徐飛躍 徐國慶 周海軍 韓文輝 林愛綿 趙海波

（廣東鴻圖科技股份有限公司，廣東高要 526108）

圖1為某汽車公司的乘用車發(fā)動機(jī)使用的油底殼機(jī)加工成品圖，此產(chǎn)品總成安裝在發(fā)動機(jī)底部，在實現(xiàn)機(jī)油對發(fā)動機(jī)運動部件的潤滑時，同時具有存貯、沉淀、過濾和吸油等功能。工件總成具有比較嚴(yán)格的加工裝配尺寸、泄漏量和清潔度要求。此款油底殼總成產(chǎn)品的設(shè)計特點，是將機(jī)油的潤滑、回流、存貯、沉淀、過濾和吸油等功能部件，集成設(shè)計在油底殼的工件結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)減少總成工件的裝配數(shù)量，提高產(chǎn)品使用可靠性，降低產(chǎn)品制造成本的目的，同時也導(dǎo)致了油底殼的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增加了工件的毛坯壓鑄和機(jī)加工的難度。如何提高工件壓鑄和機(jī)加工成品率成為工件開發(fā)是否成功的關(guān)鍵。

圖2是油底殼產(chǎn)品機(jī)加工簡圖，工件是典型的壓鑄件，材料為日本標(biāo)準(zhǔn)材料牌號ADC12（對應(yīng)中國標(biāo)準(zhǔn)材料牌號為YL112），年需求量為15萬件，生產(chǎn)線分為CNC加工生產(chǎn)線和總成裝配生產(chǎn)線兩部分，總成工件的工藝流程為:熔煉→壓鑄→除澆口→除毛刺→刻印→CNC加工→清洗→裝配→試漏→包裝→入庫。

1 工件的加工工藝分析

試制方案采用日本產(chǎn)MAZAK PFH5800臥式加工中心，加工完成的產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性高（產(chǎn)品送樣階段的順利完成，也驗證了這一點），設(shè)備投入造價比較高，場地占用面積也比較大。批量方案采用美國產(chǎn)HAAS VF3SS－H立式加工中心，設(shè)備投入造價比較低，約為臥式加工中心的1/3，場地占用面積比較小，約為臥式加工中心的60%，由于和OP20/30使用設(shè)備一樣，生產(chǎn)線布置和產(chǎn)品生產(chǎn)的工序流動也將變得更加合理。通過加工質(zhì)量穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)可行性等各方面的評估，批量加工方案的設(shè)備全部采用美國產(chǎn)HAAS VF3SS－H立式加工中心。

2 工件的加工夾具方案

加工方案（試制方案）分3道工序:（1）OP10加工油底殼密封端面及孔、油底殼側(cè)面，夾具采用角板式液壓保壓結(jié)構(gòu)，夾具可以通過B軸回轉(zhuǎn)加工分布在不同角度的部位。機(jī)床選用日本產(chǎn)MAZAK PH5800臥式加工中心。（2）OP20加工油底殼兩側(cè)端面及背面，夾具采用液壓橋式回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，夾具可以通過A軸回轉(zhuǎn)加工分布在不同角度的部位。（3）OP30加工E－E視圖油底殼油標(biāo)尺孔，夾具采用氣動單工位結(jié)構(gòu)實現(xiàn)加工要求。OP20/OP30定位方式采用典型的一面兩銷的定位夾緊方式，機(jī)床選用美國產(chǎn)HAAS VF3SS立式加工中心。

日本產(chǎn)MAZAK PFH5800臥式加工中心，數(shù)控操作系統(tǒng)為MAZAK專用的NEXUS操作系統(tǒng)，主軸采用12 000 r/min的電主軸結(jié)構(gòu)，X/Y/Z軸滾珠絲杠采用中空冷卻系統(tǒng)，實現(xiàn)了絲杠的強(qiáng)制冷卻和恒溫控制，有效地抑制了由于高速運動帶來的熱膨脹而導(dǎo)致的精度變化，X（滑鞍左右）/Y（主軸頭上下）/Z（托盤前后）運動行程730/730/740 mm，X/Y/Z定位精度±0.005 0 mm，重復(fù)定位精度±0.001 5 mm。

美國產(chǎn)HAAS VF3SS－H立式加工中心，數(shù)控操作系統(tǒng)為HAAS專用的操作系統(tǒng)，主軸采用12 000 r/min的有色金屬切削專用主軸，X/Y/Z運動行程1 016/508/715 mm，機(jī)床工作臺尺寸1 219 mm×457 mm，X/Y/Z定位精度±0.0050 mm，重復(fù)定位精度±0.002 5 mm。

加工方案的工作原理及工藝特點，OP10加工夾具的裝夾要求是，工件裝入夾具后，夾具的兩個浮動定位銷定位和3點工藝凸臺固定支撐共同作用實現(xiàn)工件的6點定位，3個油壓杠桿直線缸壓緊，實現(xiàn)工件的初始壓緊，然后在工件四周布置的4個液壓浮動支撐缸動作，實現(xiàn)輔助支撐，加強(qiáng)工件的剛性，將工件完全壓緊，夾具的液壓元件的動作順序通過順序閥實現(xiàn)，夾具簡圖見圖3。OP20/30夾具簡圖見圖4和圖5。

加工方案（批量方案）同樣分3道工序進(jìn)行加工:OP10加工油底殼密封端面及孔，油底殼側(cè)面，夾具采用液壓橋式回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，可以通過A軸回轉(zhuǎn)加工分布在不同角度的部位，夾具方案見圖6。OP20/OP30加工方案同上，機(jī)床全部選用美國產(chǎn)HAAS VF3SS－H立式加工中心。

3 問題分析及解決方案

產(chǎn)品量產(chǎn)后，陸續(xù)出現(xiàn)了一些問題，主要體現(xiàn)在以下方面:

3.1 關(guān)于43±0.1 mm尺寸超差率偏高

OP20工序的工件裝配支撐孔（F－F視圖）φ20 mm對基準(zhǔn)C面的距離43±0.1 mm尺寸出現(xiàn)超差，統(tǒng)計比例為10%。

中考試題閱讀理解題目篇幅較大，閱讀量大，學(xué)生需要在短時間內(nèi)高質(zhì)量閱讀材料。因此，教師還應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的快速閱讀能力，而這就需要教師經(jīng)常展開限時閱讀教學(xué)，讓學(xué)生在短時間內(nèi)完成閱讀、獲取信息。限時閱讀可促使學(xué)生全神貫注閱讀，提高閱讀質(zhì)量及速度。

（1）問題的分析

分析工件加工部位的裝配支撐孔F－F視圖的結(jié)構(gòu)，加工部位的尺寸43±0.1 mm為φ20 mm平面的深腔，毛坯端面的加工余量為0.8 mm，刀具采用棒狀0°前角的焊接硬質(zhì)合金兩刃端面锪刀，此結(jié)構(gòu)刀具具有造價低，加工效率高，刀具剛性好的特點。通過對工件尺寸距離43±0.1 mm超差的加工后的φ20 mm平面狀態(tài)觀察，表面粗糙度的變化比較大，在Ra12.5～3.2 μm之間。經(jīng)分析后確認(rèn)，是由于锪刀0°前角的硬質(zhì)合金刀具在加工過程中，刀刃產(chǎn)生了積屑瘤，積屑瘤參與切削導(dǎo)致加工的表面粗糙度變差，距離尺寸43±0.1 mm尺寸超差。

（2）解決方案

找到產(chǎn)生不良的原因后，將刀具的0°前角的焊接硬質(zhì)合金兩刃端面锪刀，磨制出約5°正前角，使刀具切削刃變得很鋒利，即可消除積屑瘤的產(chǎn)生。全檢經(jīng)過改制后的锪刀加工的產(chǎn)品，距離尺寸43±0.1 mm的尺寸公差得到了有效的控制，不僅加工效率更高，加工表面粗糙度同時也得到了改良。

3.2 關(guān)于 2－φ8mm 尺寸位置度超差率偏高

量產(chǎn)后，美國產(chǎn)HAAS VF3SS－H立式加工中心的OP10 工序的定位銷孔鏜孔 2－φ8mm 尺寸的位置度0.05 mm間中出現(xiàn)超差，全檢統(tǒng)計比例在1% ～3%范圍內(nèi)波動。

（1）設(shè)備及工藝分析

MAZAK PFH5800臥式加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)的分析:為了保證長時間工作的加工精度，消除外部和內(nèi)部熱源對機(jī)床加工精度的影響，機(jī)床配置了空調(diào)機(jī)，保證機(jī)床可以適應(yīng)不同的外部環(huán)境，同時給機(jī)床主軸和進(jìn)給絲杠提供冷卻，并可根據(jù)環(huán)境的不同條件進(jìn)行溫度的設(shè)定。MAZAK PH5800臥式加工中心機(jī)床的主軸采用直接驅(qū)動電主軸結(jié)構(gòu)，將機(jī)床主軸與電動機(jī)合為一體，此主軸結(jié)構(gòu)具有主軸剛性更好，效率更高，能最大程度發(fā)揮從高速加工到重切削的全部能量，使機(jī)床可以適應(yīng)從鋼材到鋁材等有色金屬的加工，在主軸電動機(jī)的定子線圈周圍布置了油套管，強(qiáng)行冷卻由機(jī)床空調(diào)冷卻箱供應(yīng)的冷卻油，使主軸運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量可以及時排出;機(jī)床的X/Y軸滾珠絲杠采用了高進(jìn)給剛性的雙錨固定支撐結(jié)構(gòu)，為了減少運動中的發(fā)熱所造成的位移，維持高精度的定位，X/Y軸滾珠絲杠軸心和支撐軸承也采用了循環(huán)式滾珠絲杠軸心的冷卻裝置，減小了熱變形對尺寸精度的影響。

HAAS VF3SS－H立式加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)的分析:機(jī)床的主軸與電動機(jī)的連接采用聯(lián)軸器直連驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，省去了傳動皮帶，使主軸的最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到12 000 r/min，主軸采用專用的有色金屬切削高速主軸，機(jī)床的X/Y軸滾珠絲杠軸軸心無冷卻，在運轉(zhuǎn)過程中，外界環(huán)境和機(jī)床本身產(chǎn)生的熱變形對X/Y軸定位精度會造成較大影響，最終導(dǎo)致加工工件鏜孔2－φ8mm尺寸的位置度0.05 mm的精度無法保證。

針對出現(xiàn)的工件尺寸超差的情況，對美國產(chǎn)HAAS VF3SS－H立式加工中心加工工件和日本產(chǎn)MAZAK PFH5800臥式加工中心加工工件都進(jìn)行了統(tǒng)計，經(jīng)過全檢統(tǒng)計后，日本產(chǎn)MAZAK PFH5800臥式加工中心加工工件定位銷孔鏜孔 2－φ8mm 尺寸的位置度0.05 mm其工程能力CPK≥1.67，完全符合圖紙要求。美國產(chǎn)HAAS VF3SS－H立式加工中心加工工件定位銷孔鏜孔 2－φ8mm 尺寸的位置度 0.05 mm其工程能力CPK無法滿足工件圖紙加工的技術(shù)要求，間中出現(xiàn)超差，統(tǒng)計比例為1% ～3%。經(jīng)車間現(xiàn)場通過激光干涉儀檢驗驗證，HAAS VF3SS－H立式加工中心X/Y軸定位精度等靜態(tài)幾何精度技術(shù)要求，符合機(jī)床出廠標(biāo)示的定位精度技術(shù)要求。

通過對機(jī)床結(jié)構(gòu)、加工夾具、刀具的分析可以得出結(jié)論:造成HAAS VF3SS－H立式加工中心加工工件位置度超差的主要原因是機(jī)床X/Y軸滾珠絲杠運動過程中，產(chǎn)生的熱變形累計誤差所致。如何解決熱變形對X/Y軸滾珠絲杠運動精度的影響，成為 HAAS VF3SS－H立式加工中心機(jī)床是否能夠滿足工件加工質(zhì)量要求的關(guān)鍵因素。

（2）解決方案

查閱相關(guān)技術(shù)資料，使用在線測量系統(tǒng)可在加工過程中進(jìn)行尺寸測量，根據(jù)測量結(jié)果自動修改加工程序，消除熱變形累計誤差的影響，滿足工件加工工藝所需的技術(shù)要求。為保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量，決定試用在線測量系統(tǒng)改善機(jī)床精度，選擇試用的是意大利MARPOSS（馬波斯）的觸發(fā)式測頭在線測量系統(tǒng)。

在線測量系統(tǒng)工作原理:在機(jī)床上采用觸發(fā)式測頭進(jìn)行測量時，可將觸發(fā)式測頭假設(shè)成一把刀具安裝在加工中心的刀庫中，當(dāng)工件加工完成后，隨程序調(diào)用在機(jī)床的主軸上，使觸發(fā)式測頭測針上的觸頭與工件2－φ8mm 內(nèi)孔表面接觸，由于機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)實時地記錄并顯示主軸的位置坐標(biāo)值，因此，可以結(jié)合測針的觸頭與工件的具體位置關(guān)系，利用機(jī)床主軸的坐標(biāo)值換算出工件被測量點的相關(guān)坐標(biāo)值，將此相關(guān)坐標(biāo)值數(shù)據(jù)補(bǔ)償?shù)较乱粋€工件加工的程序坐標(biāo)值中，實現(xiàn)對機(jī)床X/Y軸定位精度熱變形累計誤差的補(bǔ)償。整個測量過程中機(jī)床的運動、被測點坐標(biāo)值的記錄和測量結(jié)果的計算都由2D軟件包的宏程序根據(jù)加工工藝確定。圖7為觸發(fā)式測頭在線測量系統(tǒng)的工作原理框圖。

經(jīng)過3個月的加工試用，對工件加工成品的全檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計，消除了加工工件定位銷孔鏜孔 2－φ8mm尺寸的位置度0.05 mm超差的現(xiàn)象，證明通過在線測量系統(tǒng)對機(jī)床熱變形累計誤差進(jìn)行在線補(bǔ)償，是改善機(jī)床精度的一種有效手段，對今后類似技術(shù)問題的處理具有一定的參考價值。

4 結(jié)語

總結(jié)油底殼CNC加工試制和批量生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，通過試用在線測量系統(tǒng)，補(bǔ)償機(jī)床熱變形誤差累計，改善了機(jī)床加工精度，證明選用更加經(jīng)濟(jì)的立式加工中心同樣可以達(dá)到選用高精度的臥式加工中心滿足工件加工技術(shù)要求的效果，為工件加工選型采用更加經(jīng)濟(jì)的機(jī)床實現(xiàn)高精度的工件加工提供了一個參考方案。

［1］楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］徐國慶，徐飛躍.在線測量技術(shù)在電動乘用車前端蓋加工中的應(yīng)用［J］.MC 現(xiàn)代零部件，2011（6）:87－88.

［3］徐國慶，徐飛躍，曾超鋒.發(fā)動機(jī)油底殼數(shù)控加工工藝分析［J］.機(jī)械制造，2011（10）:78－81.