發(fā)動機缸體加工定位誤差分析

毛護國

（華中科技大學，湖北 武漢430074）

0 引言

缸體作為發(fā)動機的核心部件之一，其加工精度直接影響著發(fā)動機的工作效率和性能。目前大部分汽車發(fā)動機缸體生產(chǎn)中普遍采用一面兩銷定位方式進行加工，而針對一面兩銷定位方式的誤差分析大部分都只考慮一面兩銷定位產(chǎn)生的誤差或只單獨考慮缸體底面與支承面的接觸誤差，本文通過引入誤差映射模型對缸體加工中一面兩銷的定位方式進行誤差估計，全面地考慮了一面兩銷定位中各定位元件產(chǎn)生的誤差對最終缸體位姿的影響，在實際加工中對提高缸體生產(chǎn)效率和加工精度具有很好的實踐意義。

1 誤差映射模型建立

如圖1所示，建立1個固定在工件上的坐標系｛W｝作為參考坐標系。｛G｝和｛Li｝分別是全局坐標系和固定在第i個定位元件上的局部坐標系。

圖1 夾具坐標系示意圖

工件和第i個定位元件之間的接觸點可用下式等價表示：

2 一面兩銷定位誤差計算

2.1 相關坐標系的建立

缸體加工中一般以精加工底面為支承面，底面上加工2個銷孔以形成一面兩銷定位方式（圖2），底面支承面上取3個支撐點限制（z，α，β）3個自由度，圓柱銷1限制x、y2個自由度，削邊銷2限制γ1個自由度，從而實現(xiàn)完全定位。

圖2 一面兩銷定位示意圖

2.1.1 工件坐標系的建立

以四缸發(fā)動機缸體為例，選取缸體頂面中心點，即缸體頂面第1、4個缸中心線中點為原點，建立工件坐標系｛W｝，如圖3所示。

圖3 工件坐標系示意圖

2.1.2 定位元件坐標系的建立

3個底面支撐點的坐標系選取與缸體底面接觸的3個點r1、r2、r3為定位元件的坐標原點，坐標系姿態(tài)與工作坐標系相同，如圖4所示。

圖4 r1、r2、r3 坐標系

圓柱銷與缸體底面圓柱銷孔接觸點設為圓柱銷底面圓心、圓柱銷限制工件在x、y2個方向的自由度，則r4、r5（坐標相同）在工件坐標系｛W｝中的坐標為（0，－220，－412.978）；對應的n4、n5分別為（1，0，0）、（0，1，0）；對應地，削邊銷與缸體底面孔接觸點r6在工件坐標系｛W｝中的坐標為（0，220，－412.978），n6＝（1，0，0），如圖5、圖6所示。

2.2 數(shù)據(jù)計算

圖5 r4、r6 坐標系

圖6 r5坐標系

表1 WL值

顯然定位矩陣WL為滿秩矩陣，即一面兩銷的定位方式為完全定位。

通過測量得到了一組數(shù)據(jù)：Δr＝［－0.00340.0027－0.0017 －0.01310.00670.0238］T∈Rm×1。

通過式（4）可以求得缸體的位姿：ΔX＝［0.01280.0024－0.00150.00000.0000 －0.0001］T，ΔX 中前3項為缸體的位置誤差，后3項為缸體的姿態(tài)誤差，分別為缸體繞坐標系｛W｝中x、y、z軸所轉過的角度。

3 一種有效提高加工精度的方法

在實際加工過程中，為提高定位精度可給工件施加一個垂直于兩定位銷的橫向力，使定位銷與定位孔作單邊接觸，這樣的好處是可以提高定位精度，極大地減小 ΔX＝［x，y，z，α，β，γ］T中γ的值，即工件繞z軸的轉向誤差。但同時夾具多次裝夾后可能產(chǎn)生變形而影響定位精度，但在如發(fā)動機缸體氣缸孔的精加工等關鍵工序中可以應用這種方法以提高缸體的加工精度。

4 結語

缸體實際加工過程中，給定定位元件的公差Δr，可以估計工件的位置和姿態(tài)誤差ΔX，可通過多組數(shù)據(jù)對一批工件的裝夾定位誤差進行估計，在缸體加工過程中補償夾具定位產(chǎn)生的誤差，從而提高缸體加工精度。反過來，當給定工件的位姿精度要求，通過式（4），結合夾具定位元件設計要求，也可估算出定位元件的公差等級，給定位元件尺寸設計提供參考。

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