數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線應(yīng)用分析

盧 勇，吳義榮

（1.廣州數(shù)控信息科技有限公司，廣東廣州 510530；2.中山市拓普康自控設(shè)備技術(shù)有限公司，廣東中山 528437）

0 前言

數(shù)控珩磨自動加工線是大型汽車生產(chǎn)廠家普遍使用的珩磨加工制造設(shè)備，汽車生產(chǎn)廠家和普通缸體加工企業(yè)不同，汽車廠家的生產(chǎn)車間往往都具備較高的自動化程度，各加工工序都能夠通過自動化輔助設(shè)備進(jìn)行加工對接，因此，加工設(shè)備往往選擇具有高度自動化程度，且能夠完成多道加工工序的復(fù)合加工設(shè)備。作為汽車發(fā)動機(jī)缸體加工的必備設(shè)備，汽車廠家對數(shù)控珩磨機(jī)床的加工效率、加工精度以及自動化可集成度要求更高，以便于將設(shè)備集成到整個生產(chǎn)車間的自動化系統(tǒng)中，滿足較高的自動化加工要求，因此汽車廠家往往選擇能夠完成復(fù)合珩磨加工的數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線，最常見的數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線往往具備四個珩磨軸，以完成粗珩以及精珩加工，同時具備和前、后工序進(jìn)行自動化對接的信號接口。

1 國內(nèi)數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)汽車廠家的數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線主要由德國Gehring和Nagel兩家公司提供，這兩家公司的單軸和雙軸數(shù)控珩磨機(jī)床占據(jù)了國內(nèi)珩磨機(jī)床的絕大部分市場，國內(nèi)廠家僅能生產(chǎn)部分中低檔珩磨機(jī)床，市場占有率較小。而更復(fù)雜的數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線則由這兩家公司壟斷，很少有其他品牌的同類產(chǎn)品。為了詳細(xì)了解當(dāng)前國內(nèi)數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線的應(yīng)用現(xiàn)狀，筆者近期到神龍汽車有限公司襄陽工廠（以下簡稱“神龍汽車”）進(jìn)行了實地考察，走訪了“神龍汽車”發(fā)動機(jī)缸體生產(chǎn)車間，現(xiàn)場了解了該公司使用的數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線，對機(jī)床整體結(jié)構(gòu)配置和加工工藝有了較深的理解?！吧颀埰嚒钡陌l(fā)動機(jī)缸體數(shù)控珩磨機(jī)床生產(chǎn)線主要完成缸體的自動送料、珩前檢測、粗珩加工、精珩加工、珩后檢測及翻轉(zhuǎn)倒液等工序，有三條類似數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線，均為進(jìn)口設(shè)備。

第一條：法國產(chǎn)珩磨自動線，如圖1所示，其配置見表1。

圖1 “神龍汽車”法國產(chǎn)珩磨自動生產(chǎn)線

表1 法國產(chǎn)珩磨自動線配置

該數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線為“神龍汽車”早期進(jìn)口的法國設(shè)備，由工業(yè)PC控制，四珩磨軸同步加工，在線實時測量[1-2]。采用滾道輸送，珩前通過I/O信號和送料小車進(jìn)行信號交互，以實現(xiàn)自動上料。翻轉(zhuǎn)倒水為整個自動加工線的最后一個環(huán)節(jié)，翻轉(zhuǎn)工序完成后，清除缸體積液，然后通過滾道輸送到下一工序的對接滾道輸送帶上。

第二條：德國產(chǎn)Gehring珩磨自動線，如圖2所示，其配置見表2。

圖2 “神龍汽車”進(jìn)口德國格林珩磨自動線

表2 德國格林珩磨自動線配置

此條珩磨自動生產(chǎn)線為“神龍汽車”近年進(jìn)口的德國Gehring珩磨機(jī)床，復(fù)合珩磨加工，采用德國STOTZ量儀進(jìn)行在線測量，量儀信號直接通過總線與控制器連接，加工效率高，珩磨工件能達(dá)到較高精度。上料和送料均采用滾道傳送，利用I/O信號和自動送料設(shè)備連接，以集成到整個車間自動化系統(tǒng)。

第三條：德國產(chǎn)Nagel珩磨自動生產(chǎn)線，如圖3所示，其配置見表3。

圖3 “神龍汽車”進(jìn)口德國納格爾珩磨自動線

表3 德國納格爾珩磨自動線配置

此型號數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線為“神龍汽車”近期從德國Nagel公司進(jìn)口，能完成珩磨復(fù)合加工，采用JENOP?TIK HOMMEL公司量儀，量儀信號直接通過電流信號與控制器連接，進(jìn)行珩磨自動在線測量。上下料同樣采用滾道傳送，通過I/O信號與送料設(shè)備連接，以集成到整個車間自動化系統(tǒng)。

2 應(yīng)用分析

上述三類數(shù)控珩磨自動生產(chǎn)線均為復(fù)合珩磨加工機(jī)床，可完成珩前檢測、自動珩磨加工、在線檢測、珩后加工以及珩后翻轉(zhuǎn)倒水等加工工藝，通常用于如圖4所示的發(fā)動機(jī)缸體加工，通過分析總結(jié)，控制功能可以分解為以下幾類。

（1）自動上下料

自動上下料采用滾道和其他輸送設(shè)備銜接，送料通過PLC信號和送料AGV小車進(jìn)行交互，實現(xiàn)珩磨自動線和外部輸送設(shè)備的對接。下料也采用滾道，珩后檢測正常后直接利用滾道輸送到下一加工工位，各工序連接均用I/O信號進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)珩磨自動生產(chǎn)線和整個車間自動化系統(tǒng)的對接。

圖4 珩磨自動線主要加工的四孔缸體

（2）珩前檢測

珩前檢測的目的是為防止前道工序加工異常，缸孔直徑偏小，導(dǎo)致珩磨加工過程中拉傷磨頭砂條或者孔徑過小撞壞磨頭。因此在缸孔珩磨加工之前，必須采用通止規(guī)進(jìn)行缸孔測量，若發(fā)現(xiàn)不合格件則立即報警處理。

通止規(guī)上下運(yùn)動檢測缸孔通常用伺服軸進(jìn)行控制，檢測軸上安裝傳感器，當(dāng)通止規(guī)控制軸向下運(yùn)動檢測缸孔時，如果缸孔孔徑過小，檢測到信號，則運(yùn)動軸立即返向回到原位。

（3）粗珩加工

粗珩單元用來對缸孔進(jìn)行粗珩加工，此道工序主要進(jìn)行缸孔去量操作，加工效率直接決定了整個自動線的加工效率，因此該工序采用高速往復(fù)，砂條高壓力膨脹進(jìn)行加工，通常此工序采用單進(jìn)給，即一組砂條。在珩磨加工中根據(jù)要求的孔徑尺寸，量儀實時檢測，完成自動測量加工動作。

粗珩往復(fù)軸由伺服軸控制，主軸旋轉(zhuǎn)可由變頻器控制或者伺服主軸控制，當(dāng)選擇變頻器控制或者伺服主軸的速度方式時，主軸可達(dá)到持續(xù)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，測量效果更佳。磨頭砂條膨脹可由液壓系統(tǒng)或者伺服進(jìn)給軸控制[8]。

（4）精珩加工

精珩單元用來完成粗珩加工后的精加工工序，通常分為拉網(wǎng)和平頂加工兩道工序，每道工序完成不同的加工要求，因此采用雙進(jìn)給磨頭，拉網(wǎng)砂條和平頂砂條分別控制，當(dāng)選擇拉網(wǎng)珩磨時，拉網(wǎng)砂條膨脹，完成珩磨加工，缸孔溝槽深度、網(wǎng)紋形狀均由此工序完成；平頂珩磨時，平頂砂條膨脹，此工序主要完成拉網(wǎng)后的缸孔表面處理，消除拉網(wǎng)產(chǎn)生的尖峰，改善溝槽性能。拉網(wǎng)和平頂?shù)募庸ば阅苤苯記Q定了發(fā)動機(jī)缸體的排放性能和使用壽命，屬于珩磨加工中的最核心工藝。

同粗珩單元一樣，拉網(wǎng)珩磨加工中，量儀實時檢測缸體孔徑，完成自動測量加工動作。平頂珩磨加工中，通常使用時間控制，往復(fù)若干時間，削平溝槽尖峰即可。

拉網(wǎng)和平頂加工時，往復(fù)軸由伺服軸控制，主軸旋轉(zhuǎn)可由變頻器控制或者伺服主軸控制，當(dāng)使用伺服主軸的位置方式進(jìn)行控制時，珩磨往復(fù)軸可以和旋轉(zhuǎn)主軸依據(jù)網(wǎng)紋夾角、往復(fù)速度等構(gòu)成插補(bǔ)控制，以得到更高質(zhì)量的網(wǎng)紋。磨頭砂條膨脹可由液壓系統(tǒng)或者伺服進(jìn)給軸控制，對于加工薄壁缸套以及為了達(dá)到更優(yōu)指標(biāo)的網(wǎng)紋溝槽，伺服進(jìn)給軸控制砂條膨脹更具優(yōu)勢。

圖5 ETAMIC量儀的屏顯內(nèi)容

（5）珩后測量

缸體經(jīng)過精珩單元的加工后，水平輸送到珩后測量單位，由專用珩后測量計算機(jī)對缸體進(jìn)行測量，同時將測量結(jié)果顯示在珩后計算機(jī)上。

整個珩后測量控制過程中，珩后測頭裝配在珩后伺服軸上，珩后伺服軸由珩磨控制器控制，珩后測量計算機(jī)的測量啟動信號由珩磨控制器發(fā)出，珩后測量結(jié)果以合格或者不合格的形式，通過I/O信號發(fā)送給珩磨控制系統(tǒng)，詳細(xì)的測量數(shù)據(jù)在珩后測量計算機(jī)上顯示并存儲。

（6）翻轉(zhuǎn)倒水

此道工序主要起清潔作用，缸體經(jīng)過粗珩、精珩之后，缸孔中留有大量的珩磨液，翻轉(zhuǎn)倒水工序需要將缸體多點傾倒，將缸體殘留的珩磨液倒出。

3 總結(jié)

以上詳細(xì)介紹了國內(nèi)使用的進(jìn)口珩磨自動線的應(yīng)用情況，根據(jù)加工工藝進(jìn)行了功能分解，可供國內(nèi)相關(guān)人士在研發(fā)珩磨自動線時參考。