王路斌 賴(lài)澤啟 郭景斌 冀海月 畢浩然 劉善林 黃斌

摘 要：通過(guò)對(duì)內(nèi)燃機(jī)活塞加工工藝流程以及活塞銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差的分析，提出了設(shè)置活塞頂部圓環(huán)面工藝基準(zhǔn)，來(lái)有效降低活塞銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差的工藝方案。

關(guān)鍵詞：工藝改進(jìn);誤差削減;基準(zhǔn);尺寸鏈

中圖分類(lèi)號(hào)：TK45? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）12-145-03

Abstract： Based on the analysis of the piston machining process of internal combustion engine and the verticality error between the axis of piston pin hole and the axis of the skirt， a process plan for effectively reducing the verticality error between the axis of piston pin hole and the axis of the skirt by setting the technical datum of the torus on the top of the piston is put forward.

Keywords： Process improvement; error reduction; datum; dimension chain

前言

活塞銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差是活塞機(jī)械加工中一項(xiàng)比較重要且難以控制的位置誤差，該項(xiàng)誤差超差是影響活塞機(jī)械加工合格品率的主要原因之一。

1986年，劉永利[1]通過(guò)對(duì)垂直度誤差的測(cè)量方法進(jìn)行了一定的總結(jié)，并在之后做了較為完善的測(cè)量誤差分析，將誤差總結(jié)為基準(zhǔn)要素誤差、被測(cè)要素誤差、測(cè)量器具誤差。1998年，徐宗道[2]設(shè)計(jì)了活塞銷(xiāo)孔軸線對(duì)裙部軸線的垂直度檢具，該檢具具有量值反映準(zhǔn)確、直觀、測(cè)量精度高且不受裙部外圓曲線、鼓形、錐形形狀的限制等優(yōu)點(diǎn)。2000年，林曉華[3]對(duì)鋁活塞銷(xiāo)孔軸線對(duì)裙部的垂直度測(cè)試方法進(jìn)行了一定的改進(jìn)。利用銷(xiāo)孔軸線和裙部軸線對(duì)底面的平行度減小了誤差。

1 活塞加工工藝流程以及活塞銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差的分析

1.1 活塞加工的誤差分析及計(jì)算

常見(jiàn)的活塞加工中銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差來(lái)源主要有四種：多次裝夾誤差、定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差、頂針與底部倒角同軸度誤差、測(cè)量基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。

在常用的鋁活塞機(jī)械加工工藝中，加工基準(zhǔn)主要有（見(jiàn)圖2）：止口端面，止口內(nèi)倒角，止口內(nèi)側(cè)面，頂針孔。

活塞銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差是精加工段多道工序定位基準(zhǔn)誤差、加工誤差的綜合反映，除了止口端面、止口內(nèi)倒角以及頂針孔三者之間的位置誤差外，影響該項(xiàng)誤差的工序主要包括：精車(chē)裙部（裙部精車(chē)后一般是中凸變橢圓型面），精車(chē)頂面，精鏜銷(xiāo)孔，常見(jiàn)的加工順序?yàn)椋壕?chē)裙部→精車(chē)頂面→精鏜銷(xiāo)孔，參見(jiàn)圖3。

在精車(chē)裙部工序中，采用止口內(nèi)倒角和頂針孔定位，頂針孔同時(shí)夾緊（頂緊）活塞，如圖，精車(chē)后裙部表面一般是中凸變橢圓型面;在精車(chē)頂面工序中，采用止口端面和止口內(nèi)側(cè)面定位，F(xiàn)1是夾緊力，如圖4;在精鏜銷(xiāo)孔工序中，采用頂面和頭部外圓定位，F(xiàn)2是夾緊力，如圖5。

活塞銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差的測(cè)量基準(zhǔn)是裙部軸線，裙部軸線需要通過(guò)裙部表面來(lái)確定，而加工裙部表面的定位基準(zhǔn)是止口內(nèi)倒角和頂針孔;另一方面，活塞頂面加工是以止口端面（不含頂針孔）定位的，與加工裙部的定位基準(zhǔn)不一致;精鏜銷(xiāo)孔工序定位基準(zhǔn)是活塞精車(chē)后的頂面和頭部外圓，與加工裙部的定位基準(zhǔn)也不一致，因此，銷(xiāo)孔以及裙部在加工過(guò)程中存在多次基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換（基準(zhǔn)不一致）誤差，基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換鏈較長(zhǎng)（與精車(chē)裙部工序、精車(chē)頂面工序以及精鏜銷(xiāo)孔工序有關(guān)），使得活塞銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差難以控制。

工藝誤差分析如下：

在精車(chē)裙部工序中，采用止口內(nèi)倒角和頂針孔定位，頂針孔同時(shí)夾緊（頂緊）活塞，精車(chē)后裙部表面一般是中凸變橢圓型面;在精車(chē)頂面工序中，采用止口端面和止口內(nèi)側(cè)面定位;在精鏜銷(xiāo)孔工序中，采用頂面和頭部外圓定位。

這是一個(gè)角度尺寸鏈，共有4個(gè)環(huán)：

a1-止口端面與頂面的平行度公差

a2-頂面與銷(xiāo)孔軸線的平行度公差

a3-止口端面與裙部軸線的垂直度公差

a4-裙部軸線與銷(xiāo)孔軸線的垂直度公差

對(duì)于a1、a2，他們是平行度，可以認(rèn)為其基本尺寸是0°。對(duì)于a3、a4，他們是垂直度，基本尺寸是90°。根據(jù)上面所設(shè)的形位公差可得角度尺寸鏈如下：

則可知將角度尺寸鏈轉(zhuǎn)化為支線尺寸鏈后如下圖：

則可以看出，a4的轉(zhuǎn)化為平行度誤差后受a1a2a3影響，誤差較大。

2 活塞加工相關(guān)工藝的改進(jìn)

2.1 增設(shè)精車(chē)頂面定位面

在精車(chē)裙部工序中，加入精車(chē)頂面定位面內(nèi)容，即：一次定位裝夾后，完成裙部的加工和頂面定位面的加工，頂面定位面是與活塞裙部軸線（即活塞回轉(zhuǎn)軸線）相垂直的環(huán)形平面，參見(jiàn)圖10;接下去采用頂面定位面和頭部外圓定位精鏜銷(xiāo)孔，參見(jiàn)圖11，此時(shí)銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差已經(jīng)確定;此后再精車(chē)頂面，參見(jiàn)圖4。相關(guān)的加工順序?yàn)椋壕?chē)裙部（含頂面定位面）→精鏜銷(xiāo)孔→精車(chē)頂面。

積極效果：采用這種工藝后，裙部和頂面定位面是同一定位基準(zhǔn)一次裝夾完成的加工，精鏜銷(xiāo)孔以頂面定位面和頭部外圓定位，從而使得銷(xiāo)孔以及裙部在加工過(guò)程中基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換鏈縮短（只與精車(chē)裙部工序和精鏜銷(xiāo)孔工序有關(guān)），有利于減小銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差。

2.2 改進(jìn)后的誤差分析

由于頂部圓環(huán)端面與活塞裙部是一次定位一次加工出來(lái)的，所以二者對(duì)于原來(lái)的定位沒(méi)有誤差，即頂部圓環(huán)端面對(duì)于裙部軸線的垂直度公差可以忽略，因此，在以頂部圓環(huán)端面為定位基準(zhǔn)加工出來(lái)的銷(xiāo)孔，其軸線與裙部軸線的垂直度公差僅僅取決于由頂部圓環(huán)端面定位加工銷(xiāo)孔是產(chǎn)生的平行度公差，大大降低了定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。

2.3 總結(jié)

經(jīng)過(guò)對(duì)于傳統(tǒng)活塞加工中銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差和改進(jìn)后活塞加工銷(xiāo)孔軸線與裙部軸線垂直度誤差的分析，可以看出改進(jìn)后的活塞加工方法的所產(chǎn)生誤差源減少，使得兩軸線垂直度誤差更易保證。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉永利.活塞銷(xiāo)孔軸線對(duì)裙部軸線垂直度測(cè)量誤差分析[J].內(nèi)燃機(jī)配件，1986（04）：3-11.

[2] 徐宗道.活塞銷(xiāo)孔軸線對(duì)裙部軸線垂直度檢具[J].機(jī)械工人.冷加工，1998（01）：18.

[3] 李安海，盧永紅，劉濤，趙軍.鋁合金活塞銷(xiāo)孔加工過(guò)程工藝優(yōu)化[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2018.

[4] 王先逵.裝配尺寸鏈中角度尺寸鏈的建立和轉(zhuǎn)化[J].機(jī)械工藝師，1990（08）：21-23.