新型自动补偿精镗刀在汽缸孔加工中的应用

1、新型自动补偿精镗刀在汽缸孔加工中的应用作者：杨  武      文章来源：上汽通用五菱汽车股份有限公司    点击数：317    更新时间：2009-8-7  于2007年7月投产的上海通用五菱汽车股份有限公司发动机厂，其缸体线加工设备全部采用了德国柔性化加工中心，其中，汽缸孔的加工引入了美国Valenite公司最新开发的第二代自动补偿精镗刀具技术，可有效实现高质量、快节拍的生产要求。汽缸孔加工是发动机机加工的关键

2、工序，刀具的选用对汽缸孔的加工质量和效率有重要的影响。上汽通用五菱汽车股份有限公司（以下简称SGMW）发动机工厂于2007年7月投产，主要生产1.01.4L小型直列四缸发动机，生产纲领35万台/年。缸体线机加工设备全部采用德国柔性化加工中心，配之以进口高效刀具进行高速加工，以实现高质量、快节拍的生产要求。其中，汽缸孔的加工引入了美国Valenite公司最新开发的第二代自动补偿精镗刀具技术。该刀具技术在国内尚属首次应用，其使用经验具有重要的现实意义。本文着重对Valenite公司新旧两代不同结构的汽缸孔精镗刀结构、自动补偿原理以及使用中的一些问题和经验进行介绍。汽缸孔加工刀具技术现状众所周知，汽

3、缸孔的加工是整个发动机缸体加工中的重中之重，必须要确保汽缸孔的尺寸精度、形位公差，并且要得到一个稳定的Cpk值。在目前国内汽缸孔的加工中，较常见的是采用进口的刚性专机，以及使用在线（离线）电子检具和自动补偿刀具，以实现对尺寸的自动控制（自动或半自动反馈）。随着汽车工业的竞争越来越激烈，产品的开发和更新速度不断加快，刚性的专用机床已远不能满足柔性加工的需求。现在，越来越多的汽缸孔加工被转移到柔性更高的加工中心上。自动补偿精镗刀具技术第一代Valenite精镗刀在美国和日本的汽车行业得到普遍应用。该刀具的主要特点是：在镗杆最前端有一个用于精调的扁平螺钉，可与一个安装在夹具上的止动装置配合，并通过主

4、轴回转，对精加工尺寸的进行补偿。其刀具结构比较简单，主要由2个半精镗刀夹和一个精镗刀夹组成，且都位于镗杆圆周的一侧，镗杆另一侧被削平，以便于在完成精加工后能偏心退刀，避免在精加工后的汽缸孔表面留下退刀痕。在完成所有的汽缸孔加工后，通过在线（离线）检具对已加工的孔径进行测量，如发现尺寸变小（主要是由于刀片的磨损造成的），则需要调整精镗刀夹的尺寸。在加工下一个工件之前，主轴会把刀具输送到夹具上的止动装置，在前端扁平微调螺母被定位加紧后，通过旋转主轴，对尺寸进行补偿，从而实现对尺寸的控制。该刀具有较好的性价比，但也存在缺点：半精镗，精镗同时切削，容易引起刀具震动，从而在汽缸孔表面上留有震纹；精加工刀

5、片的每齿进给量为半精镗每齿进给量的2倍（两个半精镗刀夹），线速度和进给量不能单独调整；加工效率低；汽缸孔的精度不高。图1  气动控制汽缸孔精镗刀 针对第一代精镗刀的缺点，SGMW经过认真分析比较，综合加工质量和节拍上的考虑，决定采用 Valnite公司最新研制的第二代汽缸孔精镗刀。新型精镗刀采用了创新的设计，可以说从根本上解决了原刀具的缺点，其刀具的结构原理如图1所示。该刀具在设计上采用半精镗、精镗分开加工。半精镗和顶面倒角采用推镗(主轴下行)的方式，精镗采用拉镗(主轴上行)的方式。在加工时，首先由换刀机械手从刀库取刀进行自动换刀，然后主轴定位到加工位置，进行半精镗，此时精镗刀夹处于

6、原始位置（精镗刀尖所处的直径尺寸小于半精镗的直径尺寸），所以并不参与切削。当完成半精加工后，主轴继续推进，进行顶面倒角加工，完成倒角后，主轴后退12mm，这时，4bar（或更大的压力）的压缩空气从机床主轴通过刀柄法兰侧面的进气口输入到镗杆内部，由输入的气压通过压缩橡皮帽压缩弹簧以推动镗杆内的拉杆，由于拉杆的这一移动，通过固定在拉杆上的楔块装置把精镗小刀夹顶到精加工的尺寸，然后主轴开始后退并进行精镗。完成精镗后，镗杆内的压缩空气被排出，被压缩的弹簧和橡皮帽恢复原状，此时拉杆失去了压力并向后移动，使精镗小刀夹回到原始位置，完成整个加工循环。然后主轴再重新定位，循环加工余下的汽缸孔。在加工完所有的孔

7、后，通过在线（离线）检具对已加工的孔径进行测量，如发现尺寸变小（主要由于刀片的磨损造成），则需要在加工下一个工件之前，对精镗刀夹的尺寸进行调整，主轴会把刀具输送到安装在夹具上的气动卡盘装置（如图2）。通过这个气动卡盘夹紧刀具最前端的精调旋钮后，旋转主轴进行尺寸补偿。主轴顺时针或逆时针回转10°，精镗尺寸在直线方向上增或减0.0025mm。回转360°，总的调整量为0.9mm。这种创新的设计保持了与专用机床一样的加工功能和高稳定性，并以主轴旋转的刀具调节取代了专机上的伺服电机补偿系统。另外，该刀具还具有诸多优点：可保证0.01mm的同轴度；可保证0.002mm的重复定位精度；

8、中心出水内冷；动平衡设计，可以使用CBN或PCD刀片进行高速加工；低气压要求，可直接采用车间标配的46bar压缩空气，无需增加其他增压设备；直径方向最小0.0025mm的调整量；半精镗、精镗分开加工，可分别调整切削参数；精镗采用拉镗，避免退刀痕；加工效率高；维修成本低等。自动补偿精镗刀具在生产中的运用到目前为止，该刀具已经在设备验收和试生产中使用了大约1年时间，加工了5000多个零件。当然，我们也碰到一些刀具问题，并从中学到了一些经验和教训，包括：1、气压变化对刀具的影响由于精镗刀片要靠压缩空气被弹出，如果气压过低或波动加大时，将导致精镗刀片无法弹出，工件实际上没有被精镗加工，从而造成工件报废

9、。我们发现理论上的刀具的工作气压是46bar，但在试生产过程中由于气压的波动，有时气压可能会低于4bar，从而导致精镗刀片无法弹出，产生工件报废。为了防止工件报废，我们将工作气压调到5.5 bar以上，以保证即使在气压波动的情况下，刀具的工作压力也能超过4bar。采取这个措施后，基本上没有发生过因气压变化导致工件报废的情况。图2  气动卡盘装置2、刀具调整的问题由于该刀具精镗尺寸调整必须控制在±10m以内，精度要求很高，所以该刀具调整需要配置专用调刀仪，调刀程序较为繁琐，调刀时间也较长，且操作工要进行专业的培训才能胜任整个调刀工作。专用调刀仪是精密仪器，维护保养很重要。并且

10、由于是进口设备，在国内无法维修，一旦出现故障，只能送回美国维修，需要耗时2个月左右，这是生产线所不能允许的。因此，发生上述情况时，我们设计了一个备用方案来调刀，即采用一个特殊的调整器在卓乐调刀仪上调刀。这一措施非常重要，因为如果没有备用方案，我们就不得不在机床试切零件进行调刀，这种做法将导致每调一把刀就要报废几个工件，并且耗费时间很长，在成本和时间上都不划算。3、技术支持和培训由于该刀具在国内是首次使用，国内的供应商服务人员也缺乏足够的经验。所以，在首次使用该刀具前，应该向供应商索取足够的技术资料，并要求具备使用经验的国外专家进行与刀具相关的培训和现场短期技术支持。由于汽缸孔的精度要求很高，刀具问题直接影响汽缸孔的加工质量，零件报废将直接影响生产，所以前期的技术支持和培训至关重要。结语经过1年多的应