精镗自动补偿技术在国内主流汽车发动机厂中的应用

伺服系统而言，是很容易实现的。

采用偏转机构的微调镗刀相比上节介绍的、已很成熟的“斜楔型”是否有技术上的一些优点呢？前者刀尖的径向位移是由偏转机构运动引起的，从图3可见，在由拉杆的轴向移动转换为切削刃径向补偿过程中，不存在配合间隙，故传递、转换精度比较高。

而“斜楔型”机构存在的配合间隙，会对补偿精度带来一些影响。另一方面，由后者的结构所决定，加上客观存在的细微配合间隙，会导致镗刀的密封性较差，而一旦油污、尘埃乃至微小的切削等进入刀尖，尤其粘附于配合部位，就会降低补偿效能。反之，从图3所示的偏转机构微调镗刀的结构可见，密封效果就较好。

2. 镗刀的微调功能在“半精镗/精镗一体化”中的应用

近年来，在缸孔、连杆孔的加工中，把半精镗/精镗合成为一道工序，在一个工位上先后完成半精镗和精镗的情况越来越多，而镗刀的微调功能在其间发挥了重要作用。

为此，在图3中的镗杆端部，将不但有位于下方的精镗刀片，还在上方安装一片乃至多片半精镗刀片，图4是一种用于缸孔加工的镗头示意图，其左视图上半部互成105°的3个刀片就用于半精镗。

按这种一体化的方式加工时，首先让图3a中的调整叉处在顶出位置，使偏转轴上的两垫块位于叉的后部，偏转轴上翘，镗杆被偏置了一个设定值“r”，以使刀片1的切削刃到达半精镗位置。这时的精镗刀片切削刃必然在半精镗直径之内，形成“让刀”。

之后，镗刀在前进中完成了孔的半精镗加工，接图3a中的拉杆后退，使3切削刃被移回一个偏置值“r”。而精镗加工就在镗刀返回时完成。至于“r”值的大小，取决于半精镗、精镗的名义值，此外还需考虑工艺上给出的公差以及其它一些因素。

当微调镗刀为“斜楔”型时，实施半精镗、精镗一体化加工的过程与以上描述相似，只是此时的半精镗刀片是安装在固定的、不会发生偏转的镗杆上。镗刀前进，实施半精镗加工时，也是先由拉杆移动，通过斜楔机构使切削刃缩回以完成精镗刀片的“让刀”后再进行。

半精镗/精镗一体化的优越性是十分明显的，主要有两方面。（1）节省了生产线一个工位，减少了投入，包括设备等硬件及车间场地；（2）由于在同一个工位、相同的装夹状态下执行两道加工工序，这就大大降低了传统的、分两个工位加工的方法可能会产生的制造误差，提高了工件精镗的加工精度。

3. 缸孔精镗自动补偿在加工中心中的应用

众所周知，连杆大、小头孔的半精镗、精镗基本上都是采用专机加工方式，而缸孔则不然，从前文中的介绍可知，近年来选择加工中心的比例已超过四成。但另一个显见的事实是这种情况下配备精镗自动补偿系统的才占四分之一，远低于采用专机加工时的近三分之二。原因何在？

 
图4 加工中心的缸孔精镗自动补偿工作示意图

从技术层面看，这是与加工中心的刚性普遍不如专用机床，实现刀尖补偿的过程较为复杂，使用效果逊于专机有关。

但近年来，由（德）SANtech和（美）Valenite等公司开发的用于加工中心的缸孔精镗自动补偿技术，因较好地解决了一些棘手的问题而使其应用比例逐渐上升。在比较上述两家产品的工作原理和实现过程后，可发现还是有很多相似之处的，图5是该系统的示意图。

在图4的示意图a中，左边是微调镗刀，它像其它刀具一样地被放置在刀库之中。从图中可见，镗刀采用了“斜楔”式工作原理，且带有半精镗、精镗两种刀片。工序开始时，首先由换刀机械手从刀库直接取出镗刀进行自动换刀，然后机床主轴携刀具移动、定位到指定位置。

在执行工作进给之前，冷却液以一定的压力由刀具内部信道进入其前端，施压后使一个带斜面的活塞（右）后移，于是精镗刀片Ⅳ缩回。然后机床主轴工进，采用推镗的方式，由刀片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ同时完成缸孔的半精镗加工。

紧随刀具内部施压的冷却液的排出，一个强力压簧通过拉杆带动活塞（左）前移，后者下部的斜面就使精镗刀片Ⅳ胀出。至于拉杆与活塞为什么能联动，原因是两者之间有螺纹付连接。上述刀片Ⅳ的胀出量即相当于精镗的加工尺寸，图4a即显示了这精镗刀片胀出状态。之后机床主轴后退，再次完成又一次工作进给，采用拉镗的方式进行精镗。

当一个工件加工完毕，利用线上检具对经过精镗的缸孔进行测量，如发现差错变化—─主要是因刀片磨损的原因引起孔径减小—而需要实施补偿时，控制单元会结合微调镗刀实际的结构参数把对应的补偿量输入机床的数控系统。

而后加工中心的主轴就像机械手一般携镗刀移至一个调整装置的前方（见图4b），调整装置固定在工作台上某一确定位置。主轴让刀具前端插入该装置一个孔中，然后开始旋转。

由于刀具前端插入部分与镗刀中的拉杆为一体，而拉杆与带斜楔机构的活塞又是螺纹付连接（见图4a），因此当机床主轴使镗刀壳体连同活塞一起回转时，活塞将同时有轴向位移，使精镗刀片的切削刃按需要的量胀出，从而完成补偿。
至于主轴回转角度与刀尖胀出量之间的关系，取决于斜面角度和螺纹付导程等因素，按照（德）SANtech的产品规范要求，一般每旋转20°，切削刃将产生径向位移1μm。

4.缸孔精镗补偿对工序质量的提升

无论是专机还是加工中心，在配置了缸孔精镗补偿系统后都对提高零件的加工质量产生了明显的效果，尤其是能有效地提升生产过程运行的质量。

精镗并非缸孔的最后一道工序，但已有很高的技术要求，孔径公差为±0.01mm，圆柱度需要控制在0.01mm。为此，设置在半精镗、精镗工位后的随机检测工位同时对缸孔上下三个截面、每个截面的两个方向进行100%的测量。并随时根据检测值的数据处理结果反映出的一些趋势发出信号，进行有针对性的精镗补偿。而为了验证精镗后零件的制造质量，还在线外设置了高精度的电子检具，以对实物加工质量和工序运行质量进行评估。

图5是一个来自某发动机厂缸体生产线缸孔精镗工序的实例，采用Grob公司的专机、SANtech的微调镗刀、MARPOSS公司的随机量仪和线外检测装置。根据在一周正常生产期间，按规定的抽检方式采集到资料并基于此进行统计分析。
图5中，a是单值进程图，也称“散点图”，反映了这个期间被加工缸孔尺寸的变化趋势。b是直方图，据此可计算出过程能力指数Cp、Cpk—─用于评价这期间生产过程运行质量的两项指针。从得到的结果（Cp=1.72，Cpk=1.71）看，经过如此配置的精镗工位，所能达到的工序质量水平是相当高的。

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