2.济南鲍德炉料有限公司 山东济南 250109
摘要：为了保证产品的设计要求，在机械加工中不断优化工艺、增强监控水平，以期提高加工效率，减少废品产生，提高加工精度。本文以重型卡车所用发动机的缸盖的加工制造为背景，全面阐述了如何利用探头来提高工件的加工能力，同时提出了探头使用时所要面临的问题。
关键词：缸盖；探头；宏程序
1 概述
近年来，发动机零部件的柔性线加工中，已经逐步使用探头检测来保证加工能力；一般探头检测的基本原理都是修正刀补或坐标系，进而对加工位置或者尺寸进行偏置。
本文首先对所要研究的的质量特性，通过一个镗孔质量特性的过程能力分析，引出了使用探头来提高工艺水平的方法必要性。其次使用宏程序以及探头，使用适当的测量程序，来实现对于孔和面的测量及反馈，最大程度地提高产品的制造精度。
2 要研究的缸盖质量特性、工艺和能力分析
2.1 缸盖座圈底孔
2.1.1 缸盖座圈底孔加工特性
孔深度：14.05±0.03；座圈底孔底面全跳动：0.01。
2.1.2 缸盖座圈底孔的加工精度对后序的影响
缸盖座圈底孔在后序需压装座圈，由于座圈的加工余量及加工宽度较小，若座圈底孔底平面相对缸盖底面平行度或加工深度超差，会导致后序座圈锥面加工宽度过小，从而影响到发动机气门的密封。
2.1.3 缸盖座圈底孔的加工过程能力
通过对缸盖座圈底孔深度的过程能力分析得出CPK=0.42，过程过程能力太差，需对加工过程进行重新设计，以保证其加工过程能力的稳定。
2.2 缸盖导管孔
2.2.1 缸盖导管孔加工特性
导管孔内径：Φ11（+0.018/0）；导管内孔圆柱度：0.01；
导管内孔相对缸盖底面垂直度：0.1；座圈锥面相对导管内孔的圆跳动：0.02
2.2.2 缸盖导管孔的加工精度对后序的影响
导管孔作为气门安装孔，它的圆柱度、圆度、孔径及其与座圈锥面的圆跳动，都影响到气门的装配及运行，如上述技术指标误差过大，会导致气门杆磨损、气门密封不严，甚至导致气门卡死等严重的故障；因此，保证导管孔及座圈锥面的精度，对发动机的稳定运行起到至关重要的作用。
2.2.3 缸盖导管孔的加工工程能力
通过对缸盖枪铰工序的质量检测数据分析，气门座圈的跳动加工和气门导管直径的CPK分别为0.36和0.06，过程能力很低，需进行调整改进。
2.3 小结
从以上工艺及过程能力分析可以看出，座圈底孔及导管孔的加工过程能力不稳定，无法满足大批量生产的质量要求；在现有设备、刀具无法保证较高的加工精度及稳定性，因此，选择必要的方式来保证设计要求，就显得很迫切。
3 选择探头以保证质量特性的工程能力
3.1 原因分析
3.1.1 座圈深度过程能力低的原因分析
为了提高生产效率，座圈加工采用的专机进行加工，而该专机工作台无光栅尺等测量反馈装置，导致该机床无法保证较高的精度要求；座圈加工深度公差为0.06mm，在加工孔底时加工宽度较大（约为10mm）且同时加工两个孔，这就使刀具及工作台负载瞬间增大，导致加工深度不稳定，过程能力较低。
3.1.2 导管圆柱度及座圈跳动过程能力低的原因分析
导管座圈孔的工艺流程为：
导管座圈底孔加工
压装导管、座圈
导管座圈孔精加工。
前序座圈导管底孔加工工序采用双工件、双工作台加工生产，每个工装定位销孔相对机床主轴的位置有所不同，导致每个工件导管座圈底孔相对定位销孔的位置有所差别（其位置都在公差范围内）；由于导管内孔的加工余量只有0.4mm，即单边0.2mm，孔深71mm，直径11mm，若加工余量不均匀，会使铰刀跑偏，从而导致导管孔圆柱度及座圈锥面相对导管内孔的圆跳动超差。
3.2 解决方案
探头工作原理：探头接触感应标的物（垂直或水平接触）的瞬间，探针发生位移，侧头传感器将信号传递至信号接收器，信号接收器将收到信号时主轴所处的位置进行记录，此时根据实际需要通过程序对记录的信息进行调用。
3.2.1 座圈深度过程能力低的解决方案
在专机上安装探头、探测感应标准块及信号接收装置，探头接触到基准块后发出信号，系统开始记录基准零位，主轴再工进0.8mm（根据实测加工深度进行微调），刀具到达工进终点，即加工至工艺要求的孔深。
这样就相当于从原机床滑台600mm的行程上保证0.06mm的精度，变为增加探头后的在0.8mm的滑台行程上保证0.06mm的精度，大幅度提高了过程能力。
具体程序应用：
#507=579.50/#508=0.79 / G31Z-580.1F60/#506=#5061/ #511=[#5061-#508]/G1Z#511F60
通过探头检测工装标准块的位置并进行加工程序起点归零，从系统程序设计方面缩小机床工作台的误差，使机床加工精度得以提高。
3.2.2 导管圆柱度及座圈跳动过程能力低的解决方案
加工前使用探头探测未加工导管孔的位置，将实际探测的位置赋值于加工程序中被加工孔的位置坐标，使用实际探测的位置坐标对导管孔进行加工。这就能够保证在铰刀进行加工时的加工余量均匀，进而保证其圆柱度及座圈锥面跳动。
具体程序应用：
N100 #9=20.0 /#587=1.2/#588=3.8/ N115G31G1Y[#25- #588]F#9/#166=#5062 N125G31G1Y[#25+#588]F#9 / #167= #5062 / #584=#167+#166
#585=#584/2.（再以同样的方法测出X轴的坐标）
IF[#1008EQ1.]GOTO149 / #598=#24-#582 / #599=#25- #585 / #570=0.15 / #571=-0.15
IF[#598GT#570]GOTO555（X+）/IF[#598LT#571]GOTO666（X-）
IF[#599GT#570]GOTO555（Y+）/IF[#599LT#571]GOTO666（Y-）
（理论与实测坐标对比，超出范围的表示底孔加工误差或探测误差过大，做报警处理）
3.3 小结
通过探头直接检测被加工部位的坐标，通过赋值将坐标重置，提高了加工精度，在测量之后的程序内设置了报警程序段，使得零点偏置量过大时能够及时停机报警，提高了加工的防错能力。
4 探头使用后的工程能力
增加探头检测后，对缸盖座圈底孔深度、导管孔内径及座圈圆跳动进行了连续50件的尺寸检测，并对检测数据进行过程能力分析，具体如下：改进后的排气门座圈跳动的CPK由0.42提高到1.03，排气门座圈跳动的CPK由0.36提高到1.02，排气门导管直径的CPK由0.06提高到1.09，过程能力评级均由不可接受提高为一般，若需再提高，需对加工工艺、工装、设备等各种资源进行提升。
5 总结
通过对本文的分析，我们对探头检测有了更深入的认识，在缸盖加工上使用探头检测在确保产品质量方面有着重要的作用。主要内容总结如下：（1）分析了缸盖部分重要质量特性的实际过程能力，提出了基于高精度的夹具，科学的工艺安排下，使用探头进一步提高工艺水平的必要性。（2）通过探头检测取得的坐标值经过NC计算及程序调用，使得精加工时的面的位置得以保证。（3）通过对探头使用之后重要质量特性能力的分析，得出探头检测对提高加工精度的。
论文作者:1高洪玉,2酆硕
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/15
标签：座圈论文; 加工论文; 导管论文; 底孔论文; 能力论文; 过程论文; 气门论文; 《基层建设》2018年第19期论文;