出現(xiàn)初始狀態(tài)大劃痕(D4造成)。

根據(jù)之前的試驗(yàn)情況，我們基本的設(shè)定如下：

N7310 G0 G40 X=(148-0.5) D3;abheben von Kontur(著色處更改為：G0 G40 X=IC(-1.0) D3;)

將程序修改之后再進(jìn)行新工件的加工，加工結(jié)果出來后，刀紋消失。從目前看該問題已經(jīng)解決。

6 程序優(yōu)化，問題排除

經(jīng)綜合考慮，該刀具采用這種方案，刀片損壞或者刀具更換后必須在重新試驗(yàn)出新數(shù)據(jù)后修改程序，這樣很麻煩。為了使該問題得到更加完善的解決，我們特地請(qǐng)教了德國方面的專家。德國專家分析之后，反饋如下：

N7390 CS_D(3)

N7400 CS_U_SLIDE(1) ;(change axis and G18, ca_x=xposition, x=diameterprogr.)

N7410 G95 ;mm/rev

N7420 DIAMON ;(diameterprogr.)

N7430 G0 X=(148) Z=(544.75-9) D3 ;positioning f.copy D148.0

N7440 G1 G41 X148 F0.48 S1000 ;positioning D148.0 with cutting tip compensation

N7450 G1 Z=(544.75-17) ;Startpoint radius R5

N7460 G3 X=148.6 Z=(544.75-17-1.706) I=-4.7 K=-1.706

;radius R5 to D148.6

N7470 G1 G9 Z=(544.75-11.7) D5 ;Z-pos. D155.5

N7480 G40

N7490 DO $R468=LV_RE_ENT

N7500 G94

N7510 DIAMOF

N7520 CS_U_SLIDE(0)

N7530 G0 G153 U0 ;back to home position

N7540 G0 Z=(544.75+10) D1 S750

N7550 G17

N7560 ENDLABEL:

根據(jù)德國公司反饋的程序，待刀具加工完成后，不用G0 G40 X=IC(-1.0)指令將刀具退回到專門位置，而是采用G0 G153 U0 指令將刀具的U軸直接回到零位，這樣從根本上解決了刀具更換問題。試驗(yàn)表明，該處修改效果確實(shí)如此，同時(shí)在互換性上有了更好保證。

7 總結(jié)

在此，我們非常感謝現(xiàn)場技術(shù)人員及德國HELLER公司技術(shù)人員對(duì)此次問題解決的支持，這一過程對(duì)我本人(本文第一作者)也有很大提升。隨著生產(chǎn)的繼續(xù)，難免會(huì)出現(xiàn)加工上的問題，為此對(duì)機(jī)床程序和刀具結(jié)構(gòu)的分析是數(shù)控加工中必不可少的，這就需要我們從多方面去學(xué)習(xí)和掌握解決方法。盡管這方面會(huì)有專業(yè)技術(shù)人員來進(jìn)行，但作為數(shù)控加工中心一名合格的操作人員，這些還是必須會(huì)的東西。在以后的加工過程中，當(dāng)可能出現(xiàn)加工有規(guī)律形狀和與尺寸不同的新型工件時(shí)，只需對(duì)部分程序更改和更換，而不用對(duì)整個(gè)新工件的加工編制一個(gè)程序，這將大幅節(jié)省工時(shí)；同時(shí)機(jī)床執(zhí)行這類程序時(shí)所要求的運(yùn)行條件或更加輕松、反應(yīng)更迅速，繼而大大提高加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能。

[1] 陳海舟，數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實(shí)例。機(jī)械工業(yè)出版社，2006。

[2] 穆國巖，數(shù)控機(jī)床編程與操作。機(jī)械工業(yè)出版社，2007。

[3] 宴初宏，實(shí)用數(shù)控加工程序編制技術(shù)。上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008。

[4] 宋正，數(shù)控機(jī)床編程與操作。中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009。

[5] 陳海舟，數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)出版社，2008。

[6] 陳洪濤，數(shù)控加工工藝與編程。高等教育出版社，2005。