■ 神龍汽車有限公司 （湖北襄陽 441004） 葉宗茂

2017年5月8日首臺國產(chǎn)缸孔數(shù)控珩磨機(jī)在神龍汽車有限公司襄陽動力總成工廠缸體L1線順利通過驗(yàn)收投入使用，如圖1所示，這標(biāo)志著國產(chǎn)缸孔數(shù)控珩磨機(jī)開發(fā)調(diào)試成功，打破了30多年來國外珩磨機(jī)制造企業(yè)對國內(nèi)汽車行業(yè)缸孔珩磨機(jī)及珩磨技術(shù)的壟斷地位。四軸數(shù)控珩磨機(jī)DHK037由神龍公司聯(lián)合大河數(shù)控機(jī)床公司采用廣州數(shù)控技術(shù)歷時三年開發(fā)完成，也是大河數(shù)控機(jī)床公司設(shè)計(jì)制造的第一臺轎車發(fā)動機(jī)多工位缸孔珩磨自動線，如圖2所示，價(jià)格僅為同類進(jìn)口設(shè)備的60%。

圖1 DHK037數(shù)控珩磨機(jī)

DHK037珩磨機(jī)由珩前預(yù)檢防錯工位、兩個粗珩工位、兩個精珩工位、珩后測量工位、翻轉(zhuǎn)倒水和固定吹氣工位、自動進(jìn)出料滾道以及液壓站組成，實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，如圖3所示。珩磨頭裝夾設(shè)計(jì)為快換結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速換刀，機(jī)床系統(tǒng)可以保存多套加工程序，可以通過按鍵選擇所加工零件的類型和加工程序，實(shí)現(xiàn)快速換型，提升生產(chǎn)效率。

設(shè)備經(jīng)過3個多月的調(diào)試，解決了缸孔圓度、圓柱度、支撐率、加工節(jié)拍等多項(xiàng)難題，按新設(shè)備驗(yàn)收流程完成了N5、N30設(shè)備能力驗(yàn)證，測量系統(tǒng)CMC驗(yàn)證，節(jié)拍驗(yàn)證，發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)等目標(biāo)考核，珩磨質(zhì)量、生產(chǎn)效率完全達(dá)到進(jìn)口設(shè)備廠商（格林和納格爾）珩磨機(jī)水平，能滿足多品種發(fā)動機(jī)缸孔珩磨質(zhì)量要求，生產(chǎn)節(jié)拍62.5s。

圖2 多工位缸孔珩磨自動線

缸孔珩磨機(jī)國產(chǎn)化項(xiàng)目是神龍公司在發(fā)動機(jī)關(guān)鍵加工機(jī)床國產(chǎn)化替代進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行的一次大膽嘗試，開創(chuàng)了超精加工工序使用國產(chǎn)設(shè)備的先例，為大幅降低動力總成投資成本提供新思路。

1.國產(chǎn)珩磨機(jī)設(shè)計(jì)制造新技術(shù)

國產(chǎn)珩磨機(jī)DHK037的研制成功離不開高新技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，其采用的伺服電動機(jī)驅(qū)動定量控制膨脹系統(tǒng)，全閉環(huán)高精度在線實(shí)時氣動測量，多系統(tǒng)互聯(lián)18軸數(shù)字控制，直觀便捷的珩磨控制軟件和先進(jìn)的珩磨機(jī)專用機(jī)構(gòu)，在珩磨效率和質(zhì)量上，達(dá)到國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)國產(chǎn)數(shù)控缸體珩磨自動線空白。

圖3 DHK037珩磨機(jī)有4個軸、6個工位

（1）伺服電動機(jī)驅(qū)動數(shù)控定量膨脹系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用。伺服電動機(jī)驅(qū)動數(shù)控定量膨脹系統(tǒng)很好地保證了珩磨質(zhì)量和效率；珩磨頭磨損到位預(yù)報(bào)警和報(bào)警功能，避免了對生產(chǎn)和質(zhì)量的影響。

通過科學(xué)的參數(shù)計(jì)算，確定各珩磨階段的起始點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)定量控制珩磨膨脹運(yùn)動。珩磨膨脹速度和珩磨膨脹力是影響支承率的關(guān)鍵工藝參數(shù)，珩磨機(jī)膨脹系統(tǒng)為細(xì)長桿機(jī)構(gòu)，膨脹運(yùn)動（伺服電動機(jī)驅(qū)動頂桿）會產(chǎn)生系統(tǒng)變形，系統(tǒng)變形和膨脹力接近于線性關(guān)系，通過膨脹位置和速度的精確控制，能很精確地控制珩磨膨脹速度和珩磨膨脹力參數(shù)。膨脹運(yùn)動各起始點(diǎn)的確定，以上次珩磨到位停止點(diǎn)為基準(zhǔn)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)和計(jì)算公式確定各起始點(diǎn)，依據(jù)各起始點(diǎn)的確定方法、計(jì)算公式、參數(shù)設(shè)置，編寫控制程序和軟件界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)控膨脹運(yùn)動定量控制。因加工參數(shù)都為數(shù)控，精度高且穩(wěn)定，故加工質(zhì)量和節(jié)拍穩(wěn)定。

采用勻速珩磨使珩磨表面質(zhì)量更為穩(wěn)定，保證珩磨表面支承率等精度；通過數(shù)控系統(tǒng)高速性和高精度位置控制，實(shí)現(xiàn)珩磨條磨損自動補(bǔ)償，對珩磨條損耗情況進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)膨脹速度快慢速合理變化，有效降低珩磨加工時間和輔助時間，保證效率高、節(jié)拍穩(wěn)定。

（2）珩磨機(jī)國產(chǎn)數(shù)控軟件及控制方式的開發(fā)應(yīng)用。開發(fā)了國內(nèi)首套珩磨機(jī)數(shù)控軟件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控珩磨機(jī)有效控制。把珩磨運(yùn)動的位置、速度、時間、判斷條件、目標(biāo)及方式選擇等都作為參數(shù)編程，通過在軟件參數(shù)設(shè)定界面設(shè)定參數(shù)，實(shí)現(xiàn)珩磨過程的控制。開發(fā)數(shù)控程序,采用M代碼，M代碼分為五類，第五類由NC直接執(zhí)行，用于珩磨過程程序的調(diào)用，每個M代碼就是每段加工程序的名字，在執(zhí)行某個“珩磨過程”時，只要鍵入相應(yīng)的M代碼，數(shù)控系統(tǒng)就會自動執(zhí)行它所命名的對應(yīng)程序。實(shí)現(xiàn)即時設(shè)備運(yùn)行信息、零件加工信息顯示。在顯示屏上顯示設(shè)備的運(yùn)行信息，實(shí)時狀態(tài)參數(shù)如：當(dāng)前轉(zhuǎn)速、往返速度、膨脹速度及各坐標(biāo)軸位置等；零件加工信息如：零件品種、即時測量結(jié)果、余量、目標(biāo)值及校準(zhǔn)信息等的顯示。

實(shí)現(xiàn)多種工作模式選用和各種珩磨特定功能。為了更好適應(yīng)各種使用狀況，保證質(zhì)量，便于操作，設(shè)計(jì)多種工作模式供選用，如：最終測量自動反饋和不自動反饋模式；圓柱度修整自動和定量修整模式；珩磨結(jié)束判定方式選擇；全工位及部分工位切除運(yùn)行模式等等，實(shí)現(xiàn)了珩磨機(jī)各種特定功能，如：珩磨條磨損到位預(yù)警及報(bào)警功能、錐度自動修整功能、各珩磨階段自動轉(zhuǎn)換功能、珩磨頭更換自動貼靠定位功能，珩磨頭磨損自動補(bǔ)償功能。設(shè)備具有零件狀態(tài)記憶監(jiān)控功能、不合格零件報(bào)警及下線報(bào)警功能、自動復(fù)位功能、故障自診斷功能及換刀自動貼靠定位功能。

采用廣州數(shù)控設(shè)備有限公司的GSK980HC-H專用雙通道珩磨系統(tǒng)（6軸），3套系統(tǒng)通過CAN總線聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)珩磨自動線采用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)18軸控制。

（3）先進(jìn)氣動測量技術(shù)在國產(chǎn)珩磨機(jī)上的開發(fā)應(yīng)用。通過與德國業(yè)納測量技術(shù)公司合作，將廣州數(shù)控系統(tǒng)與業(yè)納公司ETAMIC測量系統(tǒng)的通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用進(jìn)行適配，把ETAMIC的TPE200氣動測量傳感器很好地應(yīng)用到國產(chǎn)數(shù)控珩磨機(jī)上，并通過多次試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了珩磨頭測量噴嘴國產(chǎn)化，保證國產(chǎn)珩磨機(jī)珩磨孔徑及錐度控制精度達(dá)到國際先進(jìn)水平。

ETAMIC氣動測量系統(tǒng)比其他珩磨機(jī)常用的日本東精和德國Stotz更優(yōu)，其綜合性能比較如表1所示。ETAMIC的TPE200氣動測量傳感器傳遞的是數(shù)據(jù)結(jié)果，不同于Stotz系統(tǒng)傳遞是模擬信號，東精系統(tǒng)傳遞的是開關(guān)信號，ETAMIC傳感器在測量精度、反應(yīng)速度、測量范圍、數(shù)據(jù)通信等方面都比東精和Stotz系統(tǒng)優(yōu)秀，可以自動進(jìn)行錐度修正，保證缸孔圓柱度。

（4）精珩彈性珩磨頭的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。珩磨頭采用平頂珩彈性浮動機(jī)構(gòu)，如圖4所示，用彈性珩磨條支座取代固定式珩磨條支座，使平頂珩珩磨條整體貼合在加工的缸孔表面上，避免了因錐度問題造成平頂珩珩磨條局部接觸缸壁，造成缸孔表面質(zhì)量不均和珩磨退刀亮痕。

表1 DHK037國產(chǎn)珩磨機(jī)與國外珩磨機(jī)主動測量系統(tǒng)綜合性能比較

圖4 DHK037上使用的國產(chǎn)雙進(jìn)給珩磨頭結(jié)構(gòu)簡圖

表2 DHK037國產(chǎn)珩磨機(jī)與國外珩磨機(jī)加工質(zhì)量、效率、使用等綜合性能比較

2.國產(chǎn)珩磨機(jī)與國外珩磨機(jī)綜合性能比較

國產(chǎn)珩磨機(jī)DHK037與德國格林和納格爾珩磨機(jī)從珩磨加工缸孔直徑的能力、圓柱度、粗糙度、支承率、網(wǎng)紋角、節(jié)拍、維護(hù)費(fèi)用、測量系統(tǒng)精度、噪聲及價(jià)格等綜合性能比較如表2所示。

由表2可以看出，國產(chǎn)珩磨機(jī)在加工質(zhì)量、加工效率和使用性能上不低于國際先進(jìn)珩磨機(jī)的技術(shù)水平，尤其單機(jī)價(jià)格比國外珩磨機(jī)低40%，具有較強(qiáng)的市場競爭力。

3.結(jié)語

國產(chǎn)缸孔珩磨機(jī)的開發(fā)成功，必將帶動國產(chǎn)珩磨頭、珩磨條、珩磨專用機(jī)構(gòu)、國產(chǎn)氣動測量頭、國產(chǎn)珩磨控制技術(shù)及數(shù)控軟件的廣泛應(yīng)用，對中國珩磨技術(shù)的提高有很大的促進(jìn)作用，同時，也為其他高精度國產(chǎn)加工機(jī)床制造技術(shù)的提高起到了很好的借鑒作用。