摘要：為在新生產線設計時兼顧設備運行效率問題，對JUNKER 現有磨床停線率數據進行統計分析，從工藝布局、機床設計等方麵闡述了影響磨床可靠性的主要（yào）因（yīn）素，製定（dìng）了磨床可靠性改進（jìn）的（de）方案，將方案導入到新生產線的（de）設計，提高（gāo）了新線磨床的可靠性和運（yùn）行效率。

      JUNKER 磨床普遍應用於發動機曲軸、凸輪（lún）軸的磨削。本文圍繞發動機廠應（yīng）用JUNKER磨削曲軸的實際案例，通過分析投產以來該（gāi）磨床所有的停線問題記錄，梳理出主要停線問題（tí），結合（hé）現有的技術及應（yīng）用，提出改進方案，旨在提高JUNKER磨床的可靠性運行。圖1 顯示了JUNKER 磨床結構示意圖，左（zuǒ）圖為OP80 外圓磨床，右為OP90 角（jiǎo）度磨床。圖2、3 匯總分類JUNKER 磨床所有故障（zhàng）類別的停線率，其中OP80的其他故障包含（hán）了10 多項故障類別，單（dān）項故障（zhàng）類別占比不超過3%，限（xiàn）於篇幅，不詳列。對於JUNKER磨床的主要（yào）故障類型的原因分析包含在後續論述中。

       
       圖1 JUNKER 磨床結構示意圖

      
      圖2 OP80 磨床故障類型分布

       
      圖3 OP90 磨床故障類型分布

      從（cóng）匯總的故障分析，一方麵，由於加工工藝布局的不合理（lǐ），使得（dé）OP90 的角度磨床采用雙站加工，並且由此設（shè）計的頂尖在換型過程中精度發生很大變異，造成換型產生了大量的停機時（shí）間，並且（qiě）OP90 為（wéi）完成雙站加工，在（zài）機床內部采用了機械手，增（zēng）加了設（shè）備的複雜性、降低了設（shè）備運行的可靠性；另一方麵，從整個行業的應（yīng）用情況看，曲軸磨削設備更適合采用（yòng）油冷的方式，這將大（dà）大（dà）提高設備的可靠性和可維護性。

      因此，在新生產線的設計布局（jú）上，基於以上等方麵（miàn）對工藝、設備的設計布局重新安排，在（zài）項目設計的前期就把設備運（yùn）行效率納入考慮。

      1 、磨削（xuē）工藝布局（jú）改進

      當前的工藝布局，OP80 外圓磨床磨削主軸頸、連杆頸，OP90 角度磨（mó）床磨削法蘭端麵、法蘭油封（fēng）直徑、芯軸（zhóu）直徑。

      為（wéi）此，OP90 設計成雙站結構，ST1 站完（wán）成法蘭端麵、法（fǎ）蘭油封直徑同步磨削，ST2 站完成芯軸直徑磨削。為實現雙站功能，OP90 設計（jì）了內部機械手（shǒu）（圖1右（yòu）的（de）W1/W2/W3 軸（zhóu）） 負責零件的上（shàng）下（xià）料以及站間輸送。OP90 存在的主要問題包含以下幾個方麵：

      首先，機（jī）床的換型策略問題。機（jī）床（chuáng）設計（jì）的換型需要調整（zhěng）頭架、尾架位置，頭架尾架（jià）位置的調整又（yòu）造（zào）成了（le）中心支架（jià）原有的抬起度與推出度（dù）、機床頂尖直線度超差。多個機械特性的（de）偏差使得曆次換型的零件（jiàn）加工的法蘭端垂直度、芯軸錐度、表麵粗糙度首件均不合格，甚至出（chū）現局部磨削不完、台階等問（wèn）題，並（bìng）且涉及到多（duō）個維度機械特性的調整難度較大，換型造成了大（dà）量的（de）停機浪（làng）費。運行數據表明，換型首件不合格率100%，換型後精度調整及加（jiā）工驗證造成的零件報廢平均在7 件左右，換（huàn）型造成（chéng）的停機（jī）占（zhàn）該設備所有停機時間的38.7%。

      其（qí）次，內部機械手設計（jì）缺陷。第一，內部機械手缺少工件狀（zhuàng）態感應及識別元（yuán）器件，工件狀態完全通（tōng）過邏輯寄存器傳遞及交換，當機床出現故障時，機械手工件狀態不正確，造成碰撞等問題。第二，內部機械（xiè）手的工件裝（zhuāng）夾精度不高，特別是（shì）機械手夾緊工件時，工件中心線與機（jī）床頂（dǐng）尖中心線存在1~3°的夾角，使得（dé）零件（jiàn）無法正確裝夾，並且存在（zài）在不可（kě）調整的問題。第三，裝夾過程中，機械手需要夾緊工件（jiàn）保持位置不變，右頂尖推動工件貼靠左頂尖，長期在此工況下（xià），驅動機構磨損明顯，驅動機構的磨損又使得中（zhōng）心線夾角進一步惡化。第四（sì），內部機械手的存在，增（zēng）加（jiā）了不少電氣元件如DP 子（zǐ）站、電磁閥、傳（chuán）感器，由於該部分元器（qì）件安裝（zhuāng）在加（jiā）工倉內部，受冷卻液衝擊、腐蝕（shí）等（děng）影響（xiǎng），成為故障易發區。運（yùn）行數據表明內部機械手造成（chéng）的停機占該設備所有停機時間的29.6%。

      第三，砂輪無法自動修（xiū）整的（de）問題。機床雙站結構，雙站的砂輪結構完全不同（tóng），兩個砂輪由（yóu）同一個金剛石修（xiū）整輪修整。機床自動修整過程（chéng）中，按照加工零件數（shù）與磨損量線性比例關係計算磨損量（liàng）進行補償，而由於兩個砂輪的磨損與零件加（jiā）工數並非嚴格的線性關係，以及金剛修整輪磨損的非（fēi）線性，因此頻繁存在因磨損量計算（suàn）與實際（jì）值不符造成無法修整或修整後零（líng）件表麵粗糙度等質量（liàng）特性不合格的問題。運行（háng）數據（jù）表明砂輪無（wú）法自動（dòng）修整的停機占（zhàn）該設備所有停（tíng）機時間的9.5%。

      更由於OP90 為單台設備，故其停機時間直接影響（xiǎng）整線的（de）輸（shū）出，OP90 的穩定運（yùn）行至（zhì）關重要。改進後的工藝布局為，將OP90 的（de）芯軸磨削工藝轉移到OP80 完成，OP90 隻完成法蘭端（duān）及油封的角磨（mó），單站加工，取消內部機械手，換型策略也相應改進。對於OP80 而言，增（zēng）加的工藝內容不（bú）需要對現有的硬件設計進行任何修改，隻需要修（xiū）改機床（chuáng）現有（yǒu）的磨削工藝參數。改進後，OP90 預計停線率減少77.8%。

      改進前後的工藝對比如圖4、5 所示，左側圖表示改進前，右側圖表示（shì）改進後，灰色粗實線表示磨削加工的部位。

       圖4 OP80 加工工藝改進前後示意圖

       
       圖5 OP90 加工工藝改進前後示意圖

      2 、冷卻方式改（gǎi）進

      當前OP80/OP90 冷卻液使用水基乳（rǔ）化液，鐵泥隨著冷卻液濺射到加工倉內部（bù）的各個角落，運行不足（zú）一個星期，加工倉（cāng）內即覆蓋一層厚厚的鐵泥（ní），清潔（jié）維（wéi）護非常困難。圖（tú）6、7、8 直（zhí）觀地反應了水冷式與油（yóu）冷式磨床在加工倉內部環境的鮮明對比。

      首先，鐵泥粘附在加工倉內部，特別是（shì）關鍵元件如Fenar-L 隨動測頭，鐵（tiě）屑附著在測頭波紋管彈簧的溝槽處，而隨動測頭由於測量（liàng）的特殊性無法增加有效（xiào）防護，實際應用中出現波紋管彈簧斷裂（liè）或者測量穩定（dìng）的頻率很高，運行數據表明冷卻液問題造成OP80 測頭相關的停（tíng）機占（zhàn）該工位所有停機時間的24.5%，占據OP80 停機原因（yīn）的第一位。

      其（qí）次，水基乳化液的濃度控製要求較高，濃度偏高容易造成乳化液（yè）起泡，實際運行過程中，當冷卻液泡（pào）沫含量較高時，泡沫將攜帶細小的鐵泥沿機床（chuáng）防護罩（zhào）湧入驅（qū）動導軌（guǐ），造成冷卻液侵入靜壓回路，出現靜壓濾芯（xīn）堵塞等問題。運行數（shù）據表明（míng）冷（lěng）卻液（yè）問題造成OP80 靜壓係（xì）統（tǒng）或冷（lěng）卻係統的（de）停機占該工位所有停（tíng）機時間的11.4%。

      第三，遍布加工倉內（nèi）部的鐵泥有時影響工件的定位精度或磨削質量，典型的表現是連杆頸跳動超差，運行數據表（biǎo）明冷（lěng）卻液問題造成OP80 連（lián）杆（gǎn）頸跳（tiào）動超（chāo）差的停（tíng）機（jī）占該工位所有停（tíng）機時間的8.6%。相對於水冷（lěng）式，油冷式的優勢還（hái）體現在較高的磨削質量，較高的刀具壽命，根據運行結果，使用油冷（lěng）式，OP80 預計停線率減少44.5%。

      3、 靜壓（yā）回路改進

      當前（qián）JUNKER 磨床驅動機構（gòu）防護罩為半閉式，Z軸防護罩密封，但是X 軸無（wú）防（fáng）護，如圖1 左所示。X軸靜壓導（dǎo）軌完全暴（bào）露。並且（qiě），靜壓係統油路沒有單獨的（de）回路，與機床液（yè）壓係統共用。因此，存在以下兩方麵問題。

         圖9 JUNKER 磨床改進前後停線率對比預測

      首先，冷卻液攜帶鐵屑濺射到機床各個部位，部（bù）分鐵屑粘附在（zài）X 軸靜壓導軌上（shàng），運行不到一年，所有四台JUNKER 磨床所有X 軸靜壓（yā）導（dǎo）軌都存（cún）在密封損壞導致漏油的問題。造（zào）成巨大的停機時間與維護成本，單台磨床的X 軸導軌密封更換維護時間（jiān）至少4個工作日。

      其次，由於與機床液壓係統共用油路，使得靜壓（yā）與液壓問題交叉影響。靜壓係統出現上述導軌密封損壞問題，除了造成靜壓濾芯堵（dǔ）塞外（wài），冷卻液侵入靜壓係統，同時直接影響到機床液壓油油品。運（yùn）行過程中，僅（jǐn）靜壓濾芯平均每月的維護成本在￥3500 左右。采取的改進方案是，靜壓係統與液壓係統分開，各自獨立供油。

      4 、結束語

      在新生產線設計時，將（jiāng）上（shàng）述磨削工藝布局、冷卻方式、靜（jìng）壓回路三（sān）項改進納（nà）入到前期設計，在設計實施前，預計OP80 磨床的停線率預計將從（cóng）7.6%降低到4.2%，OP90 磨床的停線率預計將從10.9%降低到2.4%（如圖9）。新線（xiàn）建造後經過（guò）近1 年的運行，OP80和OP90 磨床在（zài）排除（chú）其他差異的條件下，同期停線率分（fèn）別下降了5%、7%，達到了預期（qī）效果，顯著提高了（le）設備的可靠性。