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)動機缸體水套上曾出現(xiàn)很深的螺紋狀劃痕

我(本文第一作者)所在的發(fā)動機氣缸體機加裝配線隸屬于華菱星馬集團漢馬動力有限公司機加車間。該線一次規(guī)劃分期實施。項目一期投資1.2億元，引進了10臺德國海勒(HELLER)公司的加工中心，組成了一條高精度、高穩(wěn)定性的全自動柔性生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用全自動化桁架機械手上料，可實現(xiàn)2個系列多個品種氣缸蓋的自動識別和共線生產(chǎn)，設備安裝和機床調(diào)試均由德國技術(shù)人員進行，我們主要進行現(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，我們進入了生產(chǎn)階段；但在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了一個現(xiàn)象，即生產(chǎn)線上工序號為OP110的MCH400D精加工機床加工的發(fā)動機缸體的水套上出現(xiàn)了很深的螺紋狀劃痕(圖1)。針對此現(xiàn)象，經(jīng)有關部門決定，暫停生產(chǎn)，進行立項解決，以免對生產(chǎn)造成過多影響。

2 加工問題分析

對于水套上出現(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)人員一起對同類型的問題進行比較和研究，查閱了同期雜志上的相關問題，經(jīng)過現(xiàn)場會議商量，估計出現(xiàn)這種情況的原因可能有以下幾點：

(1)機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(相關運動刀具的加工程序)；

(3)刀具本身的結(jié)構(gòu)問題；

(4)機床主軸內(nèi)部的U軸傳動電機故障。

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)的運動刀具。針對此刀具，我們特意請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)和傳動原理(如圖2)。我們對刀具結(jié)構(gòu)進行了分析。

圖2 刀具傳動原理簡圖

該刀具加工方式為UF軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，傳動U軸楔塊移動，帶動圖2中的刀片位置進行加工；但該刀具是通過UF軸的旋轉(zhuǎn)，帶動對應刀刃號為D3、D4進行加工，也就是說順時針轉(zhuǎn)動帶動D4加工退刀槽，逆時針轉(zhuǎn)動則帶動D3刀刃進行上中水套加工。于是，我們在機床上將該刀具調(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”進行刀具程序檢查，發(fā)現(xiàn)該刀具在運行過程中處于正常，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)，核對加工參數(shù)

我們針對以上問題制定了第2套方案：對機床加工的發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)進行分析(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。

再對加工該位置的加工參數(shù)進行分析。該刀具為運動刀具，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)線上進行加工，之前沒有進行過加工，于是我們對刀具室寫入刀具芯片的數(shù)據(jù)(如圖4)和機床原始數(shù)據(jù)進行比對(如表1)，發(fā)現(xiàn)刀具芯片上對應的數(shù)據(jù)與機床原始數(shù)據(jù)沒有改變。

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)核對，刀具相關刀刃上的數(shù)據(jù)參數(shù)(芯片數(shù)據(jù))和機床中記憶的相關參數(shù)完全相符(正負號區(qū)別代表了刀具的運動方向)，那么這就表示，在機床芯片讀取上已經(jīng)成功地將刀具的數(shù)據(jù)覆蓋進了機床的刀具庫，排除了芯片讀取上的錯誤。

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，并查詢了很多相關資料和文獻，到底是什么原因?qū)е铝烁卓讋潅F(xiàn)象；這時德國公司技術(shù)人員提出，是不是機床程序方面出現(xiàn)的錯誤，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，我們進入機床的加工程序界面，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)動機缸體加工結(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)和機床原始數(shù)據(jù)進行比對(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的刀具補償值進行整體修改(如表2)，將該參數(shù)全部設定為正值，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D3和D4的刀具補償值進行整體修改

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:

吊入新的工件進行加工，機床順利完成加工，證明程序結(jié)構(gòu)上修改是沒有問題的；但實際加工還是存在劃痕，但這次的劃痕相對上次的劃痕比較淺、比較細。針對此種情況，我們分析，原始的劃痕主要是由于D4刀刃沒有回到位置導致，而這次的劃痕是由于D3刀刃沒有回到位置導致，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)之前的試驗情況，我們基本的設定如下：

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。試驗表明，該處修改效果確實如此，同時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)人員對此次問題解決的支持，這一過程對我本人(本文第一作者)也有很大提升。隨著生產(chǎn)的繼續(xù)，難免會出現(xiàn)加工上的問題，為此對機床程序和刀具結(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習和掌握解決方法。盡管這方面會有專業(yè)技術(shù)人員來進行，但作為數(shù)控加工中心一名合格的操作人員，這些還是必須會的東西。在以后的加工過程中，當可能出現(xiàn)加工有規(guī)律形狀和與尺寸不同的新型工件時，只需對部分程序更改和更換，而不用對整個新工件的加工編制一個程序，這將大幅節(jié)省工時；同時機床執(zhí)行這類程序時所要求的運行條件或更加輕松、反應更迅速，繼而大大提高加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的性能。

[1] 陳海舟，數(shù)控銑削加工宏程序及應用實例。機械工業(yè)出版社，2006。

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

[3] 宴初宏，實用數(shù)控加工程序編制技術(shù)。上?？茖W技術(shù)出版社，2008。

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

[5] 陳海舟，數(shù)控銑削加工宏程序及應用。機械工業(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。