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B205/235 缸体止推面垂直度加工的疑难问题解决

作者：杨波日期：2014-03-06 11:02 来源：城市建设理论研究

北京汽车动力总成有限公司北京101108
摘要：北京汽车动力总成有限公司的B205/235 发动机缸体生产线建设项目，是引进萨博发动机成熟技术，经自身消化吸收后建设的高端发动
机缸体生产线。在进行加工中心设备的能力考核时，我们遇到了几个疑难问题：在OP40 加工的缸体止推面的垂直度上，垂直度离散性较大，CM 值和
CMK值不达标。为了解决上述问题，我们从刀具、夹具、NC加工程序的参数调整、三坐标测量方法、加工工艺方法等角度出发来分析，最终通过对三坐
标测量方法的调整，实现了该项关键特性的CMK考核合格。
关键词：止推面；CMK 指数；三坐标测针直径
中图分类号：U464.231 文献标识码：A
1 设备CMK 考核要求
1.1 设备能力考核的方法和标准
在缸体线项目中，加工中心的设备能力考核采用如下三个
步骤：
（1）加工1件，检测数据100%合格；包括粗糙度特性；
（2）连续加工5 件，设备能力考核合格；
（3）连续加工31 件，设备能力考核合格。
在上述的第2、3 步骤中，设备能力考核合格有如下三种基
本评价标准：
（1）以特性公差的100%为标准，要求100%；
（2）以特性公差的80%为标准，要求100%；
（3）针对位置公差、孔径公差，要求CMK 大于1.67；
由于不同工序其加工内容不同，并且涉及到过程尺寸或者
最终尺寸，每一个特性参数都具有各自的评价标准。
1.2 特性公差带与设备能力指数之间的估算关系
根据缸体线项目的设备能力考核方法，采用分别加工1、5、
31 件工件考核CMK，当取样的工件数量n≤50 件，且CMK 达到
1.67 时，则要求实际加工出来的工件尺寸要在其公差带的38%
附近。
此项要求对指导CMK 的调试工作具有重要意义。有利于提
高设备调试和设备能力考核的工作效率。在下文中，此理念将被
使用。
2 OP40的工艺介绍
2.1 OP40 的夹具形式
加工中心为卧式加工中心，夹具采用B 轴，工件在夹具中顶
面向上，定位方式采用一面两销（工件底面和底面两个工艺销
孔）定位。
2.2 OP40 的加工内容及加工顺序
基于如上所述的工件姿态，加工中心可以对工件前后端面、
左右侧面上的内容进行加工。具体的加工内容及加工顺序如下：
（1）铣右侧面凸台面13 个，铣左侧面凸台面5 个；；
（2）钻左侧面、前端面、右侧面M8 的螺纹底孔；
（3）攻丝右侧面、前端面、左侧面的M8 螺纹孔；
（4）精铣止推面；
2.3 OP40 的止推面加工的工艺要求
在B205/235 缸体上，止推面位于第三主轴承孔的两侧，止推
面为半圆形止推面。止推面垂直度工艺要求：止推面相对于一面
两销(C/D/U)的垂直度0.03。
2.4 止推面加工刀具介绍
刀具为专用铣刀，止推面刀具从工件的后端面方向进入。当
铣刀进入工件中后，铣刀从下向上进给，对止推面进行加工。
3缸体止推面垂直度问题的分析及解决
3.1 缸体止推面垂直度问题的现象描述
在OP40 中，设备能力考核的难点是止推面垂直度。OP40 加
工出来的首件合格品的止推面垂直度的三坐标检测数据如下：
（单位：mm）
表1 检测数据
两个半圆止推面的垂直度分别为0.022、0.017。根据上文中
提到的特性公差带与设备能力指数之间的估算关系来分析，上
述两个止推面垂直度检测结果大于公差带的50%（工艺要求止
推面垂直度为0.03），如果进行连续5 件、连续31 件CMK 考核
的话，无法满足要求。
3.2 缸体止推面垂直度问题的分析思路
首先，对止推面加工刀具的跳动、夹具定位销等进行检测，
未见异常。之后，对NC 程序中的加工参数进行多次调整，没有明
显效果。
为了更好的了解止推面垂直度具体状态，即两个止推面相
对于一面两销(C/D/U)的倾斜方向和程度，在使用三坐标测量工
件的止推面时，使三坐标输出止推面相对于一面两销(C/D/U)的
位置距离图形。三坐标测针采用扫描测量。
加工工件1 件，工件号：822；
相对于一面两销(C/D/U)距离为207.6mm 的止推面半圆形的
距离图形如下：
相对于一面两销(C/D/U)距离为184.4mm 的止推面半圆形的
距离图形如下，即另一个止推面：
从上图看出，扫描出来的曲线不圆滑，呈现锯齿状，不太容
易看出止推面相对于一面两销(C/D/U)的倾斜趋势。
经分析，上述图形未能真实反映止推面的倾斜方向和程度，
其原因是三坐标测量止推面的测针的测头直径过小，直径为
φ1mm，过小的测头直径在进行扫描测量时，对止推面表面粗糙
度极为敏感，止推面粗糙度的工艺要求为Ra4，实测两个止推面
粗糙度测值分别为Ra2.115、Ra2.093，造成图形中掺入了止推面
表面粗糙度的影响，出现扫描半圆曲线呈现锯齿状。
3.3 缸体止推面垂直度问题的处理措施
为了能够真实的反应止推面的垂直度状态，消除粗糙度对
测量的影响，同时，不影响三坐标原有的测针组合方案，经确认，
可以使用直径为φ3 测头进行测量止推面。
使用直径为φ3 的测头，测量同一个工件，工件号：822；
相对于一面两销(C/D/U)距离为207.6mm 的止推面半圆形的
距离图形如下：
相对于一面两销(C/D/U)距离为184.4mm 的止推面半圆形的
距离图形如下，即另一个止推面：
将测量止推面垂直度的测头由原来直径φ1 改为直径φ3
后，同一工件的两个半圆止推面的垂直度分别为0.016、0.009。
采用不同测头直径测量止推面的垂直度的数据如下：
表2 采用不同测头直径测量止推面的垂直度的数据对比（单位：mm）
通过对测量止推面的三坐标测头直径的改变，从图3、图4
中，可以看出粗糙度对止推面测量结果的影响明显降低，测量数
据较为真实的反应了止推面垂直度的状态。
根据特性公差带与设备能力指数之间的估算关系来分析，
上述两个止推面垂直度检测结果小于或者接近其公差带的38%
（工艺要求止推面垂直度为0.03），可以进行连续5 件、连续31
件的工件加工，考核设备能力。
3.4 缸体止推面垂直度的设备能力考核数据
连续加工5 件、连续31 件，并采用测头直径为φ3 的三坐
标测针对止推面进行测量，所得Q-DAS 分析数据如表3。
表3 连续5 件、连续31 件的CMK 考核数据
缸体止推面垂直度的设备能力考核合格。
结束语：通过对上述缸体止推面垂直度的问题的分析、解
决，可以知道，三坐标测针直径的选择对测量结果的真实性具有
很大影响，为了避免待测表面粗糙度对测量结果的影响，应该尽
量选择稍大一些的测头直径进行测量。当然，具体测针直径数值
还需要根据三坐标的测杆组合方案、待测内容的空间结构等因
素来综合确定。
上述问题的解决，对后续项目的加工中心设备调试中三坐
标测量工作，以及三坐标测量方案设计工作提供了宝贵的经验
和依据，并且具有很好指导意义。
参考文献：
[1]北京汽车动力总成有限公司技术部.《设备能力、工序过程
能力评价标准》.
[2]北京汽车动力总成有限公司技术部. B205/235 缸体生产
线项目招标文件第八章. 2011 年4 月.
[3]HULLER HILLE GMBH. Abschatzung der Toleranzeinshcrankung
bei Maschinen-und Proze?fahinkeitsuntersuchungen. 译
为：设备能力和过程能力考核时的公差带估算.
[4]北京汽车动力总成有限公司技术部.B205/235 缸体生产线
作业指导书B 版.2013 年5 月.
[5]《SPC 统计过程控制手册》，1995 年版.