發動機缸孔加工質量穩定性提升

區云鋒　蒙旭喜　韋小康

摘 要：汽車發動機作為汽車的核心部件，性能的好壞，影響著汽車的穩定性；而缸體作為發動機三大組成部件之一，加工質量的穩定性，影響著產品的最終質量。缸體的缸孔作為活塞直接接觸面，在CNC前道工序加工缸孔的質量，體現在圓柱度及表面粗糙度，其加工的好壞影響著珩磨機珩磨珩磨缸孔的質量。本文主要解析發動機缸體缸孔在CNC加工質量穩定性提升，解決缸孔前道工序加工質量問題。

關鍵詞：發動機缸體 缸孔 缸孔加工質量 質量穩定性提升

1 概述

發動機的缸體加工主要利用數控加工中心加工及珩磨機加工，而缸體缸孔是發動機關鍵質量控制點。缸孔刀痕、圓度、圓柱度、直徑異常，直接影響發動機的輸出效率。易引發燒機油、發熱、抖動等情況。穩定缸孔關鍵質量控制點，從而提高發動機的性能，提高發動機的壽命。因此，在缸體缸孔的加工過程中，解決數控加工中心OP190缸孔加工有刀痕、震紋問題，同時增加主軸檢測功能，提升設備穩定性有利于改善缸體缸孔加工質量。

2 設備技術分析

運用頭腦風暴法從“人、機、料、法、環問題的原因進行分析討論，利用樹圖剖析問題根本原因，并羅列驗證方法。最終的數控加工中心設備OP190關聯圖如下圖1所示。

在收集數據過程中，小組已經將“人、料、環”方面的因素排除，經過樹圖分析，最終將“機、法”方面的問題分解。從以下4點立項實施，落實改進提升。

（1）優化驅動軸X＼Y＼Z＼B軸參數，減少定位誤差&振動過大；

（2）優化夾具定位面高度差；

（3）改造夾緊油缸桿部件；

（4）增加電主軸振動測量。

3 優化驅動軸X＼Y＼Z＼B軸參數，減少定位誤差&振動過大

ERRC表示驅動裝置的誤差值，因ERRC=進給速度/位置增益，故當進給一定時，ERRC理論上對應也是一定的。測量絲杠ERRC，通過數據對比加工時的XYZB軸位置偏差（ERRC）曲線。優化參數1828＼1825＼2036參數，減少定位誤差及機床振動。優化后測量絲杠振動誤差 97000-100000ms、101000-105500ms無震蕩，誤差值波動范圍將近2-3um（正常范圍40um以下）。機床定位誤差、振幅、伺服軸震蕩優化完成，提升缸孔加工質量，減少了震紋，見圖2。

4 優化夾具定位面高度差

數控加工中心夾具定位面高度差數值，直接影響工件尺寸、位置度、平行度、平面度等質量控制。定位面高度差超差，加工工件易引起抖動。制定定位面高度差工藝標準≤0.02mm。調整優化4臺定位面高度差后，經過加工驗證，提升了缸孔表面加工質量，見圖3。

5 改造夾緊油缸桿部件

數控加工中心夾具在工件加工起到固定、定位的作用。夾緊油缸異常，工件易傾斜或抖動。現有油缸桿均為分體式直角過度，夾緊后無過度連接圓角，導致加工過程夾緊頭受剪切力斷裂及夾不緊。改造夾緊頭結構采用圓弧過度機構，如下圖，消除應力集中。改造后測量監控夾具夾緊力穩定在45-48BAR。增加夾緊穩定性，驗證加工缸孔刀痕問題得以解決，見圖4。

6 增加電主軸振動測量

數控加工中心在加工缸孔時異響，主軸受到很大的切削力，引起主軸的震蕩導致加工產生刀痕/震紋。長期在這種工況生產，會導致主軸損壞。探究主軸振動情況可以通測量主軸振動分析振動數據進行處理，對振動信號提取均值、方差、峰峰值等時域特征值，以表征主軸整體振動大小；對振動信號做快速傅里葉變換得到其幅頻譜，根據幅頻譜初步分析主軸的動平衡狀況。對主軸進行跟蹤及維護，提升主軸的穩定性，消除加工過程中缸孔產生刀痕及震紋，提升了缸孔加工質量的穩定性，見圖5。

從上圖頻率信號時域上對比，第一個缸孔加工過程振幅幅值與其他三個缸孔加工有明顯差異，第一個缸孔出現刀痕部分的加工頻率信號明顯變大，如下圖6加工質量。

進一步分析主軸空載芯軸旋轉阻力大轉子卡滯原因：主軸振動過大，引發主軸內部銅環熱脹冷縮卡滯芯軸，更換主軸后問題解決。因此，增加電主軸振動測量改進可有效預判，從而有效的解決缸孔加工質量問題，提升缸孔加工質量的穩定性。

7 結語

數控加工中心加工缸孔質量問題比較復雜，又是發動機生產線質量控制的關鍵工位，因此，優化缸孔加工的過程，利于缸孔的質量控制，有效保證產品的穩定輸出。

參考文獻：

[1]《金屬加工世界》2010年.