珩磨機精珩漲刀撞零環風險的分析與改進

張 輝，王 亮，朱亞輝，丁言方

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北武漢 430200）

0 引言

據統計，自2020年初到2021年初，由于珩磨機精珩漲刀機構不明原因的故障，上汽通用汽車武漢分公司發動機車間每個季度都出現珩磨條撞機設備標準環的事故，小則損壞珩磨條，大則造成珩磨桿漲刀機構卡死損壞。由于珩磨桿、漲刀機構備件費用較高、訂貨周期較長，更換珩磨桿和漲刀機構及驗證需要10 h，給發動機車間維修和生產部門造成了極大的工作壓力。在備件成本消耗方面也是大問題，珩磨條的更換成本為每根1000元，珩磨桿和漲刀桿的備件成本為200 000元。

由于珩磨機加工工藝過程復雜、加工繁瑣，出現精珩漲刀撞零環的風險時，應該從漲刀機構能量供給部分和精珩收刀控制邏輯兩方面分析，才能采取有效的合理措施。本文提出珩磨機液壓系統維護和更改邏輯判斷程序的方法，通過對珩磨機液壓系統的點檢、維護，定期對漲刀油管進行放氣檢查；更改主環下部位置（Master Ring Lower Position）以便作為判斷收刀返回的等待安全位置，來解決精珩漲刀撞零環的風險及故障。

1 策略分析及論證

珩磨機在珩磨工件工藝孔時，珩磨條撞擊產生的主要問題為：多根精珩砂條下部崩碎、單根精珩砂條下部損壞、珩磨豎狀網紋、精珩漏加工、缸孔頂面倒角磕碰等。針對該類型問題，從“人、機、料、法、環”5個方面進行分析，結果見表1。

表1 SGE3缸體珩磨機珩磨頭撞機要因分析

如圖1、圖2所示，在排查操作人員操作過程中面板操作步驟和設備參數設定時，珩磨機的操作和參數設定均沒有問題。

圖1 珩磨機操作面板信息

圖2 珩磨機參數設定

檢查設備內部結構，發現冷卻液雜質含量測試達標；液壓管路、內部液壓漲刀頂桿未出現卡滯或其他異常情況；珩磨條彈簧收縮力正常未發現卡滯情況[1]。

檢查漲刀機構能量供給部分，發現放出的液壓油中存在氣泡，可能會導致液壓漲刀桿在回退時未能正常按理想狀態完全縮回[2]。再觀察珩磨機實際運行中，珩磨條返回零環前的動作時，發現系統程序對珩磨條已完全收回的判斷邏輯互鎖程序存在漏洞，即刀具在珩磨完成后只給定漲刀機構縮刀壓力后沖程軸就返回零環，并沒有檢測到刀具完全收回這個信息[1-3]，珩磨頭運行邏輯控制程序如圖3所示。

圖3 珩磨機運行邏輯程序

2 防錯策略

防錯策略是從珩磨機珩磨頭運行的液壓系統和電氣漲刀程序上進行改進。

2.1 液壓系統

對漲刀液壓系統的氣泡定期排放，減小液壓系統對縮刀的影響，加強對珩磨機液壓系統的點檢、維護；定期對漲刀油管進行放氣檢查。

2.2 增加漲刀完全縮回的邏輯判斷程序，完善縮刀程序

（1）修改收刀時序，使珩磨完成后提前收刀，將收刀時序由原來的沖程軸在330的位置更改到350，使漲刀機構較以前提前20 mm開始收刀，給漲刀機構在沖程返回零環前完全縮回增加反應時間，提前收刀邏輯程序如圖4所示。

圖4 珩磨頭提前收刀邏輯程序

（2）沖程返回零環前增加漲刀縮回判斷，由于精珩刀具是液壓漲刀機構，不像機械漲刀有對應的伺服電機編碼器可以實時記錄當前位置，查找設備電氣圖紙及程序，將連接在液壓頂桿上的判斷刀具磨損的模擬量傳感器作為參考值判斷液壓頂桿的返回狀態，編寫模擬量數據反饋邏輯給精珩沖程軸返回零環作為互鎖邏輯，漲刀已返回邏輯判斷程序如圖5所示。

圖5 漲刀已返回邏輯程序

（3）將多次搜集的漲刀機構伸出和完全縮回的傳感器數值進行統計、取平均值，在統計取得的漲刀機構完全縮回的傳感器數值基礎上增加足夠的公差范圍作為判斷漲刀桿已經完全縮回的條件，并增加邏輯判斷程序，更改Master Ring Lower Position位置作為判斷收刀返回的等待安全位置。收刀返回等待位置的邏輯判斷程序如圖6所示。

圖6 收刀返回的等待位置確認邏輯程序

增加判斷邏輯互鎖程序后，精珩刀具在珩磨任務完成后，提前判斷收刀返回的等待安全位置值，確認刀具完全返回后，在該位置值范圍內時，液壓系統提供縮刀壓力后沖程軸返回零環，并反饋信號已完全返回零環，漲刀機構任務順利完成，循環結束。通過液壓供給系統的調整和程序優化，珩磨任務過程不僅避免了珩磨頭撞機事故，還提高了加工中心刀具管理系統的安全性與可靠性[3]。

目前，該防錯策略已傳遞至Nagel中國和美國公司，得到供應商的肯定與支持，并計劃在后續所有產出的類似機型的絎磨機中增加此項功能。

3 結語

本文列舉了珩磨機精珩漲刀機構撞機問題類型，分析風險過程，提出最終解決方案。在不添加硬件的情況下，通過改進點檢方式、優化邏輯控制程序避免高風險問題的發生，有效避免了因液壓漲刀機構未能完全縮回導致的撞機事件。全年節省設備、刀具備件費用約100萬元，大大減少珩磨機長停工時間，保證生產按計劃進行。