凸輪軸孔加工位置傾斜的分析

楊健

摘要：缸蓋凸輪軸孔是發(fā)動機(jī)加工制造過程的關(guān)鍵孔系，其位置精度的好壞直接影響到凸輪軸裝配后的傳動質(zhì)量，若控制不好，則易導(dǎo)致凸輪軸異常磨損，甚至出現(xiàn)突然抱死，后果不堪設(shè)想。因此凸輪軸孔的位置精度通常被作為發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線的A類特性進(jìn)行管控。

關(guān)鍵詞：凸輪軸孔；位置精度；A類特性

1.問題說明

我公司某缸蓋產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)凸輪軸孔位置出現(xiàn)了一定規(guī)律的傾斜，圖紙要求進(jìn)排氣側(cè)的凸輪軸孔相對底面定位銷的尺寸公差為±0.1mm，而進(jìn)氣側(cè)凸輪軸的前后端最大傾斜量約0.08mm，進(jìn)氣側(cè)凸輪軸的前后端最大傾斜量約0.06mm，長期過程能力Cpk=0.3，嚴(yán)重不足，對加工穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此分析解決該問題已刻不容緩。

2.原因分析

結(jié)合現(xiàn)場實際情況調(diào)查及問題原因排查，根據(jù)魚刺圖工具，針對問題發(fā)生的每一個影響因素進(jìn)行分析，最終鎖定以下三個主要原因，分別為加工刀具、加工夾具及加工工藝。隨之對此進(jìn)行針對性的分析。

（1）加工刀具

凸輪軸孔借用老生產(chǎn)線的一把導(dǎo)條式鏜鉸刀進(jìn)行加工，其導(dǎo)條的精度直徑影響到孔的位置尺寸，維修人員通過磁力吸盤與杠桿表，對刀具導(dǎo)條的直線度和跳動進(jìn)行了檢查確認(rèn)，并未發(fā)現(xiàn)異常，因此可以基本排除刀具影響；

（2）加工夾具

影響夾具定位精度的有以下幾個關(guān)鍵因素：定位銷直線度、定位面高度差、定位銷的整體剛性，為了識別主要原因，分別對此進(jìn)行檢查確認(rèn)。

定位銷直線度

維修人員通過磁力吸盤與杠桿千分表對夾具的圓柱銷和菱形銷分別進(jìn)行直線度確認(rèn)，最終結(jié)果均小于0.02mm，符合夾具工藝要求，因此該夾具的定位銷直線度幾乎不會影響加工質(zhì)量。

定位面高度差

維修人員通過操作機(jī)床自帶的雷尼紹探頭對夾具的每個定位面分別進(jìn)行Z向坐標(biāo)確認(rèn)，從而換算出最大的高度差，經(jīng)過三輪檢查，所有結(jié)果均小于0.015mm，符合夾具工藝要求，因此該夾具的定位面高度差也非要因。

定位銷的整體剛性

由于該夾具需兼容多個加工機(jī)型，因此設(shè)計時采用了所有機(jī)型的共同定位銷孔，為缸蓋螺栓過孔上的兩個銷孔，此兩處銷孔距離缸蓋頂面較遠(yuǎn)，為了滿足使用要求，夾具定位銷采用了加長桿形式，然而定位銷加長后會直接引起銷的長徑比增加，整體剛性也會隨之減弱，原理類似于材料力學(xué)的懸臂梁結(jié)構(gòu)。為了驗證定位銷的整體剛性，工藝人員就靜態(tài)空載狀態(tài)下和負(fù)載加工狀態(tài)下兩種情況分別進(jìn)行檢查分析。

靜態(tài)空載狀態(tài)驗證流程：采用磁力吸盤及杠桿千分表從定位銷頂部檢測到底部，記錄頂?shù)撞康淖畲笞儾睿謩e多次重復(fù)測量，如圖一左側(cè)所示。

負(fù)載加工狀態(tài)驗證流程：人工將缸蓋安裝到夾具的定位銷上，并驅(qū)動油缸夾緊，采用磁力吸盤及杠桿千分表測量缸蓋上某一個參考點的指針讀數(shù)，將其調(diào)整至零位，隨后油缸松開，工件處于松弛狀態(tài)，再次確認(rèn)缸蓋同一參考點的指針讀數(shù)，并記錄，分別多次重復(fù)測量。該讀數(shù)便是定位銷夾緊松開時因定位銷的形變產(chǎn)生的變差。測量過程如圖一右側(cè)所示。

通過數(shù)據(jù)對比分析，最終得到以下結(jié)論：定位銷的整體剛性不足，無法滿足工藝要求，同時對定位銷結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)，該定位銷與定位銷安裝座之間采用的是分體式結(jié)構(gòu)，兩者配合安裝過程中存在一定的間隙，也會對剛性產(chǎn)生一定的影響。因此可以判定定位銷整體剛性是該問題的潛在要因之一。

（3）加工工藝

工藝編排時將凸輪軸孔的加工安排在了火力面加工之后，由于火力面為大平面，采用密齒大盤銑刀切削過程中會產(chǎn)生加大的切削力，同時加之定位銷剛性不足，很有可能會降低定位銷的定位精度，因此工藝設(shè)計不合理也是潛在要因之一。

3.整改措施

通過以上原因分析，基本鎖定了兩大潛在要因，分別是定位銷的整體剛性和加工工藝設(shè)計不合理。對此指針對性的整改措施。

（1）根據(jù)缸蓋構(gòu)造重新測繪定位銷，繪制圖紙。銷頭由分離改為一體，降低配合間隙；定位銷支撐部位加粗2mm，增強(qiáng)其剛性；定位銷選用軸承鋼材料，并進(jìn)行整體表面處理。以上措施實施后，對定位銷整體剛性進(jìn)行了再次測量確認(rèn)，均滿足工藝要求。

（2）調(diào)整加工工藝，將凸輪軸孔加工安排在火力面加工之前，以降低切削力對凸輪軸孔加工位置的影響。

（3）以上兩個措施完成之后，進(jìn)行了缸蓋的批量加工驗證，通過數(shù)據(jù)整理分析，其凸輪軸孔的位置精度加工過程能力，Cpk均大于1.67，屬于穩(wěn)定狀態(tài)，質(zhì)量可控。

4.結(jié)語

通過了多輪的問題原因分析，查找關(guān)鍵要因，并針對性地指定整改措施進(jìn)行驗證，最終保證了缸蓋凸輪軸孔加工位置傾斜的問題得到圓滿解決，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了生產(chǎn)線的加工能力和穩(wěn)定性，避免了批量問題導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。在整個問題分析和解決的過程中，工藝及現(xiàn)場人員都開啟了頭腦風(fēng)暴獻(xiàn)言獻(xiàn)策，為問題的解決起到了積極正面的作用。其意義在于不僅保證了加工質(zhì)量，同時提高了現(xiàn)場人員思考問題解決問題的能力，也為后續(xù)項目的開展奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

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