袁 霞，楊青松

（1.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州545005；2.柳州上汽汽車(chē)變速器有限公司，廣西柳州545000）

圓度測(cè)量在缸孔加工中的應(yīng)用

袁 霞1，楊青松2

（1.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州545005；2.柳州上汽汽車(chē)變速器有限公司，廣西柳州545000）

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，介紹了圓度測(cè)量以及圓度儀的相關(guān)知識(shí)。以圓度測(cè)量在發(fā)動(dòng)機(jī)部件缸體的缸孔的應(yīng)用來(lái)展現(xiàn)其對(duì)機(jī)加零件質(zhì)量控制的方法，體現(xiàn)了圓度測(cè)量在零件加工中質(zhì)量控制的重要性，為提高零件加工的質(zhì)量打下了良好基礎(chǔ)。

圓度測(cè)量；缸孔加工；質(zhì)量控制；圓度儀

隨著汽車(chē)行業(yè)在國(guó)際和國(guó)內(nèi)的迅速發(fā)展，各汽車(chē)廠商的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)的核心部件，相關(guān)質(zhì)量技術(shù)要求也在時(shí)代的進(jìn)步中更加體現(xiàn)其重要性。質(zhì)量檢測(cè)作為汽車(chē)零部件生產(chǎn)制造中控制加工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與市場(chǎng)和成本息息相關(guān)。圓度測(cè)量是形位公差檢測(cè)中的一種，在機(jī)加質(zhì)量控制中使用廣泛，為零件加工質(zhì)量的提高起到很大的作用。

本文針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的缸孔加工，利用圓度測(cè)量?jī)x來(lái)監(jiān)控其加工質(zhì)量，充分體現(xiàn)了圓度測(cè)量在零件加工中質(zhì)量控制的重要性，解決了實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題，從而提高了生產(chǎn)效率和節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

1 圓度測(cè)量的原理以及評(píng)價(jià)方法

圓度是指回轉(zhuǎn)表面的橫向截面輪廓（圓要素）的形狀精度。橫向截面與回轉(zhuǎn)表面的軸線相交的交點(diǎn)，是圓要素的中心。圓要素上各點(diǎn)至該中心的距離為圓要素的半徑。當(dāng)實(shí)際圓要素存在形狀誤差時(shí)，在圓要素上各點(diǎn)處的半徑并不相同，故圓要素的形狀誤差是其半徑變化的真實(shí)反映[1]。

圓度誤差表示實(shí)際圓要素精度的技術(shù)參數(shù)。測(cè)量圓度，就是確定實(shí)際圓要素的圓誤差，從而獲得它們的形狀精度狀況。圓度測(cè)量方法主要有回轉(zhuǎn)軸法、三點(diǎn)法、兩點(diǎn)法、投影法和坐標(biāo)法，直接利用數(shù)據(jù)采集儀連接百分表法[2]。

圓度測(cè)量的評(píng)定方法包括：最小區(qū)域法、最小二乘法、最小外接圓、最大內(nèi)接圓四種，而最終的圓度評(píng)價(jià)值與各零件在評(píng)價(jià)中所選用的濾波也有一定的關(guān)系，各行業(yè)在選擇濾波上根據(jù)各自的零件特色、直徑以及不同的設(shè)備也有相應(yīng)的規(guī)則。

對(duì)于圓度測(cè)量，國(guó)內(nèi)和國(guó)際上都相應(yīng)制定了標(biāo)準(zhǔn)，在汽車(chē)制造以及發(fā)動(dòng)機(jī)制造上都有相應(yīng)應(yīng)用，尤其在一些具有一定規(guī)模的企業(yè)都有自己的一套相關(guān)體系或規(guī)程。

2 圓度測(cè)量工具

目前工廠常用橋式三坐標(biāo)和圓度儀進(jìn)行圓度測(cè)量，由于對(duì)圓度指標(biāo)的具體測(cè)量要求不同，所采用的測(cè)量工具也不同。當(dāng)測(cè)量要求對(duì)圓度指標(biāo)不是最終要求工位，且公差精度等級(jí)不高時(shí)，通常采用快速的三坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，使用三坐標(biāo)測(cè)量值作為參考值來(lái)調(diào)節(jié)加工的各個(gè)參數(shù)，保證加工精度和加工質(zhì)量，包括刀具的使用，節(jié)拍的控制，加工的步驟等。當(dāng)圓度要求較高，圓度技術(shù)控制是最終工序時(shí)，采用實(shí)驗(yàn)室的圓度儀進(jìn)行測(cè)量。

圓度儀分為轉(zhuǎn)軸式圓度儀和轉(zhuǎn)臺(tái)式圓度儀兩種類(lèi)型[3]。

如下圖（a）所示為轉(zhuǎn)軸式圓度儀的結(jié)構(gòu)原理圖，該種儀器測(cè)量時(shí)，測(cè)量過(guò)程中被測(cè)工件固定不動(dòng)，儀器的主軸帶著傳感器和測(cè)頭一起回轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸式圓度儀通常為大型圓度儀，用來(lái)測(cè)量大型工件，一方面大型工件回轉(zhuǎn)起來(lái)需要的動(dòng)力比較大，精度難以保證，另一方面大型工件回轉(zhuǎn)中，工作臺(tái)的精度難以調(diào)節(jié)。

如下圖（b）所示為轉(zhuǎn)臺(tái)式圓度儀的結(jié)構(gòu)原理圖，該種儀器工作時(shí)傳感器和測(cè)頭的位置固定不變，而被測(cè)零件放置于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，隨工作臺(tái)一起回轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)式圓度儀常常制作成結(jié)構(gòu)小巧的臺(tái)式儀器，工作過(guò)程中被測(cè)零件隨工作臺(tái)一起回轉(zhuǎn)，受工作臺(tái)承載能力的限制，該類(lèi)儀器常用于測(cè)量小型零件。兩種圓度儀結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 兩種圓度儀結(jié)構(gòu)原理圖

實(shí)驗(yàn)室同時(shí)具有上述兩種類(lèi)型的圓度儀，鑒于缸體的體型和重量，實(shí)驗(yàn)室采用大型圓度儀FMS8200和便攜式的圓度儀Incometer V115即轉(zhuǎn)軸式圓度儀測(cè)量缸孔的圓度，而小型圓度儀Tayloy365通常被用來(lái)測(cè)量檢具標(biāo)準(zhǔn)件、連桿、氣門(mén)等小型工件。

3 圓度測(cè)量在零件加工中的應(yīng)用

發(fā)動(dòng)機(jī)的3C件即缸體、缸蓋和曲軸的加工中，均有相關(guān)對(duì)于圓度質(zhì)量控制的技術(shù)要求，而缸體作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部件，在缸孔的檢測(cè)上尤為重要。如圖2所示為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的三維圖，缸孔是氣體壓縮燃燒和膨脹的空間，并對(duì)活塞起導(dǎo)向作用，缸孔表面是發(fā)動(dòng)機(jī)磨損最嚴(yán)重的表面之一，它的質(zhì)量決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，圓度儀等高自動(dòng)化、高精度、高效率的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備對(duì)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全都起著至關(guān)重要的作用。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體三維圖

3.1 缸體缸孔加工中的圓度測(cè)量

由于缸體材料需要較高的強(qiáng)度、良好的鑄造性能、耐磨性能、切削加工性能以及優(yōu)良的熱疲勞性能，因此汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體制造的材料一般為灰鑄鐵和鋁合金，目前工廠采用的材料是灰鑄鐵。缸孔的加工工序?yàn)椋捍昼M缸→半精—精鏜缸→精絎缸。

缸孔的主要加工工藝分為鏜孔和絎孔。粗加工主要是為了切削材料并為后續(xù)精加工奠定基礎(chǔ)，大多數(shù)采用鏜孔工藝。而對(duì)于精加工工序，珩磨可以同時(shí)達(dá)到缸孔表面粗糙度和儲(chǔ)油性能的要求，且不會(huì)影響缸孔表面的加工質(zhì)量，可以降低汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗量，延長(zhǎng)催化器的壽命，降低排放量，減少磨損。如下所示為缸孔在加工過(guò)程中，不同加工工序所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量控制儀器的應(yīng)用。

（1）粗鏜缸孔，加工工藝中只對(duì)缸孔的直徑和位置度作了要求，采用表塞規(guī)和三坐標(biāo)檢測(cè)，為后續(xù)缸孔的加工確定好相應(yīng)的尺寸，防止位置偏差帶來(lái)的缸孔傾斜。

（2）精鏜缸孔，加工工藝中對(duì)缸孔直徑位置度、垂直度和圓度都作了相應(yīng)規(guī)定。除了直徑測(cè)量采用氣動(dòng)檢具，其它均采用三坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。其中該工序圓度要求為0.015 mm，采用三坐檢測(cè)標(biāo)可以滿足需求，如圖3所示為三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。

圖3 三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x

（3）精絎缸孔，加工工藝中對(duì)缸孔直徑位置度、垂直度、圓度都作了相應(yīng)規(guī)定。該工序直徑測(cè)量使用氣動(dòng)檢具，位置度和垂直度采用線旁三坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。由于缸孔圓度要求為0.005 mm，精度高，因此采用如圖4所示轉(zhuǎn)軸式圓度儀進(jìn)行測(cè)量。

圖4 轉(zhuǎn)軸式圓度儀

3.2 圓度測(cè)量數(shù)據(jù)分析

圓度測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果包括測(cè)量數(shù)值和曲線圖形。如圖5所示為圓度測(cè)量值Q-DAS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。采用Q-DAS集成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)加工零件的測(cè)量值實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以判斷生產(chǎn)線絎磨加工缸孔的過(guò)程能力，突出差異點(diǎn)，同時(shí)可以根據(jù)趨勢(shì)圖指導(dǎo)生產(chǎn)線的調(diào)整，刀具的調(diào)整等，從而提高生產(chǎn)效率和節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

圖5 圓度測(cè)量值Q-DAS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圓度儀測(cè)量可以根據(jù)測(cè)量點(diǎn)模擬出測(cè)量的圓度圖形以及評(píng)價(jià)圓度曲線，通過(guò)實(shí)際圖形可以看出零件的缺陷所在，并分析出原因，進(jìn)一步改善加工質(zhì)量，提高整體加工水平。

缸孔在絎磨中，圓度圖形表現(xiàn)形式主要有尖峰低谷狀、拉毛鋸齒狀、橢圓桃子狀等。

（1）尖峰低谷狀，如圖6所示可以看出在實(shí)際的測(cè)量曲線中有一處尖峰或低谷，另擬合的圓度曲線也可見(jiàn)低谷狀，此處表現(xiàn)為異常點(diǎn)，分析此類(lèi)問(wèn)題時(shí)可以仔細(xì)觀察缸孔并觸摸，可發(fā)現(xiàn)此缸孔內(nèi)表面有毛刺、毛屑或其它突兀污染物等現(xiàn)象，可以通過(guò)在送檢前進(jìn)行打磨或清洗減少毛刺污染物等避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。

圖6 尖峰低谷狀輪廓

（2）拉毛鋸齒狀，如圖7所示，此類(lèi)問(wèn)題通常由多個(gè)深度不是很大的低谷或尖峰組成，分析此類(lèi)問(wèn)題時(shí)可以仔細(xì)觀察有問(wèn)題的缸孔并觸摸，可發(fā)現(xiàn)此缸體內(nèi)孔表面粗糙，網(wǎng)紋清晰可見(jiàn)，由此判斷出是缸體內(nèi)孔粗糙影響了缸體圓度，可以通過(guò)提高缸體的內(nèi)孔粗糙度等避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。

圖7 拉毛鋸齒狀輪廓

（3）橢圓桃子狀，如圖8所示測(cè)量圖形呈橢圓狀，主要原因是由于刀具絎磨中刀具過(guò)長(zhǎng)，晃動(dòng)較大，加工不穩(wěn)定造成。解決此類(lèi)問(wèn)題的有效方法為檢查機(jī)床和刀具，調(diào)整加工節(jié)拍，夾緊主軸。

圖8 橢圓桃子狀輪廓

綜上所述，對(duì)缸孔進(jìn)行圓度測(cè)量前，需要對(duì)缸孔表面清潔干凈，保證裝夾過(guò)程對(duì)測(cè)量值無(wú)影響，操作無(wú)誤，在這些前提條件下才能正確地獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)機(jī)加質(zhì)量做出科學(xué)的引導(dǎo)，有效提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)缸孔加工中的圓度測(cè)量的闡述，體現(xiàn)了圓度測(cè)量對(duì)機(jī)加質(zhì)量控制的重要性，在發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、曲軸的各工序中無(wú)處不體現(xiàn)著相應(yīng)的圓度測(cè)量需求。圓度測(cè)量與機(jī)加質(zhì)量控制的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，在后續(xù)不斷進(jìn)步中仍需要不斷挖掘它的作用，只有掌握了這把利器，才能更好的適應(yīng)未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。

[1]汪愷，張紀(jì)真.形狀和位置公差標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[2]甘永立.幾何量公差與檢測(cè)[M].5版.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2001.

[3]吳靜.機(jī)械檢測(cè)技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1999.

Roundness Measuring App lication in Cylinder Hole Processing

YUAN Xia1，YANG Qing-song2
（1.SAICGM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China；2.Liuzhou SAICMotor Transmission Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi545000，China）

In this paper，combined with the actual situation of the production site，introduced the roundnessmeasurement and roundness instrument of the relevant knowledge.The application of the cylinder bore of the engine in roundnessmeasurement shows the quality control of themachine parts，which reflects the importance of roundness measurement in the quality control of part processing，and improved the quality of the part processing has laid a good foundation.

roundnessmeasurement；cylinder bore processing；quality control；roundness instrument

TG806

A

1672-545X（2017）04-0100-04

2017-03-19

袁霞（1988-），女，湖北襄陽(yáng)人，本科，助理工程師，主要研究方向：質(zhì)量檢測(cè)。