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        車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨軌跡重構(gòu)與精度控制分析

        2015-04-29 00:00:00陳金友
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年27期

        摘 要:文章通過(guò)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨頭運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤分析與重構(gòu),確定了影響珩磨頭軸向相位角變化的因素,包括:珩磨頭旋轉(zhuǎn)速度、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度、下端停留時(shí)間、上下越程等運(yùn)動(dòng)參數(shù),重構(gòu)磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡,探索了控制發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨精度的方法。

        關(guān)鍵詞:缸孔珩磨;軌跡重構(gòu);精度控制

        汽車(chē)動(dòng)力性能經(jīng)常受汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的直接影響。改善發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能需要提高發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的加工制造質(zhì)量。珩磨是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔精密加工的一道重要工序,除了能夠去除汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的加工余量,還能使發(fā)動(dòng)機(jī)零件尺寸確保更高的精度,對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的最終成型的尺寸、形狀、表面精度確定有很大作用。因此,分析缸孔珩磨工藝過(guò)程意義重大。

        1 車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨軌跡形成分析

        1.1 珩磨機(jī)理

        汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨過(guò)程中,珩磨頭通過(guò)做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),使得交叉網(wǎng)紋的分布和角度更加均勻,珩磨后達(dá)到缸孔直徑要求的尺寸,并在缸孔表面形成網(wǎng)紋;珩磨頭在下端停留時(shí)間越久珩磨去除量越大,磨粒在下端的軌跡越密;通過(guò)改變珩磨頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變上下越程量重點(diǎn)表現(xiàn)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)各周期內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角,達(dá)到改變磨粒軌跡的目的。

        1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨軌跡形成

        在加工汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨過(guò)程中,珩磨頭始終作往復(fù)等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),每一個(gè)周期包括向下沖程時(shí)間、下端停留時(shí)間和上沖程的總時(shí)間,下面將通過(guò)實(shí)例來(lái)加以說(shuō)明:一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的珩磨頭上有8根油石均勻分布,直徑均為68.5mm,每經(jīng)過(guò)11次往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成一個(gè)缸孔加工。其中珩磨頭各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)如下:珩磨頭每分鐘旋轉(zhuǎn)220圈,往復(fù)運(yùn)動(dòng)每分鐘25m、上端越程量28mm,下端越程量18mm、每根油石長(zhǎng)度80mm,發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔高120mm。

        由已知參數(shù)求得,珩磨頭沖程距離=缸孔高度+上端越程量+下端越程量-油石長(zhǎng)度,為84mm,油石下沖程時(shí)間=珩磨頭沖程距離/往復(fù)速度,為0.204s;同樣上沖時(shí)間也為0.204s,總沖程時(shí)間為0.408s。一個(gè)周期內(nèi)珩磨頭的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為旋轉(zhuǎn)速度×總時(shí)間為9.3996rad。沿油石長(zhǎng)度方向上均取6個(gè)點(diǎn),根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算模擬油石的軌跡。

        2 發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨軌跡重構(gòu)

        按照實(shí)際工作中的缸孔珩磨過(guò)程,通過(guò)模擬,分析珩磨頭各運(yùn)動(dòng)參數(shù)與磨粒軌跡分布關(guān)系,控制珩磨精度。具體操作如下:首先了解缸孔珩磨頭的結(jié)構(gòu)、確定珩磨頭各運(yùn)動(dòng)參數(shù)、進(jìn)行磨粒軌跡的重構(gòu),把握磨粒軌跡分布密度,預(yù)測(cè)缸孔珩磨材料去除量,從而實(shí)現(xiàn)缸孔珩磨精度的預(yù)測(cè)與控制。

        3 發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨軌跡精度控制

        要控制發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨軌跡精度,需要分析珩磨頭各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)是如何影響磨粒軌跡的分布。為保證珩磨精度,在珩磨頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),盡量保證相鄰兩個(gè)周期內(nèi)磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡不重合,能夠形成一定的錯(cuò)位;如果有多條油石分布在發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的珩磨頭上,則也要保證每個(gè)油石上磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡不重合。

        3.1 改變珩磨頭旋轉(zhuǎn)速度,控制軌跡精度

        當(dāng)珩磨頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度、下端停留時(shí)間以及形成確定時(shí),也就確定了分布在珩磨頭上的油石上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期,周期內(nèi)油石旋轉(zhuǎn)角度是由大小珩磨頭的旋轉(zhuǎn)速度決定的。8根油石分布在發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨頭上,一個(gè)往復(fù)周期內(nèi),珩磨頭旋轉(zhuǎn)角為90°的整數(shù)倍時(shí),油石每個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡就會(huì)出現(xiàn)重合。不改變其他參數(shù),只改變珩磨頭旋轉(zhuǎn)速度來(lái)計(jì)算往復(fù)行程、油石上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間。選擇一個(gè)往復(fù)周期內(nèi)珩磨頭合適的旋轉(zhuǎn)角,計(jì)算出所需的旋轉(zhuǎn)角速度,這樣無(wú)論珩磨多長(zhǎng)時(shí)間油石的運(yùn)動(dòng)軌跡始終重合。油石往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡反復(fù)重合,會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔局部表面被反復(fù)珩磨,而其他區(qū)域不能被珩磨,降低了缸孔表面精度。

        3.2 改變珩磨頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度,控制軌跡精度

        給定珩磨往復(fù)行程、下端點(diǎn)停留時(shí)間以及旋轉(zhuǎn)速度,珩磨頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的變化會(huì)引起珩磨頭往復(fù)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度相應(yīng)的發(fā)生變化,這是由上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間決定的。一個(gè)周期內(nèi),珩磨頭旋轉(zhuǎn)角度會(huì)因周期的改變而改變。當(dāng)珩磨頭旋轉(zhuǎn)角度正好為45°整數(shù)倍時(shí),周期內(nèi)磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡就會(huì)出現(xiàn)重合。保證其他參數(shù)不變,通過(guò)改變珩磨頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度,計(jì)算出往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程、油石上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間、珩磨頭的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。選定珩磨頭往復(fù)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度,得出所需的往復(fù)速度。

        3.3 改變下端點(diǎn)停留時(shí)間,控制軌跡精度

        確定珩磨頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度、珩磨頭運(yùn)動(dòng)行程和旋轉(zhuǎn)速度,下端點(diǎn)停留時(shí)間決定周期內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和往復(fù)周期。當(dāng)珩磨頭往復(fù)周期內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)相位角為45°的整數(shù)倍時(shí),下一個(gè)周期開(kāi)始與前一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)油石的位置會(huì)出現(xiàn)重合。不管缸孔珩磨時(shí)間的長(zhǎng)短,油石的運(yùn)動(dòng)軌跡都會(huì)重合。下端停留時(shí)間會(huì)影響珩磨油石運(yùn)動(dòng)軌跡分布的均勻性。為了保證珩磨材料的去除量,必須根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度和往復(fù)速度以及行程來(lái)合理選擇下端點(diǎn)停留時(shí)間。

        3.4 改變上下越程量,控制軌跡精度

        油石的上下越程量是珩磨頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中油石伸出發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的長(zhǎng)度,有上越程和下越程之分,一般情況下,上越程和下越程選擇相同數(shù)量來(lái)保證缸孔珩磨后形狀。珩磨頭的行程受上下越程量的影響。當(dāng)速度一定時(shí),珩磨頭運(yùn)動(dòng)時(shí)間隨行程的變化而變化,當(dāng)一個(gè)往復(fù)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度為45°的整數(shù)倍時(shí),磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡就會(huì)出現(xiàn)重合,導(dǎo)致珩磨頭出現(xiàn)重磨現(xiàn)象。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)珩磨機(jī)理和形成分析,概括出可以從珩磨頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化控制珩磨運(yùn)動(dòng)軌跡分布。主要包括:(1)通過(guò)調(diào)整上下端停留時(shí)間,改善缸孔形狀,控制軌跡精度;(2)可以通過(guò)磨粒軌跡疊加法調(diào)整越程量,從而改善缸孔形狀,控制軌跡精度。但這種方法在一定程度上會(huì)影響生產(chǎn)效率,對(duì)于盲孔來(lái)說(shuō),下端越程量調(diào)整范圍有限,一般只能調(diào)整上端越程量;(3)同樣通過(guò)磨粒軌跡疊加法,設(shè)計(jì)新的珩磨頭結(jié)構(gòu),將兩組油石進(jìn)行錯(cuò)位安裝,使磨粒軌跡均勻分布;(4)假設(shè)珩磨去除量一定,控制缸孔形狀使珩磨余量與去除量相同,控制珩磨軌跡,得到較為理想的圓柱缸孔形狀,能夠很好地控制珩磨精度。

        參考文獻(xiàn)

        [1]趙玉祥,馬戎,秦繼宏,等.珩磨軌跡的控制與優(yōu)化[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2014(10).

        [2]高羅輝,張雪萍,姚振強(qiáng).汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔珩磨軌跡重構(gòu)與精度控制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2014(1).

        [3]宋鳳敏,趙玉祥,高羅輝,等.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)珩磨缸孔形狀精度分析與控制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2013(6).

        作者簡(jiǎn)介:陳金友(1986,10-),男,湖南省衡陽(yáng)市,湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)工程系,助教,研究方向:汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)及傳熱傳質(zhì)。

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