谷加佩，楊風(fēng)，周傳邦

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)制造部，廣西柳州545007）

缸體關(guān)鍵特征加工補(bǔ)償及在線(xiàn)監(jiān)控方法

谷加佩，楊風(fēng)，周傳邦

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)制造部，廣西柳州545007）

缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)上最大的獨(dú)立式部件，通過(guò)它把發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)以及供油、潤(rùn)滑、冷卻等系統(tǒng)連接成一個(gè)整體，它的加工質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。就缸體加工過(guò)程中的關(guān)鍵特征缸體頂面，止推面的加工工藝進(jìn)行了分析，提出了在線(xiàn)測(cè)量補(bǔ)償加工及基于NC程序的質(zhì)量監(jiān)控方法。

缸體關(guān)鍵特征；補(bǔ)償加工；馬波斯測(cè)量系統(tǒng)

缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)零件，承載著缸蓋、曲軸、連桿等部件，它的加工質(zhì)量直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。缸體中關(guān)鍵特征的尺寸、位置和形狀精度都要求很高，如頂面輪廓度、止推面輪廓度等。在制造過(guò)程中，對(duì)于缸體加工基準(zhǔn)的選擇，現(xiàn)階段通用的方法是以精加工后的底面以及底面上的兩個(gè)銷(xiāo)孔作為加工基準(zhǔn)。但其中關(guān)鍵特征尺寸如頂面輪廓度的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為精鏜后曲軸孔軸線(xiàn)，后止推面輪廓度設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為前止推面。部分關(guān)鍵特征加工過(guò)程中由于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)不一致，所以不可避免的存在基準(zhǔn)不重合誤差，由于這些特征尺寸精度要求較高，這無(wú)疑增加了部分關(guān)鍵特征的加工難度[1]。為減小缸體加工中的基準(zhǔn)不重合誤差對(duì)關(guān)鍵特征尺寸的精度影響，使用馬波斯測(cè)量系統(tǒng)對(duì)加工過(guò)程中的基準(zhǔn)不重合誤差進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)量補(bǔ)償，同時(shí)基于NC程序設(shè)計(jì)在線(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控方法，旨在提高缸體關(guān)鍵特征的過(guò)程能力，防止加工超差導(dǎo)致批量報(bào)廢。

本文對(duì)上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠(chǎng)缸體關(guān)鍵特征尺寸，缸體頂面輪廓度，止推面輪廓度的在線(xiàn)測(cè)量補(bǔ)償加工工藝過(guò)程和原理進(jìn)行了分析，并提出利用NC程序?qū)σ陨详P(guān)鍵特征尺寸進(jìn)行監(jiān)控防錯(cuò)的方法。

1　缸體關(guān)鍵特征加工尺寸鏈分析

1.1缸體頂面加工尺寸鏈分析

頂面輪廓度是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要特征尺寸，它決定著缸蓋和缸體的貼合程度，頂面輪廓度超差將會(huì)導(dǎo)致燃燒室漏氣，發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低等危害，它由被測(cè)面的平面度和被測(cè)面到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)即曲軸孔的距離決定。精銑頂面采用一面兩銷(xiāo)的定位方式，底面使用三個(gè)支撐塊，以及一個(gè)圓形銷(xiāo)和一個(gè)菱形銷(xiāo)定位[2]。加工基準(zhǔn)為底面，設(shè)計(jì)準(zhǔn)為曲軸孔軸心線(xiàn)，存在基準(zhǔn)不重合誤差。同時(shí)定位面相對(duì)于粗基準(zhǔn)E的尺寸公差為±0.05 mm，定位時(shí)存在基準(zhǔn)移動(dòng)誤差，加工中很難保證頂面與曲軸孔軸心線(xiàn)的尺寸精度。為合理制定加工工藝需對(duì)工藝尺寸鏈進(jìn)行分析。

曲軸孔位置度為φ0.1 mm，轉(zhuǎn)換為到基準(zhǔn)A的距離為50±0.05 mm，頂面輪廓度為0.1，輪廓度公差包括平面度公差和曲軸孔到頂面的尺寸公差，其中平面度要求0.05 mm，所以曲軸孔到頂面的尺寸為195±0.025 mm.組成的尺寸鏈如下圖1所示。

圖1　銑頂面的工藝尺寸鏈

從工藝尺寸鏈可以看出195±0.025 mm是最終間接得到的尺寸為封閉環(huán)。使用列表法計(jì)算銑頂面時(shí)的工藝尺寸A2，如表1所列。由工藝尺寸鏈圖可以看出A0為封閉環(huán)，A1為減環(huán)，A2為增環(huán)。

表1　銑頂面工序尺寸列表計(jì)算

根據(jù)列表法計(jì)算工藝尺寸A2的基本尺寸以及上下偏差。

A2+（-50）=195 mm

X+（+0.05）=+0.025 mm

Y+（-0.05）=-0.025 mm

解上式得A2=245 mm，X=-0.025 mm，Y= +0.025 mm.

從計(jì)算結(jié)果分析，工序尺寸A2的上偏差小于下偏差不合理，所以不存在一個(gè)工序尺寸A2使封閉環(huán)達(dá)到±0.025的精度。

1.2止推面加工尺寸鏈分析

與銑頂面的工藝過(guò)程類(lèi)似，對(duì)止推面進(jìn)行工藝尺寸鏈計(jì)算，工藝尺寸鏈如圖2所示。

圖2　銑止推面工藝尺寸鏈

18±0.03的尺寸為最終形成的為封閉環(huán)，使用列表法計(jì)算工序尺寸A2，如表2所示。由工藝尺寸鏈圖A0為封閉環(huán)，A1為減環(huán)，A2為增環(huán)。

表2　銑止推面工序尺寸列表計(jì)算

A2+（-150.4）=18 mm

X+（+0.05）=+0.03 mm

Y+（-0.05）=-0.03 mm

解上式得

A2=168.4 mm，X=-0.02 mm，Y=+0.02 mm.

從計(jì)算結(jié)果分析，工序尺寸A2的上偏差小于下偏差不合理，所以不存在一個(gè)工序尺寸A2使封閉環(huán)達(dá)到±0.03 mm的精度。

由上述分析可知道由于頂面到曲軸孔的距離，止推面寬度加工過(guò)程中存在基準(zhǔn)不重合誤差，無(wú)法達(dá)到理想的加工精度，為滿(mǎn)足上述關(guān)鍵特征的尺寸精度，需減小加工過(guò)程中的誤差。一般減小誤差的方法有兩種：

（1）誤差消除。通過(guò)改變定位方式使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)一致，銑頂面時(shí)通過(guò)曲軸孔定位，銑止推面時(shí)使用#990定位能消除基準(zhǔn)不重合誤差，但會(huì)導(dǎo)致夾具設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，并且不方便員工操作。通過(guò)更改定位方式來(lái)消除誤差難度大成本高。

（2）誤差補(bǔ)償。誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ň褪侨藶榈闹圃斐鲆环N新的誤差去抵消當(dāng)前成為問(wèn)題的原始誤差，目前應(yīng)用較廣泛的是在線(xiàn)檢測(cè)補(bǔ)償方法，這種方法是在加工過(guò)程中在線(xiàn)測(cè)量出工件的實(shí)際尺寸，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果給刀具一個(gè)附加的補(bǔ)償量，以控制刀具和工件的間的相對(duì)位置。誤差補(bǔ)償方法是一種有效并且經(jīng)濟(jì)的方法。對(duì)于缸體頂面和止推面的加工就是采用誤差在線(xiàn)測(cè)量補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ詼p小誤差。

2　馬波斯測(cè)量系統(tǒng)原理

上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠(chǎng)缸體線(xiàn)使用的測(cè)量系統(tǒng)為無(wú)線(xiàn)傳輸方式的測(cè)頭，能減小測(cè)量系統(tǒng)的接線(xiàn)，減少故障的發(fā)生。馬波斯測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)量模塊、接收模塊、接口模塊[3-4]。系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

圖3　馬波斯測(cè)量系統(tǒng)

2.1測(cè)量模塊

用于測(cè)量加工特征的坐標(biāo)尺寸，使用接觸式測(cè)量方式，測(cè)頭通過(guò)數(shù)控加工中心的刀柄安放在刀盤(pán)中，需要使用時(shí)通過(guò)換刀將測(cè)頭安裝到主軸上對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量模塊包括觸頭、傳感器、發(fā)射器。測(cè)頭觸碰到工件時(shí)被傳感器感知，并通過(guò)發(fā)射器將當(dāng)前位置發(fā)送到接收模塊。

2.2接收模塊

接收模塊用于接收測(cè)量模塊中發(fā)射器的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，并與接口模塊連接。

2.3接口模塊

該模塊用于將馬波斯測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)連接。接口模塊一段連接接收模塊，另一段連接機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，將測(cè)量值傳送到數(shù)控系統(tǒng)中的宏變量，方便NC程序使用。

3　在線(xiàn)測(cè)量補(bǔ)償加工實(shí)現(xiàn)方法

為滿(mǎn)足缸體關(guān)鍵特征的尺寸精度，使用馬波斯測(cè)量系統(tǒng)對(duì)銑頂面，止推面加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償。其中銑頂面時(shí)通過(guò)100%測(cè)量曲軸孔位置度補(bǔ)償工序尺寸。銑軸承蓋結(jié)合面以及止推面是通過(guò)測(cè)量前一件封閉環(huán)的尺寸來(lái)補(bǔ)償工序尺寸。下面針對(duì)兩類(lèi)不同的補(bǔ)償方式的實(shí)現(xiàn)方法做簡(jiǎn)要分析：

（1）精銑頂面誤差補(bǔ)償編程方法。利用測(cè)頭對(duì)工序尺寸曲軸孔到基準(zhǔn)A的距離進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量第一檔曲軸孔上下兩個(gè)點(diǎn)的位置并計(jì)算出平均坐標(biāo)值作為基準(zhǔn)G，測(cè)量第五檔曲軸孔上下兩個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算平均坐標(biāo)值作為基準(zhǔn)H，在將G-H的中點(diǎn)坐標(biāo)作為曲軸孔到底面的距離值，用于補(bǔ)償工藝尺寸頂面到基準(zhǔn)A的距離值。測(cè)量示意圖如圖4所示。

圖4　測(cè)量曲軸孔位置示意圖

（2）銑止推面誤差補(bǔ)償編程方法。與頂面補(bǔ)償方法不一樣的是，止推面的補(bǔ)償是采用測(cè)量加工完成后止推面的寬度的尺寸用于修正下一次刀具定位位置。測(cè)量方式如圖5所示。

圖5　止推面測(cè)量示意圖

（3）基于NC程序防止尺寸超差的監(jiān)控方法。在線(xiàn)誤差補(bǔ)償方式依賴(lài)于測(cè)頭的準(zhǔn)確性，但是在實(shí)際使用過(guò)程中會(huì)存在測(cè)頭測(cè)量不穩(wěn)定，測(cè)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題?，F(xiàn)提出一種基于銑頂面時(shí)Z軸的機(jī)械指令位置來(lái)監(jiān)控加工尺寸的方法。該方法能有效地防止上述兩種情況導(dǎo)致的工件報(bào)廢，監(jiān)控流程圖6所示。

圖6　銑頂面監(jiān)控流程圖

該方法在校正時(shí)試切一件缸體，記錄下試切時(shí)的Z軸機(jī)械坐標(biāo)值，機(jī)械坐標(biāo)值通過(guò)宏變量#53003獲得，將試切的工件用三坐標(biāo)測(cè)量頂面到曲軸的距離將該距離與基本尺寸的差值來(lái)修正Z軸機(jī)械坐標(biāo)值，并將修正后的坐標(biāo)值設(shè)為銑頂面時(shí)理論Z軸機(jī)械坐標(biāo)值，大批量加工時(shí)當(dāng)銑頂面時(shí)Z軸機(jī)械坐標(biāo)值超過(guò)理論坐標(biāo)值的±0.05則認(rèn)為加工過(guò)程中存在測(cè)頭測(cè)不準(zhǔn)或員工修改刀補(bǔ)不合理，并停止加工，以上過(guò)程通過(guò)NC程序宏變量可實(shí)現(xiàn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)能提高關(guān)鍵特征的加工過(guò)程能力。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)缸體頂面及止推面工藝過(guò)程的分析，當(dāng)加工過(guò)程中存在基準(zhǔn)不重合誤差，且封閉環(huán)尺寸要求較高時(shí)，通過(guò)在線(xiàn)測(cè)量補(bǔ)償?shù)姆e極控制方法可以很好的達(dá)到加工精度，通過(guò)基于NC程序設(shè)計(jì)的尺寸監(jiān)控方法可在大批量加工中防止工件報(bào)廢。

[1]房長(zhǎng)興，羅和平，高志永，等.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工工藝研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013，（03）：262-264.

[2]王路暐.M代碼在FANUCPMC程序中的譯碼及在CNC設(shè)備改造中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2013，（03）：108-110.

[3]王路暐.馬波斯測(cè)量系統(tǒng)在加工中心的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2012，（23）：64-65.

[4]馬波斯測(cè)頭：提高精密零件加工質(zhì)量[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2015，（02）：115.

The Key Features of the Cylinder Compensation Processing and on-Line Monitoring Method

GU Jia-pei，YANG Feng，ZHIU Chuan-bang
（SAIC GM WULING，Liuzhou Guangxi 545007，China）

The engine block is the largest stand-alone component，through which the crankshaft of an engine connecting rod mechanism and valve train and oil，lubrication，cooling and other systems connected into a whole，its processing quality directly affects the performance of the engine.In this paper，the process of the cylinder block key features of a top surface，surface processing technology push stopper were analyzed，the on-line measurement and compensation processing based on NC program quality monitoring methods.

cylinder key feature；compensation processing；marposs measuring system

TG24

A

1672-545X（2016）10-0210-03

2016-07-09

谷加佩（1991-），男，重慶人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工缸體工藝。