韓偉，魯文章，陸勇

降低氣門導(dǎo)管座圈返工新方法

韓偉，魯文章，陸勇

（安徽華菱星馬汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)分公司，安徽 馬鞍山 243061）

隨著現(xiàn)代化加工的發(fā)展，數(shù)控加工中心得到了廣泛應(yīng)用。作者公司發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工項(xiàng)目，采用的是進(jìn)口的德國(guó)GROB公司的數(shù)控加工中心。在加工過程中由于座圈沙眼、同軸度超差等問題，造成缸蓋的返工。由于機(jī)床出廠設(shè)定為雙主軸加工，在返工過程中會(huì)產(chǎn)生輔料浪費(fèi)問題。針對(duì)此現(xiàn)象，作者和單位技術(shù)人員一起努力，查閱相關(guān)資料，分析出了多個(gè)雙主軸切換單主軸的加工方案，然后進(jìn)行逐個(gè)驗(yàn)證排查，最終將加工程序進(jìn)行優(yōu)化，成功地解決了這一問題，為單位生產(chǎn)提供了保障。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋；氣門導(dǎo)管座圈；鏜孔刀具；西門子加工

1 加工問題描述

筆者所在的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋機(jī)加生產(chǎn)線隸屬于華菱星馬集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)分公司機(jī)加車間。該線一次規(guī)劃分期實(shí)施。項(xiàng)目投資6億元，引進(jìn)了38臺(tái)德國(guó)進(jìn)口加工中心（德國(guó)HELLER/ GROB公司），配備覆蓋全工序的德國(guó)尼柏丁SPC檢具，組成了一條高精度、高穩(wěn)定性的全自動(dòng)柔性生產(chǎn)線。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的氣門導(dǎo)管座圈采用的是壓裝后加工的工藝，為保障生產(chǎn)節(jié)拍，公司特地引進(jìn)了德國(guó)GROB公司的雙主軸加工機(jī)床，使原有的加工節(jié)拍提升了一倍。但是生產(chǎn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)，氣門座圈系粉末冶金材料，氣孔沙眼是不可避免的問題，經(jīng)常在機(jī)床加工完成之后，發(fā)現(xiàn)座圈里面存在沙眼現(xiàn)象。由于機(jī)床是雙主軸同步加工，如圖1所示，機(jī)床的SPA-1主軸加工紅色區(qū)域，SPA-2主軸加工藍(lán)色區(qū)域，我們?cè)诜倒?號(hào)孔的座圈沙眼件的時(shí)候，需要將對(duì)應(yīng)區(qū)域的2號(hào)孔合格座圈去除，才能進(jìn)入機(jī)床加工，此加工方式會(huì)造成一套合格的導(dǎo)管座圈浪費(fèi)，是否有更好的方案可以優(yōu)化這個(gè)加工方案？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，以針對(duì)此問題進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)。

圖1 機(jī)床雙主軸加工區(qū)域及加工孔位標(biāo)識(shí)

2 方案策劃

經(jīng)過專項(xiàng)小組分析，從刀具的結(jié)構(gòu)上面和加工程序方面進(jìn)行著手，針對(duì)本次的技改，暫定本次方案有2種：

（1）機(jī)床主軸專用刀具拆除，主軸刀夾結(jié)構(gòu)調(diào)整；

（2）雙主軸同步加工變更為單主軸單步加工。

3 刀具結(jié)構(gòu)分析及調(diào)整

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，機(jī)床采用的刀具系專機(jī)主軸頭，采用U軸和UF軸實(shí)現(xiàn)在刀具加工中變更尺寸，實(shí)現(xiàn)變徑加工（圖2）。

圖2 機(jī)床主軸及刀具

主軸在旋轉(zhuǎn)過程中，通過內(nèi)部的U軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)上圖2中紅圈內(nèi)所標(biāo)注的刀片在主軸選裝中實(shí)現(xiàn)變徑加工。該機(jī)床上擁有雙主軸，在生產(chǎn)加工中，把主軸SPA-1上的刀片拆除，在加工的時(shí)候，機(jī)床依舊雙主軸同步移動(dòng)，但是只有一根主軸上有刀片，接觸座圈和導(dǎo)管加工，實(shí)現(xiàn)單主軸返工。

圖3 刀具結(jié)構(gòu)圖

驗(yàn)證結(jié)論：刀片拆除法，可以實(shí)現(xiàn)單孔加工，但是在加工中發(fā)現(xiàn)，如圖3所示，該刀具是一把復(fù)合型刀具，導(dǎo)管座圈同步加工，保障其同軸度要求，并且上圖中導(dǎo)管加工刀具為瑪帕的精鏜刀，其加工特點(diǎn)是刀件與刀條配合加工，SPA-2主軸上座圈的加工可以得到保證，SPA-1主軸上的座圈沒有加工，但是導(dǎo)管加工的刀具刀片拆除后，由于該精鏜刀具的刀條僅比刀尖低0.01~0.02mm，在刀具高速旋轉(zhuǎn)的過程中，對(duì)導(dǎo)條出現(xiàn)比較大的磨損，導(dǎo)致刀具整體壽命下降，所以該方案不是最佳方案。

4 機(jī)床加工程分析及調(diào)整

圖4 進(jìn)排氣門空位編號(hào)圖

（1）雙主軸加工主程序

程序名：OP0100_01.MPF；

PROGRAM JUMP IN；

IF（LAST_TOOL>=0）GOTOF X_POS_100019

IF（LAST_TOOL>=1）GOTOF X_POS_100020

IF（LAST_TOOL>=2）GOTOF X_POS_100021

IF（LAST_TOOL>=3）GOTOF X_POS_100028

IF（LAST_TOOL>=4）GOTOF X_POS_100029

IF（LAST_TOOL>=5）GOTOF X_POS_100030

IF（LAST_TOOL>=6）GOTOF X_POS_100007

當(dāng)把機(jī)床參數(shù)LAST_TOOL設(shè)定為0~7任意一個(gè)數(shù)的時(shí)候，如圖4所示的編號(hào)會(huì)于機(jī)床對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行綁定，機(jī)床會(huì)從主軸對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行加工，加工程序如下：

程序名：OP0100_01.MPF；

------------------------ 1.00.19 / 1.00.22 ----------------------

N510 X_POS_10019：跳轉(zhuǎn)程序名（標(biāo)識(shí)）

N515 MSG ("EXHAUST 1.00.19 + 1.00.22")；加工排氣座圈，編號(hào)10019+10022

N520 OP0100_EXHAUST_9_8；調(diào)用加工子程序

N525 STOPRE

N530 LAST_TOOL=1；LAST——TOOL賦值為1

N535 $AC_TIMER[2]=-1

N540 R70=R70+1

N545 R[R70]=$AC_TIMER[2]

N550 $AC_TIMER[2]=0

該程序段中，首先承接上方LOST_TOOL參數(shù)設(shè)置的數(shù)量，如LOST_TOOL設(shè)定的是0，那么直接跳轉(zhuǎn)到標(biāo)識(shí)X_ POS_10019：位置，程序向下直接調(diào)用的加工子程序如下：

程序名：OP0100_EXHAUST_9_8.SPF

N5 DEF INT ACT_G8, ACT_G14

N10 ACT_G8=$P_GG[8] ;G53.. G599

N15 ACT_G14=$P_GG[14] ;G90 / G91

N20 G0 G60 Z=R150 Z_2=R150+SPI_2_L1 U_1=R151 U_2=R151 D1；M65機(jī)床主軸1和主軸2移動(dòng)至加工位置；

N25 TRAILON (U_2,U_1,1)

N30 TRAILON (Z_2,Z,1)

N35 GEOAX (1,U_1)

N40 G[8]=ACT_G8 ;G53.. G599

N45 G[14]=ACT_G14 ;G90 / G91

N50 D1

N55 FFWON

N60 G1 X=R153 Z=R152 F=FEED1-42；雙主軸同步加工

N65 X=R155 Z=R154 F=FEED2；雙主軸同步加工

N70 FFWOF

N75 G0 X=R157 Z=R156

PS：以上程序進(jìn)行U周換算，X值移動(dòng)已經(jīng)變更為U軸的變徑加工

通過以上程序，我們實(shí)現(xiàn)機(jī)床雙主軸加工導(dǎo)管座圈的加工。

（2）單主軸加工程序改進(jìn)

程序名：OP0100_01.MPF;

PROGRAM JUMP IN;

IF（LAST_TOOL>=19）GOTOF X_POS_100019

IF（LAST_TOOL>=20）GOTOF X_POS_100020

IF（LAST_TOOL>=21）GOTOF X_POS_100021

IF（LAST_TOOL>=22）GOTOF X_POS_100022

IF（LAST_TOOL>=23）GOTOF X_POS_100023

IF（LAST_TOOL>=24）GOTOF X_POS_100024

IF（LAST_TOOL>=25）GOTOF X_POS_100025

IF（LAST_TOOL>=26）GOTOF X_POS_100026

IF（LAST_TOOL>=27）GOTOF X_POS_100027

IF（LAST_TOOL>=28）GOTOF X_POS_100028

IF（LAST_TOOL>=29）GOTOF X_POS_100029

IF（LAST_TOOL>=30）GOTOF X_POS_100030

機(jī)床主程序中，會(huì)將每一個(gè)LAST_TOOL的參數(shù)編號(hào)與圖4所示的孔位編號(hào)進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，機(jī)床會(huì)從主軸對(duì)應(yīng)單個(gè)孔位置進(jìn)行加工，加工程序變更如下：

程序名：OP0100_01.MPF；

------------------------ 1.00.19 / 1.00.22 ----------------------

N510 X_POS_10019:跳轉(zhuǎn)程序名（標(biāo)識(shí)）

N515 MSG ("EXHAUST 1.00.19")；加工排氣座圈，編號(hào)10019

N516 G0 G57 G60 G90 G601 A=DC(270) POS[U_1]= R151+R158 POS[U_2]=R151+R158 POS[W_1]=W_START_ POS POS[W_2]=W_START_POS M7；定義坐標(biāo)系及主軸1和主軸2加工位置

N517 TRAILOF (X_2,X)

N518 X=-356.35+R110 X_2=-356.35+R111 Y=-41.91 S1= SPEED1 S2=SPEED1 M1=3 M2=3 D1

N520 OP0100_EXHAUST_9_8_SP1；調(diào)用主軸1的加工子程序

N525 STOPRE

N530 LAST_TOOL=20；LAST——TOOL賦值為20

N535 $AC_TIMER[2]=-1

N540 R70=R70+1

N545 R[R70]=$AC_TIMER[2]

N550 $AC_TIMER[2]=0

該程序段中，首先承接上方LOST_TOOL參數(shù)設(shè)置的數(shù)量，如LOST_TOOL設(shè)定的是19，那么直接跳轉(zhuǎn)到標(biāo)識(shí)X_ POS_10019：位置，單獨(dú)加工19號(hào)孔，加工程序向下直接調(diào)用的加工子程序如下：

程序名：OP0100_EXHAUST_9_8_SP1.SPF

N5 DEF INT ACT_G8, ACT_G14

N10 ACT_G8=$P_GG[8] ;G53.. G599

N15 ACT_G14=$P_GG[14] ;G90 / G91

N20 G0 G60 Z=R150+1 Z_2=R150+SPI_2_L1+200 U_1= R151 U_2=R151 D1；M65機(jī)床主軸1和主軸2移動(dòng)至加工位置，主軸2在原始位置上面后移200mm；

N21 G1 G60 Z=R150 Z_2=R150+SPI_2_L1+200 U_1= R151 U_2=R151 F=FEED1; M65

N25 TRAILON (U_2,U_1,1)

N30 TRAILON (Z_2,Z,1)

N35 GEOAX (1,U_1)

N40 G[8]=ACT_G8; G53.. G599

N45 G[14]=ACT_G14; G90 / G91

N50 D1

N55 FFWON

N60 G1 X=R153 Z=R152 F=FEED1-42；雙主軸同步加工

N65 X=R155 Z=R154 F=FEED2；雙主軸同步加工

N70 FFWOF

N75 G0 X=R157 Z=R156

以上程序進(jìn)行U周換算，X值移動(dòng)已經(jīng)變更為U軸的變徑加工。

通過以上程序，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床雙主軸加工導(dǎo)管座圈變更為單主軸的加工。

5 調(diào)整完成后操作優(yōu)化

（1）根據(jù)孔位標(biāo)識(shí)，識(shí)別出工件需要返工的孔位編號(hào)。

（2）為避免造成加工程序的混亂，圖5所示，機(jī)床里面程序設(shè)定為正常加工程序和返工程序，選擇返工程序。

圖5 機(jī)床正常加工程序和返工程序（FGCX）

（3）在機(jī)床LOST_TOOL界面（圖6）里面輸入自己需要返工的孔位號(hào)。

圖6 機(jī)床LAST_TOOL參數(shù)設(shè)定界面

（4）啟動(dòng)機(jī)床直接加工即可。

6 經(jīng)濟(jì)效益

此次技改項(xiàng)目中，通過機(jī)床程序調(diào)整和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)機(jī)床由原先雙主軸加工變更為單主軸加工，降低了導(dǎo)管座圈及返工損耗，具體效益如下：

（1）單臺(tái)返工成本由原先95.37/臺(tái)下降為56.69元/臺(tái)；

（2）單孔返工工時(shí)由原先1.38小時(shí)提升至0.92小時(shí)，效率提升33.3%；

（3）根據(jù)相關(guān)技術(shù)部門進(jìn)行核算可知：本次技改活動(dòng)期間，通過降低返工材料、減少刀具損耗、減少返工工時(shí)三個(gè)方面核算，按照2018年全年的返工數(shù)量進(jìn)行核算，預(yù)計(jì)2019年可實(shí)現(xiàn)成本降低數(shù)量為：?jiǎn)闻_(tái)降低成本38.69元*3704孔數(shù)=143295.41元。

7 總結(jié)

在此，非常感謝何成琪老專家對(duì)解決此次問題的支持，這一過程對(duì)筆者自身的能力也有很大提升。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，要加強(qiáng)對(duì)機(jī)床和刀具的研究，更加充分發(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[M].機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.

[2] 穆國(guó)巖.數(shù)控機(jī)床編程與操作[M].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)[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2008.

[4] 宋正.數(shù)控機(jī)床編程與操作[M].中國(guó)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[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[6] 陳洪濤.數(shù)控加工工藝與編程[M].高等教育出版社,2005.

New method to reduce rework of valve guide seat

Han Wei, Lu Wenzhang, Lu Yong

( Anhui Hualing Xingma Automobile Co., Ltd. Engine Branch, Anhui Ma'anshan 243061 )

With the development of modern machining, CNC machining center has been widely used. The engine machining project of our company adopts the imported numerical control machining center of Grob company of Germany. In the process of machining, the cylinder head is reworked due to the problems of seat ring sand hole and coaxiality out of tolerance. Because the machine tool is set to be processed by two spindles, there will be waste of auxiliary materials in the process of rework. In view of this phenomenon, the author and the technical personnel of the unit work together to consult the relevant data, analyze the processing scheme of multiple double spindle switching single spindle, and then verify and check one by one, and finally optimize the processing procedure, which successfully solves this problem and provides guarantee for the production of the unit.

Engine cylinder head; Valve guide seat ring; Boring tool; Siemens machining

A

1671-7988(2020)24-185-04

U464

A

1671-7988(2020)24-185-04

韓偉，就職于安徽華菱星馬汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)分公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.060

CLC NO.: U464