王維震 鄭世魁 楊國濤 高子一

摘要：氣缸體是發(fā)動機(jī)重要組成部分，也是發(fā)動機(jī)中較難加工的零部件，其止口加工精度要求高，且直接影響發(fā)動機(jī)的性能及使用壽命。在生產(chǎn)制造中，因止口深度超差報(bào)廢的氣缸體在氣缸體報(bào)廢總數(shù)中占了很大比例，鑒于此，對基于數(shù)學(xué)邏輯的刀具補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了研究和介紹，為止口加工精度控制提供了參考。

關(guān)鍵詞：氣缸體；止口；刀具

中圖分類號：TG71? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）17-0077-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.021

0? ? 引言

止口深度是氣缸體加工精度中最難控制的加工尺寸，不僅要保證深度公差0.03 mm，還要將止口面與缸孔的垂直度控制在0.01 mm以內(nèi)，深度一旦超差，容易導(dǎo)致發(fā)動機(jī)漏水，而垂直度超差容易引起活塞偏磨，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)漏氣量大、燒機(jī)油等故障。因此，研究一種能夠精準(zhǔn)控制止口加工精度的方法非常重要[1-3]。

本文介紹的采用數(shù)學(xué)邏輯的刀具補(bǔ)償技術(shù)不僅能夠降低止口深度加工不合格率，同時還能夠延長刀具壽命，降低刀具使用成本，提高加工效率。

1? ? 止口深度超差分析

1.1? ? 止口上平面位置公差影響

如圖1所示，止口深度由氣缸體上平面及止口面組成，A即為止口深度，氣缸體上平面由止口加工上道工序加工，由于加工誤差，每一臺氣缸體上平面隨著刀具磨損，其位置一直在變化，如圖2所示，普通加工方法加工止口時，假設(shè)止口刀具不磨損，Z軸絲杠不磨損，刀具每次進(jìn)給深度都相同，就會導(dǎo)致止口深度一直在變化，可能深，可能淺，非常難控制。

1.2? ? 氣缸體上平面傾斜

如圖3所示，由于上工序來料氣缸體上平面存在傾斜風(fēng)險(xiǎn)，雖然傾斜不大，但因止口深度公差過小，止口刀具加工面為唯一平面，這就可能導(dǎo)致止口圓周范圍內(nèi)部分區(qū)域深度超差，即同一缸內(nèi)止口深度不一致，所以止口深度與氣缸體上平面加工最好在同一道工序進(jìn)行，但對于不在同一道工序加工的，需要采用較為復(fù)雜的工藝進(jìn)行控制，方能達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

1.3? ? 刀具磨損影響

所有刀具加工過程中都會出現(xiàn)磨損，一旦磨損，將直接影響加工精度。假設(shè)氣缸體上平面位置固定不變，Z軸絲杠不磨損，則刀具每次進(jìn)給深度不變，但隨著刀具的磨損，如圖4所示，刀具長度發(fā)生了變化，會直接導(dǎo)致止口深度加工淺。

1.4? ? Z軸絲杠磨損

隨著機(jī)床的不斷使用，所有運(yùn)動部件都會發(fā)生一定程度的磨損，而絲杠的磨損將直接導(dǎo)致機(jī)床加工精度下降。假定氣缸體上平面固定不變，止口加工刀具不磨損，如果絲杠出現(xiàn)磨損，則刀具實(shí)際進(jìn)給深度將與機(jī)床顯示深度不同，雖然絲杠有光柵尺計(jì)算其實(shí)際位置，其對止口加工深度影響沒有氣缸體上平面位置公差、刀具磨損影響大，但因?yàn)橹箍谏疃裙钸^小，所以絲杠的磨損也會對止口深度造成一定影響。

綜上所述，以上四者均會對止口深度造成影響，實(shí)際加工過程中四者的變化是同時的，而且刀具是易耗品，氣缸體上平面位置及傾斜度則受本工序刀具磨損、定位系統(tǒng)及其他因素影響，因此四者之間的變化關(guān)系毫無規(guī)律可言，共同變化起來，如果不采用相對先進(jìn)的加工方法，加工成本會成倍增加，而且加工質(zhì)量也不穩(wěn)定[4]。

2? ? 工藝系統(tǒng)的選擇

為保證加工節(jié)拍，本工藝系統(tǒng)首先將氣缸體上平面加工與止口加工分為兩道工序，雖然可能造成止口深度不好控制，但加工效率可提高100%；氣缸體的定位選擇一面兩銷定位方式；夾緊系統(tǒng)為了避免氣缸體變形影響加工精度及已加工面表面質(zhì)量，選擇夾緊氣缸體下平面上方毛坯面。

3? ? 刀具及測量系統(tǒng)方案

為降低刀具磨損及加工成本，本方案采用兩片CBN耐磨刀具，刀夾及鏜桿可外脹收縮。測量系統(tǒng)選擇馬波斯雙測量系統(tǒng)，即加工前檢測及加工后檢測。為保證能夠精準(zhǔn)測量氣缸體上平面質(zhì)量，加工前及加工后檢測均選擇雙探頭，并在測頭增加吹風(fēng)裝置，如圖5所示，防止加工過程中鐵屑影響測量結(jié)果。加工取雙探頭數(shù)據(jù)平均值作為最終測量值，并將數(shù)據(jù)反饋給機(jī)床[5]。

4? ? 數(shù)學(xué)邏輯刀具自動補(bǔ)償方法原理

首先根據(jù)加工過程中可能的影響因素，一是氣缸體上平面位置，二是刀具磨損，利用西門子高級編程建立加工控制方程式：

Z=（LV_Z_S5000-B+GV_Z_DIFF_S1）D7

GV_Z_DIFF_S1=（$A_DBD[752]/1000）

D7：$TC_DP13[LV_T_SP1，7]=

（$TC_DP13[LV_T_SP1，7]+（$A_DBD[772]/1000））

其中，Z表示刀具進(jìn)給深度；LV_Z_S5000表示氣缸體理論上平面位置尺寸；B表示止口深度中值；GV_Z_DIFF_S1表示實(shí)際氣缸體上平面與氣缸體理論差值，為變量，該數(shù)值為測量儀測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化而來，測量儀測得數(shù)據(jù)為$A_DBD[752]/1000；D7表示刀具實(shí)際刀長，該值為變量，具體如下：

$TC_DP13[LV_T_SP1，7]（當(dāng)前氣缸體刀補(bǔ)值）=

（$TC_DP13[LV_T_SP1，7]（上一氣缸體刀補(bǔ)值）+（$A_DBD[772]/1000））（刀具磨損值）

其中，$A_DBD[772]/1000表示上一氣缸體止口實(shí)際深度與理論止口深度中值的差值。

如圖6所示，加工前首先使用雙測頭測量上面平位置，得出數(shù)值M1、M2，取其平均值，計(jì)入?yún)?shù)$A_DBD[752]/1000，平均值可以同時解決氣缸體上平面實(shí)際位置及上平面傾斜度不唯一的問題。得出的平均值通過PLC傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)，得出數(shù)值GV_Z_

DIFF_S1，代入公式Z=（LV_Z_S5000-B+GV_Z_DIFF_

S1）D7，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際刀長D7，計(jì)算的值即為機(jī)床Z值進(jìn)刀深度。該值為變量，每一個氣缸體根據(jù)加工前測量的結(jié)果，該值都不一樣，每一次加工都會帶來刀具的磨損，刀具的磨損會帶來刀長的變化，為保證每一刀長的變化都能代入公式，數(shù)控程序中設(shè)置刀長變量，該變量由加工后的測量控制，即加工后測量雙測頭測得數(shù)據(jù)B1、B2，取其平均值，并將該值與止口深度中差值相減得$A_DBD[772]/1000，該值與上一次加工氣缸體實(shí)際刀長相加，得到的數(shù)據(jù)即為刀具磨損值，并將該數(shù)值反饋到機(jī)床系統(tǒng)，通過PLC改變該變量，機(jī)床刀具系統(tǒng)按公式$TC_DP13[LV_T_SP1，7]=（$TC_DP13[LV_T_SP1，7]+（$A_DBD[772]/1000））使刀具刀長發(fā)生變化，該刀長能夠真實(shí)體現(xiàn)刀具磨損后真實(shí)的刀長，從而保證下一臺氣缸體止口深度在深度中差上，因該測量系統(tǒng)100%自動測量，保證了每一臺氣缸體止口深度都在中差上，同時刀具壽命也得到了最大化利用，降低了加工成本，提高了止口深度加工一致性。

5? ? 結(jié)束語

氣缸體加工采用的是一個復(fù)雜的工藝系統(tǒng)，各項(xiàng)加工指標(biāo)都較難控制，基于數(shù)學(xué)邏輯的刀具補(bǔ)償技術(shù)是一種能夠同時解決多種因素共同影響止口加工深度的技術(shù)，不僅解決了止口加工不穩(wěn)定問題，同時也提高了止口深度加工一致性，加工合格率達(dá)到99.99%。該方法不僅適用于止口加工，同樣也適用于缸孔等加工精度較高的部位，可為行業(yè)其他零部件的加工提供參考。

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收稿日期：2023-05-20

作者簡介：王維震（1987—），男，山東人，工程師，研究方向：內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)。