珩磨机进给机构的原理分析及改进方案 -1

珩磨机进给机构的原理分析及改进 -1 论 文 题目:珩磨机主要结构机构原理及数控改进方案探讨 作者:郭均政 内容简介:本主要介绍了珩磨机主要结构如砂条进给、冲程控制 等机构的液压、机械原理，为了提高珩磨工件的表面质量 质量，经过对其工作原理进行了认真的分析，并根据实际 的加工跟踪情况，提出了改进方案，经过论证后现已实施， 效果良好，缸孔质量得到了很大的提高，完全满足了被加 工工件的工艺要求。 珩磨机进给机构原理及数控改进方案探讨 一、发动机缸体珩磨工艺要求 目前在汽车发动机行业的制造工艺中，发动机缸孔的精加工大都采用珩磨加工，这是因为缸孔的表面有严格并特殊的要求，发动机缸孔除了尺寸、几何精度比如圆度，柱度等一般要求外，还对表面质量有特殊的要求，为了能使发动机工作时能得到很好的润滑，表面要能够储存少量的润滑油以便建立良好的油膜，因而发动机表面要求有按一定方向有规律排列的网纹，同时还要有足够的支撑面积。依维柯发动机缸孔的表面质量要求:表面粗糙度Ra0.3-0.6;网纹角度45?-50?;网纹宽度L=0.03-0.05mm;网纹节距P=1.5mm，表面支撑面积TP值80%-95%。详细的要求见图1:珩磨工序工艺附图。从工艺图上我们知道，主轴孔的圆柱度要求为0.005mm,同轴度为0.03mm,为了保证缸孔的尺寸,缸孔要在孔的轴向分别为10mm、50mm、142mm 三个截面进行测量，在圆周方向要测量A、B两个方向，并且在三个截面当中，A向测量必须要保证:三个截面的的平均值与最小值的差要小于0.008mm,最大值与平均值的差小于0.008mm。在B向的测量值必须保证:三个截面的的平均值与最小值的差要小于0.008mm,最大值与平均值的差小于0.008mm。要达到以上的表面质量要求，当然选择合适的珩磨砂条是很重要的，但是网纹的角度、宽度、TP值等比较重要的指标光靠砂条是不能满足的，必须要有合适的珩磨冲程，冲程速度，珩磨主轴的回转速度以及砂条的进给精度，这些要素参数对于珩磨质量的保证起着至关重要的作用。 图1:缸体珩磨工艺附图 二、珩磨机的主要结构介绍 我们80年代末期为了生产依维柯发动机缸体从GEHRING公司进口了一台珩磨机，该珩磨机主要由珩磨机构、夹紧机构、步伐式比例输送机构、冷却系统、气动液压系统及电器控制系统等部分组成，其中珩磨机构包括如下几部分:冲程控制机构、进给机构、气动测量系统、回转主轴及珩磨头。本文在这里将对影响珩磨质量的几个主要机构进行介绍。 1(进给机构 图2及图3(见下图)是其珩磨头的进给机构，下面我们分析一下其 进给原理:该进给机构是靠机械及液压传动配合电气控制、气动量仪完成 砂条进给的，下面我们先分析其机械传动部分。 图2:珩磨头进给机构 该机构设有粗精珩和光珩磨、自动褪刀、手动调刀等功能，如图所示，件8是手动调刀齿轮用以人工调刀及更换珩磨头用，件58是光珩油缸活塞，件28是珩磨进给油缸，件5是退刀油缸活塞。 图3:进给油缸剖面图 在珩磨过程中，由于喷嘴与缸壁的间隙是不断变化的，这个间隙的变化量与气动量仪内的气压损失?P是线性的，这个压力变化值被测量仪的压电传感器转变为电信号来控制珩磨尺寸。当气动量仪测量没到尺寸时，量仪压力电气传感器给出电信号到进给电磁阀，高压油推动件19内的进给油缸活塞以珩磨冲程为脉冲来回运动，进给油缸活塞通过棘爪拨动进给齿轮3带动内螺纹套49转动，驱动外螺纹套向下移动，带动进给挺杆36，使得珩磨砂条向外膨胀，进给活塞没完成一个行程对应的进给量0.002mm，完成一次进给。 当粗精磨到尺寸后(气动量仪给出信号)，这时量仪传感器发出信号给退刀电磁阀换向，高压油推动退刀活塞5退回，砂条自动缩回原位。同时通过光珩电磁阀来的高压油推动光珩磨油缸活塞58向下移动，带动光珩挺杆54向下移动，从而将光珩砂条涨出进行光珩，光珩是靠时间控制的，到了设定时间，光珩电磁阀换向活塞上移带动挺杆退回，光珩砂条缩回。 通过以上的进给原理分析，我们可以看到进给量是不连续的，有冲击现象，这样我们很难对加工情况进行必要的控制，对提高加工质量带来了一定的困难。 2(冲程控制 下面我们再来简单分析以下其冲程的速度控制，图4是改进前的冲程控制的液压原理图，冲程速度与主轴回转速度的匹配是保证网纹质量非常关键的因素，所以如果我们能够对其进行调整，就可以进行最优化的选择。 图4:改进前的冲程控制液压原理图 图4所示，冲程的速度控制只有一个可手动调节的节流阀V2，并且该阀安装在机床顶部，很不好调节。在图示位置电磁阀不带电，此时压力油经主换向阀进入珩磨缸的下腔，使得珩磨头向上移动，保持在上端位置，此时珩磨头油缸的活塞杆被抱刹油缸抱住，防止珩磨头下滑，抱刹油缸起保险作用，当要工作时，抱刹被液压油打开，先导阀电磁铁通电，高压油通过主换向阀同时进入珩磨油缸的上下腔，此时由于上腔活塞面积大所以活塞向下运动，当先导阀失电时，高压油进入活塞下腔，活塞向上运动，回油经单向节流阀回油箱。这样循环往复完成珩磨的冲程运动。 三、改进前的珩磨机存在的缺陷 通过上面的分析和实际的加工情况，改进以前的珩磨质量不是非常理想，概括有如下几点: 1.在冲程控制方面，由于冲程速度不能即时调整，所以网纹角度及粗糙度会受到影响。 2.进给机构由于是靠油缸驱动，所以进给量每一个进给油缸行程的进给量过大(吃刀量)，也会造成粗糙度的影响，同时吃刀量过大，由于缸孔是薄壁件，发热会造成缸孔的变形，影响三个截面的尺寸和圆度。 3.改进前的珩磨机的冷却珩磨油温升过高,冷却效果不好会加大缸孔的变形量。 四、珩磨机的改进 1(进给改进 随着近几年数控技术的发展，数控技术已达到很高的控制水平，为了提高产品质量，我们针对该机床原先存在的弊病对以上各机构进行了改进，对进给机构，我们将图3所示的28组改为直接用伺服电机来驱动进给齿轮3，这样我们可以通过数控程序的修正参数对进给量随时进行调整以满足我们的要求，非常方便。主轴的旋转我们也该为变频电机驱动，从而可以根据需要选择最适合的旋转速度。 2(冲程的改进 对于冲程的速度控制，我们采用了液压比例控制，液压原理见图5:改进后的冲程控制液压原理图。下面对其工作原理进行一个比较详细的介绍: 图5:改进后冲程控制液压原理图 当电磁阀2.4电磁铁、比例阀2.14两边比例电磁铁不通电时，液压油经精滤器2.2单向阀2.6、减压阀2.5(15bar)经液控换向阀，此时由于2.4阀在左位，因而液控换向阀右位工作，所以使得冲程油缸抱刹油缸腔接回油，抱刹在内部弹簧的作用下将活塞杆抱住，防止珩磨头下冲，同时液压油(此时压力15bar)进入珩磨油缸下腔，推动活塞也产生一个向上的力保持珩磨头在上端。 进入工作循环时，电磁阀2.4电磁铁得电，液压油经2.4阀进入液控换向阀左端，推动液控换向阀换位，液控换向阀左位进入工作状态，此时高压油一路进入抱刹油缸，在液压力的作用下压缩弹簧将抱刹打开，准备工作，另一路高压油进入冲程油缸，如果比例阀此时两边比例电磁铁不给比例信号那么冲程油缸下腔为高压油，珩磨头在上端。 当比例电磁铁工作时，如果比较信号使得比例阀在左位时，高压油同时进入冲程油缸的上下腔，因为冲程油缸是差动缸，所以油缸向下以一定速度运动。当比较信号使得比例阀在右位时，高压油进入冲程油缸的下腔，推动活塞向上移动，回油经比例阀回油箱，完成一个工作循环。 而我们知道比例阀可以通过给定比例电磁铁信号来控制滑阀开度，从而也就可以控制速度。并且可以做到闭环控制。这样我们可以根据需要得到我们想要的冲程速度。 3.冷却系统的改进 发动机缸体缸孔的外部分布着不规则的水套供发动机工作时冷却用，由于水套的分布，所以缸孔的壁厚在整个缸孔上是不均匀的，珩磨过程中产生的热量会使缸孔变形，这就要求冷却液的温度不能过高，因此我们对珩磨液的供给系统进行了改进，在冷却液箱上加装了制冷压缩机和冷却过滤装置，使得珩磨油的温度恒定控制在25?-28?。 五、改进后的加工情况 通过我们对上述的改进，该机床的功能大大的扩展了，我们通过实际情况对各加工参数进行了优化，目前我们的缸孔加工完全达到工艺要求，机床的机械能力指数Cmk改进后较改进前有了很大的提高，(见附表1:改进前机械能离指数，附表2:改进后机械能力指数)并且根据我们参加的近两届国际机床展览所获得的信息，改进后的技术水平与国际同步，同时我们也认为这样的改进经验可为同行业的旧珩磨机改进所参考。