摘要：為在新生產線設計（jì）時兼顧設備（bèi）運行效率問題（tí），對JUNKER 現有磨床停線（xiàn）率數據進（jìn）行統計分析，從工藝布（bù）局、機床設計等方（fāng）麵闡述了影（yǐng）響（xiǎng）磨床可（kě）靠性的主要因素，製定了磨床可靠性改進的方案（àn），將方案導入到（dào）新生產線的設計，提高了新線磨床的可靠性和（hé）運行（háng）效率。

      JUNKER 磨床普遍應（yīng）用（yòng）於發動機曲軸、凸（tū）輪軸的磨削（xuē）。本文圍繞發（fā）動機廠應用JUNKER磨削曲軸的實際案例，通過分析投產以來該磨床所有的停線問題記錄，梳理出主要停線問（wèn）題，結合現有的（de）技術及（jí）應用，提出改（gǎi）進（jìn）方（fāng）案，旨在提高JUNKER磨床的可（kě）靠性運行。圖1 顯示了JUNKER 磨床結構示意圖，左圖為（wéi）OP80 外圓磨（mó）床，右為OP90 角度磨床。圖2、3 匯（huì）總分（fèn）類JUNKER 磨床所有故障類別的停線率，其中OP80的其他故（gù）障包含了（le）10 多項故障類（lèi）別，單項故障類別占比不超過3%，限於篇幅，不詳列。對於JUNKER磨床的主要故障類型的原因分析包含在後續論（lùn）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（chuáng）故障類型分布

      從匯總的（de）故障分析（xī），一方麵，由於加工工藝布局的不合理，使（shǐ）得OP90 的角度磨床采用雙站加工，並且由此設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間，並且OP90 為完成雙站（zhàn）加工，在機床內部采用了機械手，增加了設備的複雜性、降低了（le）設備運行的可靠性；另（lìng）一方麵，從整個行業（yè）的應用情況看，曲軸磨削設備更適合采用（yòng）油冷的方式，這將（jiāng）大大提高設備的可靠性（xìng）和可維護性。

      因此，在新生產（chǎn）線的設計布局（jú）上，基於以上等方麵對工藝、設備（bèi）的設計布（bù）局重新安排，在項目設計的前期就（jiù）把設備運行效率納入考慮。

      1 、磨削工藝布局改進（jìn）

      當前（qián）的工藝布局，OP80 外圓磨床（chuáng）磨削主軸頸、連杆頸，OP90 角度磨床磨削法（fǎ）蘭端麵、法蘭油封直徑、芯軸直徑。

      為此，OP90 設計成雙（shuāng）站結構，ST1 站完（wán）成法蘭端麵、法蘭油封直徑同步磨削（xuē），ST2 站完成芯（xīn）軸直徑磨削（xuē）。為實現雙站功能，OP90 設計了內部機械手（圖1右的W1/W2/W3 軸） 負責零（líng）件的上下料以及站間輸送。OP90 存在的主要問題（tí）包含以下幾個方麵：

      首先，機床的（de）換型策略問題。機床設計的換型需要調整頭架、尾架位置，頭架尾架位置的調整又造成（chéng）了中心（xīn）支架原有的抬起度與推出度、機床頂尖直線度超差。多個機械特性的偏（piān）差使（shǐ）得曆次換型的零件加工的法蘭端垂直度、芯軸錐度、表麵粗（cū）糙度首件均不合格，甚至出（chū）現局部磨削不完、台階等問題，並且涉（shè）及到多個維度機械特性的調整難度較大，換型造成了大量的停機浪費。運行數據表明，換型首件不合格率100%，換型後精（jīng）度調整及加工驗證造成（chéng）的零件報廢（fèi）平均在7 件左右，換型造成（chéng）的停機占該設備（bèi）所有停機時間的38.7%。

      其次，內部機械手設計缺陷。第一，內部機械手缺少工件狀態感應及識別元器（qì）件，工件狀態（tài）完全通過邏輯寄存器傳（chuán）遞及交換，當機床（chuáng）出現故障時，機械手工件狀態不正確，造成碰撞等問（wèn）題。第二，內部機械手的工件（jiàn）裝夾精度不高，特別是機械手夾緊工件（jiàn）時，工件中心線與機床頂尖中心線存在1~3°的夾角，使得零件無法（fǎ）正確裝夾，並（bìng）且存在在（zài）不可調（diào）整的問題。第（dì）三，裝夾過（guò）程中（zhōng），機械手需要夾緊工件保持位置不變（biàn），右頂尖推動（dòng）工件貼靠左頂尖，長期在此工況下，驅（qū）動機構磨損明顯，驅動機（jī）構的磨損又使得中心線夾角進一步（bù）惡化。第四，內（nèi）部機械手的存在，增加（jiā）了不少電氣元件如DP 子站、電磁閥、傳感器，由於該部分元器件安裝在加工倉內部，受冷卻（què）液衝擊、腐蝕等影響，成為故障易發區。運（yùn）行數據表明內部機械手造成的停機占該設備所有（yǒu）停機時間的29.6%。

      第三，砂輪無法（fǎ）自動修整（zhěng）的問題。機床雙站結構，雙站的砂輪結構完全不（bú）同，兩個砂輪由同一個金剛石修整輪修整。機（jī）床（chuáng）自（zì）動（dòng）修整過程中，按照加工零件數與磨損量線性比例關係計算磨損量進行補償，而由於兩個砂（shā）輪的磨損與零件加工數並非嚴格的線性關係，以及金剛修整輪磨損的非線性，因此頻繁存在因磨損量計算與實際值不（bú）符造成無法修整或修整後零件表麵粗糙度等質量（liàng）特性（xìng）不合格的問題。運（yùn）行數據表明砂輪（lún）無法自動修整的停機占該設備所有停機時間的9.5%。

      更由於OP90 為單（dān）台設備，故其停機時間直接影響（xiǎng）整（zhěng）線（xiàn）的輸出，OP90 的穩定運行至關重要。改進後（hòu）的（de）工藝布局（jú）為，將（jiāng）OP90 的芯軸（zhóu）磨削工藝（yì）轉移（yí）到OP80 完成，OP90 隻完成法蘭（lán）端及油（yóu）封的角磨，單站（zhàn）加工，取消內部（bù）機械手，換型策略也相應改進。對於OP80 而言，增加的工藝內容不需要對現（xiàn）有的硬件設計進（jìn）行（háng）任何修改，隻（zhī）需（xū）要修改機床（chuáng）現有的磨削工藝參數。改進（jìn）後，OP90 預計停（tíng）線率減少77.8%。

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

       圖4 OP80 加工工藝（yì）改（gǎi）進前後示意（yì）圖

       
       圖5 OP90 加工工（gōng）藝改進前後（hòu）示意圖

      2 、冷卻方式（shì）改進

      當前OP80/OP90 冷卻液使用水基乳化液，鐵泥隨著冷卻液濺（jiàn）射到加工倉內部（bù）的各個角落，運行不足一個星期，加工倉內即覆蓋一層厚厚的鐵泥（ní），清潔維護非常困難。圖6、7、8 直觀地反應了水冷式與油冷式磨床在（zài）加工倉內（nèi）部環境的鮮明對比。

      首先，鐵泥粘附（fù）在加工倉內部，特別是關鍵元件如Fenar-L 隨動測頭，鐵屑附著在測頭波紋管彈簧的溝槽處（chù），而隨動測頭由於測量的特殊性無法增加有效防護，實際應用中出現波紋（wén）管彈簧（huáng）斷裂或者測量穩定的頻率很高（gāo），運行數據表（biǎo）明冷卻（què）液問（wèn）題造成OP80 測頭相關的停機占該工位（wèi）所有停機（jī）時間的24.5%，占據OP80 停（tíng）機原因的第（dì）一位。

      其次，水基乳化（huà）液的濃度控製要求較高，濃度偏高（gāo）容易造成乳化液起（qǐ）泡，實際運行過程中，當冷（lěng）卻液泡沫含量較高時，泡沫將攜（xié）帶細小的鐵泥沿機床防護（hù）罩湧入驅動導軌，造成冷卻（què）液（yè）侵入靜壓回路，出現靜壓濾芯堵塞等問題。運行數據表明冷卻（què）液問題造成OP80 靜壓係統或冷卻（què）係統的停機占該（gāi）工（gōng）位所有停機時間的11.4%。

      第三，遍布（bù）加工倉內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（tiào）動（dòng）超差，運行數據表（biǎo）明冷卻液問題造（zào）成OP80 連（lián）杆頸（jǐng）跳動超差的停機占該工位所有停機時間的8.6%。相對於水冷式（shì），油冷式的優勢還體現在較高的磨削質量（liàng），較高的刀具壽（shòu）命，根據運行結果，使用油冷式，OP80 預計停線率減少44.5%。

      3、 靜壓回路改進

      當前JUNKER 磨（mó）床驅動機構防（fáng）護罩為半閉（bì）式，Z軸防護罩密封，但是X 軸無防護，如（rú）圖1 左所示。X軸靜壓導軌完全暴（bào）露。並且，靜壓係統油路沒有單獨的回路，與機床（chuáng）液壓係統共用。因此，存在以下（xià）兩方麵問題。

         圖（tú）9 JUNKER 磨床（chuáng）改進前後停線率對比預測

      首先，冷卻液攜（xié）帶鐵屑濺射到機床各個部位，部分鐵屑粘附（fù）在X 軸靜壓導軌上，運行不到一年，所有四台JUNKER 磨床所有X 軸靜壓導軌都存在密封損壞導致漏油的問（wèn）題。造成巨大的停機時間與維護成本，單台磨床的X 軸導軌（guǐ）密（mì）封更換維護時間至（zhì）少4個工（gōng）作日。

      其次，由於與機床液壓係統（tǒng）共用油路，使得靜壓與液壓問（wèn）題交叉影響。靜（jìng）壓係統出現上述導軌密（mì）封損壞問題，除了造成靜壓濾芯堵塞外，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（guò）程中，僅靜壓濾芯平均每月的維護成本在￥3500 左右。采取的改進（jìn）方案是，靜壓係統與液壓係統分開，各自（zì）獨立供油。

      4 、結束語

      在新生產線設計時（shí），將上述磨削（xuē）工藝布局、冷卻方式、靜壓回路三項改進納入到前期（qī）設計，在設計實施前，預計OP80 磨床的停線率預計將從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）。新線建造後經過近1 年的運行，OP80和OP90 磨床在（zài）排除其他差異的條件下，同期停線（xiàn）率分別下降了5%、7%，達到了預期效果，顯著提高了設備的可（kě）靠性。