科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

中国是世界第一汽车大国，汽车发动机在进行运作期间对能源进行燃烧, 且会释放出大量的热量和二氧化碳及少量的碳氢化合物、氮氧化合物及颗粒物质,给四周的环境带来污染。随着国六排放标准2020年开始实施，对于内燃机汽车的排放要求越来越高，发动机缸套缸体缸孔是组成燃烧室的主要部分，同时也是受热较为严重的部件。在发动机运转的过程中缸套和缸孔要不断的接受来自高温爆发燃气、活塞缸盖等零部件的热传导和热辐射以及活塞高速运动而产生的摩擦热的影响，导致缸套上下轴向位置受热程度不同。活塞顶面以上的缸套内壁始终保持与高温燃气接触，受热时间最长，热负荷最大，导致发动机在运行过程中缸套和缸孔实际是椎体。造成燃烧室密封性变差，燃烧室的高温气体经曲轴箱排出，烧掉部分润滑油，增加机油消耗，尾气中的颗粒物和碳氢化合物增多。本课题旨在研究一种新型的锥形缸套缸体的珩磨技术及装备，使得该锥形缸套缸体在运转中为圆柱型，抵消发动机缸套缸体的热变形效果。

需解决的主要技术难题

1、主轴往复行程换向自适应控制技术

珩磨机主轴往复换向自适应控制是完成锥形缸珩磨机控制的关键控制环节，直接影响到珩磨机的能力和珩磨质量。珩磨过程中孔径的大小、工件材质的差异、珩磨头油石的磨耗变化等，也需要控制系统自动地做出合适的调整，实现自适应控制技术。

2、锥形自测珩磨头设计与制造技术

锥形缸珩磨工艺主要用于锥形孔的精整加工, 作为锥形缸珩磨机上的切削工具，锥形缸珩磨头的结构及尺寸对珩磨精度影响很大，加工对象不同，珩磨头的结构也不一样。初步计划使用四个珩磨头完成锥形缸的珩磨，1号磨头进行初磨，归整缸孔内壁。2号磨头对进行锥形形状磨削。3号磨头改善锥形孔的圆度等精磨。4号磨头进行锥形缸孔的网纹形成和平顶等珩磨工序。采用非接触式气动测量，使珩磨头在加工中实现自动测量，避免了接触式测头对工件的划伤及测头的磨损，同时又减小了机床振动、热变形等对测量精度的影响。锥形珩磨头主要研究内容如下：（1）与测量精度相关的元件优化设计及制造精度控制；（2）针对不同加工对象的4个锥形珩磨头系列化与模块化设计技术。

3、锥形缸体、缸套孔珩磨工艺技术

需要对锥形缸珩磨工艺进行系统研究，在保证锥度的前提下，达到缩短锥形缸孔珩磨工序加工时间、提高加工效率、稳定珩磨表面的微观几何精度、保证珩磨网纹质量要求和交叉角度、提高缸孔加工精度。建立优化模型和锥形缸珩磨专家数据库。

4、锥形缸孔自动测量技术研究

锥形缸孔的气动测量不同于以往珩磨的在线测量，需要建立锥形缸气动改进测量元件进行误差补偿。

（1）广数数控专门为银川大河开发的980HCH珩磨数控平台，功能强，程序设计简单，维护方便等特点。珩磨专家数据库、自适应策略分析、液压伺服比例控制、软件功能模块编制、人机界面设置等项目内容已有基础，控制技术的共性以及以往的知识和经验将成为该项目成功的基础。

（2）公司具有与银川液压件有限责任公司合作研发的高性能比例伺服方向阀、比例减压阀、珩磨专用液压控制系统及相关液压控制技术，将有效地提高珩磨生产效率以及珩磨质量。

（3）通过搭建锥形缸珩磨机自动测量技术等实验平台，采用实验分析和理论研究相结合的方法，研究锥形缸珩磨加工时影响尺寸精度的关键技术问题，可以为整个锥形缸数控珩磨机的设计和制造提供理论依据。因此，其思路和方案符合工程技术问题的研究方法。

（4）项目主持单位宁夏银川大河数控机床有限公司是我国珩磨机生产的龙头企业，拥有50余年的珩磨机生产和研发经验，拥有国家级的珩磨工程实验室；合作单位广州数控与银川大河有这近10年的珩磨机专用数控系统的开发经验。合作团队在机床设计制造及数控技术方面具有较强的研发设计能力、科研队伍和实验条件，为该项目成功提供了研发平台及技术保障。

期望实现的主要技术目标

（1）研制一台锥形缸套缸体珩磨机，机床可以加工锥形的气缸套，整机的综合性能指标达到德国格林公司的珩磨机的水平；解决双进给珩磨头设计，新的在线测量技术及新的珩磨工艺及配套的珩磨软件。成果可应用于国内内燃机行业进行新型的缸套缸体加工。

（2）数控珩磨机的技术指标，由具有机床检测资质的公司出具机床检测报告：① 主轴转速 70～315rpm 无级可调;② 主轴往复运动位置精度：***;③主轴往复运动速度≥30m/min;④主轴往复最大加速度：***;⑤珩磨加工精度：圆度≤***; 表面粗糙度符合 JB/T9768-1999; 加工尺寸一致性≤***。

（3）数控珩磨机的整体性价比高，价格是德国格林公司同类产品的50%-70%；

（4）关键零部件、液压系统及数控系统实现国产化，主要功能部件国产化率达到80%以上；

需求解析

解析单位：“科创中国”宁夏科技服务团（宁夏回族自治区科学技术协会） 解析时间：2023-08-10

王解生

宁夏机械工程学会

秘书长

综合评价

此需求描述已足够清晰，需要跨行业专家共同解决。在理论研究方面，需解决锥形缸数控珩磨机床设计与制造中的关键科学与技术问题，为实现锥形缸数控珩磨机床的国产化提供理论基础。在技术应用方面需通过本课题研究，在锥形缸珩磨主轴任意位置区域修磨自适应控制、锥形缸珩磨加工中的高精度在线自动测量技术、高刚度、高测量精度的锥形缸自测量珩磨头设计与制造技术、锥形缸珩磨工艺专家系统技术等关键技术上取得源头创新或专有技术成果，对提升我国数控珩磨机床及关键零部件的制造水平具有实际意义。

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