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摘 要：在发动机制造缸体曲轴内孔加工中，通常应用两种不同的刀具加工方案。一种采用玛帕原理的导条刀具机夹式刀片及导条。采用两到三个轴挡做引导，能保证最佳同轴度及直径公差。另一种使用线镗刀，同时加工各档，加工速度更快。刀具磨损的在线检测、实时补偿技术是关键难点之一。本文从线镗加工工艺、刀具补偿机构及原理、刀具在线补偿技术实际应用、失效模式分析及攻关，解析刀具在线补偿技术在缸体曲轴轴承孔加工中的应用。
关键词：发动机曲轴孔镗孔 刀具在线补偿 失效模式
在发动机制造设备中，加工中心完成60%的工序，加工中心设备数量占比例75%。气缸体、气缸盖的大部分加工内容是由加工中心完成。下面我们以某工厂铸铁缸体加工为例，在铸铁缸体加工中，由于铸造余量较大，先在粗加工工位采用粗铣加工，去掉铸造硬皮和多余金属，然后在线镗工位进行半精镗、精镗安装主轴承盖后的曲轴孔，最后在珩磨工位进行曲轴孔铰珩，得出网纹、粗糙度，直到满足加工要求，见图1。
1 线镗加工工艺
1.1 曲轴孔镗削工艺
曲轴孔镗削加工时，镗削有两种：一种是粗镗、半精镗、精镗三刀工序方法;另一种是半精镗、精镗两刀两工序的方法。这两种方法都有较为广泛的应用，考虑到两刀两工序法具有较高的加工效率，大多采用两刀两工序法，但刀具磨损较快，见图2。
1.2 线镗刀进入曲轴孔的间隙计算：
以直列式四缸发动机为例：来料曲轴孔半圆直径：Φ52±0.15mm，位置度：φ0.4mm;来料轴承盖半圆直径：Φ52±0.2mm，位置度：φ0.15mm;轴承盖安装面高度50±0.1mm;精刀片直径：Φ52.94～52.97mm;刀杆直径Φ49mm。
（1）曲轴孔上半圆：理论间隙=52/2+1-52.955/2=0.52mm。
（2）曲軸孔下半圆：理论间隙=52/2-1-49/2=0.5mm。
（3）最小间隙=曲轴孔下半圆极限位置-刀杆半径=（52-0.2）/2-0.1-0.15/2-1-49/2=0.225mm（当间隙为负值时，刀具与缸体/主轴承盖发生干涉，导致卡刀）。
1.3 线镗曲轴孔加工步骤顺序，见图3
2 刀具补偿机构及原理
2.1 补偿动作
刀杆先移动到需要补偿刀号对应的位置，补偿夹爪松开，补偿机构下降，补偿夹爪夹紧刀具基座，进行刀具补偿;补偿完毕，补偿夹爪松开，补偿机构上升，补偿机构夹紧，刀杆回到原位。
2.2 自动补偿概述
加工完成后的工件在测量工位进行测量。测量结果如果连续n次为+OK 或-OK 时，测量工位将向加工工位发送信号，接收到该信号后，将在下一次加工之前根据测量结果对直径进行相应补偿。
2.3 自动刀具补偿
（1）测量：测量工位由MARPOSS测量系统测量数据后传输至PMC。（2）±OK n次连续判定：PMC对测量结果中被连续判定为+OK或-OK的次数进行计数。测量结果与上一次相同时，次数不会复位。设备按照当前补偿值进行加工，见图4。（3）补偿：当计数器在达到计数峰值后，PMC向NC程序发出补偿请求信号。加工工位的NC程序在加工程序开头时读取相对应刀具的补偿请求，并对补偿请求信号的位为高位的刀位对应的刀具进行补偿。补偿完成后开始加工。
2.4 刀具补偿技术应用
在传统缸体曲轴孔加工过程中线镗刀具的调刀都需要人员手动调刀，调刀尺寸只能按照图纸最终尺寸去调整。在这种模式下主要存在以下问题：
（1）人员手动调刀误操作可能导致加工质量异常，零件报废;（2）调刀时拆装刀具需花费人力和时间;（3）调刀只能人为干预，不能根据现有的加工尺寸及时调整刀具尺寸，曲轴孔Ppk能力小于1。
通过曲轴孔线镗专机自动调刀系统和机构，实现了曲轴孔线镗刀的在线自动调刀，确保调刀与在线测量反馈结果相关。每班可节省调刀工作，工件报复风险大大降低，曲轴孔加工质量明显提升，Ppk能力由0.95提高到1.63以上。主要优点是卡爪在线调刀，避免人员的误操作导致调刀异常;调刀与在线测量反馈结果相关，实现在线自动调刀。在实际应用中优势明显。
3 失效模式分析及攻关
3.1 失效模式分析
A设备失效模式分析
补偿机构无法进行刀具补偿，导致工件加工出现超差。补偿机构无法进行刀具补偿的可能原因有补偿机构夹爪磨损，刀具基座磨损松动，刀具基座与补偿机构同轴度不相同等。
B产品失效模式分析
曲轴孔镗削直径过小：将导致后续珩磨机曲轴孔预检工位无法通过，无法进行曲轴孔绞珩造成返修浪费。
曲轴孔镗削直径过大：将导致后续曲轴孔绞珩余量不足，将无法完整绞珩出交叉网格，影响曲轴的润滑，导致曲轴磨损过快;也会引起曲轴在高速旋转时产生径向窜动，增加发动机噪声。
3.2 失效模式攻关
A补偿夹爪扭矩测量
先将刀具补偿夹爪松开，再将补偿夹爪扭矩测量专用工具放入夹爪内，最后夹紧刀具补偿夹爪将补偿夹爪扭矩测量专用工具夹紧;将扭力扳手套在专用工具上，旋转扭力扳手，在旋转过程中，读取最大值，最大值为夹爪扭矩，扭矩4N·m以上为合格。当扭力过小时，应检查补偿夹爪是否有磨损，夹爪磨损将无法卡住刀具基座进行补偿。若补偿机构夹爪磨损，须将其更换掉。
B刀具基座扭矩测量
先将刀具基座扭矩测量专用工具套到刀具基座上;将扭力扳手套在专用工具上，旋转扭力扳手，在旋转过程中，读取最大值，最大值为刀具基座扭矩，其合格扭矩范围为1.4-2.2N·m。当扭矩过小时，应检查刀片是否已达到磨损极限，刀片基座是否磨损松动，补偿机构会误认为补偿量达到极限，从而无法进行补偿。刀具基座扭矩测量或更换之后需要进行手动调刀。
4 结语
本文通过讲述线镗自动刀具补偿机构，在生产发动机缸体凸轮轴孔加工应用，通过刀具得自动补偿技术应用，能有效提高生产线生产效率及生产制造过程中质量稳定性。在大批量生产制造过程，具有较高的经济价值和推广价值。
参考文献：
[1] ENSHU操作者手册.
[2]浅谈线镗刀在缸体曲轴孔加工的应用[J].银佳和.装备技术.2018（02）.
关键词：发动机曲轴孔镗孔 刀具在线补偿 失效模式
在发动机制造设备中，加工中心完成60%的工序，加工中心设备数量占比例75%。气缸体、气缸盖的大部分加工内容是由加工中心完成。下面我们以某工厂铸铁缸体加工为例，在铸铁缸体加工中，由于铸造余量较大，先在粗加工工位采用粗铣加工，去掉铸造硬皮和多余金属，然后在线镗工位进行半精镗、精镗安装主轴承盖后的曲轴孔，最后在珩磨工位进行曲轴孔铰珩，得出网纹、粗糙度，直到满足加工要求，见图1。
1 线镗加工工艺
1.1 曲轴孔镗削工艺
曲轴孔镗削加工时，镗削有两种：一种是粗镗、半精镗、精镗三刀工序方法;另一种是半精镗、精镗两刀两工序的方法。这两种方法都有较为广泛的应用，考虑到两刀两工序法具有较高的加工效率，大多采用两刀两工序法，但刀具磨损较快，见图2。
1.2 线镗刀进入曲轴孔的间隙计算：
以直列式四缸发动机为例：来料曲轴孔半圆直径：Φ52±0.15mm，位置度：φ0.4mm;来料轴承盖半圆直径：Φ52±0.2mm，位置度：φ0.15mm;轴承盖安装面高度50±0.1mm;精刀片直径：Φ52.94～52.97mm;刀杆直径Φ49mm。
（1）曲轴孔上半圆：理论间隙=52/2+1-52.955/2=0.52mm。
（2）曲軸孔下半圆：理论间隙=52/2-1-49/2=0.5mm。
（3）最小间隙=曲轴孔下半圆极限位置-刀杆半径=（52-0.2）/2-0.1-0.15/2-1-49/2=0.225mm（当间隙为负值时，刀具与缸体/主轴承盖发生干涉，导致卡刀）。
1.3 线镗曲轴孔加工步骤顺序，见图3
2 刀具补偿机构及原理
2.1 补偿动作
刀杆先移动到需要补偿刀号对应的位置，补偿夹爪松开，补偿机构下降，补偿夹爪夹紧刀具基座，进行刀具补偿;补偿完毕，补偿夹爪松开，补偿机构上升，补偿机构夹紧，刀杆回到原位。
2.2 自动补偿概述
加工完成后的工件在测量工位进行测量。测量结果如果连续n次为+OK 或-OK 时，测量工位将向加工工位发送信号，接收到该信号后，将在下一次加工之前根据测量结果对直径进行相应补偿。
2.3 自动刀具补偿
（1）测量：测量工位由MARPOSS测量系统测量数据后传输至PMC。（2）±OK n次连续判定：PMC对测量结果中被连续判定为+OK或-OK的次数进行计数。测量结果与上一次相同时，次数不会复位。设备按照当前补偿值进行加工，见图4。（3）补偿：当计数器在达到计数峰值后，PMC向NC程序发出补偿请求信号。加工工位的NC程序在加工程序开头时读取相对应刀具的补偿请求，并对补偿请求信号的位为高位的刀位对应的刀具进行补偿。补偿完成后开始加工。
2.4 刀具补偿技术应用
在传统缸体曲轴孔加工过程中线镗刀具的调刀都需要人员手动调刀，调刀尺寸只能按照图纸最终尺寸去调整。在这种模式下主要存在以下问题：
（1）人员手动调刀误操作可能导致加工质量异常，零件报废;（2）调刀时拆装刀具需花费人力和时间;（3）调刀只能人为干预，不能根据现有的加工尺寸及时调整刀具尺寸，曲轴孔Ppk能力小于1。
通过曲轴孔线镗专机自动调刀系统和机构，实现了曲轴孔线镗刀的在线自动调刀，确保调刀与在线测量反馈结果相关。每班可节省调刀工作，工件报复风险大大降低，曲轴孔加工质量明显提升，Ppk能力由0.95提高到1.63以上。主要优点是卡爪在线调刀，避免人员的误操作导致调刀异常;调刀与在线测量反馈结果相关，实现在线自动调刀。在实际应用中优势明显。
3 失效模式分析及攻关
3.1 失效模式分析
A设备失效模式分析
补偿机构无法进行刀具补偿，导致工件加工出现超差。补偿机构无法进行刀具补偿的可能原因有补偿机构夹爪磨损，刀具基座磨损松动，刀具基座与补偿机构同轴度不相同等。
B产品失效模式分析
曲轴孔镗削直径过小：将导致后续珩磨机曲轴孔预检工位无法通过，无法进行曲轴孔绞珩造成返修浪费。
曲轴孔镗削直径过大：将导致后续曲轴孔绞珩余量不足，将无法完整绞珩出交叉网格，影响曲轴的润滑，导致曲轴磨损过快;也会引起曲轴在高速旋转时产生径向窜动，增加发动机噪声。
3.2 失效模式攻关
A补偿夹爪扭矩测量
先将刀具补偿夹爪松开，再将补偿夹爪扭矩测量专用工具放入夹爪内，最后夹紧刀具补偿夹爪将补偿夹爪扭矩测量专用工具夹紧;将扭力扳手套在专用工具上，旋转扭力扳手，在旋转过程中，读取最大值，最大值为夹爪扭矩，扭矩4N·m以上为合格。当扭力过小时，应检查补偿夹爪是否有磨损，夹爪磨损将无法卡住刀具基座进行补偿。若补偿机构夹爪磨损，须将其更换掉。
B刀具基座扭矩测量
先将刀具基座扭矩测量专用工具套到刀具基座上;将扭力扳手套在专用工具上，旋转扭力扳手，在旋转过程中，读取最大值，最大值为刀具基座扭矩，其合格扭矩范围为1.4-2.2N·m。当扭矩过小时，应检查刀片是否已达到磨损极限，刀片基座是否磨损松动，补偿机构会误认为补偿量达到极限，从而无法进行补偿。刀具基座扭矩测量或更换之后需要进行手动调刀。
4 结语
本文通过讲述线镗自动刀具补偿机构，在生产发动机缸体凸轮轴孔加工应用，通过刀具得自动补偿技术应用，能有效提高生产线生产效率及生产制造过程中质量稳定性。在大批量生产制造过程，具有较高的经济价值和推广价值。
参考文献：
[1] ENSHU操作者手册.
[2]浅谈线镗刀在缸体曲轴孔加工的应用[J].银佳和.装备技术.2018（02）.