凸轮轴孔加工位置倾斜的分析

杨健

摘要：缸盖凸轮轴孔是发动机加工制造过程的关键孔系，其位置精度的好坏直接影响到凸轮轴装配后的传动质量，若控制不好，则易导致凸轮轴异常磨损，甚至出现突然抱死，后果不堪设想。因此凸轮轴孔的位置精度通常被作为发动机生产线的A类特性进行管控。

关键词：凸轮轴孔；位置精度；A类特性

1.问题说明

我公司某缸盖产品在生产过程中发现凸轮轴孔位置出现了一定规律的倾斜，图纸要求进排气侧的凸轮轴孔相对底面定位销的尺寸公差为±0.1mm，而进气侧凸轮轴的前后端最大倾斜量约0.08mm，进气侧凸轮轴的前后端最大倾斜量约0.06mm，长期过程能力Cpk=0.3，严重不足，对加工稳定性和产品质量构成严重威胁，因此分析解决该问题已刻不容缓。

2.原因分析

结合现场实际情况调查及问题原因排查，根据鱼刺图工具，针对问题发生的每一个影响因素进行分析，最终锁定以下三个主要原因，分别为加工刀具、加工夹具及加工工艺。随之对此进行针对性的分析。

（1）加工刀具

凸轮轴孔借用老生产线的一把导条式镗铰刀进行加工，其导条的精度直径影响到孔的位置尺寸，维修人员通过磁力吸盘与杠杆表，对刀具导条的直线度和跳动进行了检查确认，并未发现异常，因此可以基本排除刀具影响；

（2）加工夹具

影响夹具定位精度的有以下几个关键因素：定位销直线度、定位面高度差、定位销的整体刚性，为了识别主要原因，分别对此进行检查确认。

定位销直线度

维修人员通过磁力吸盘与杠杆千分表对夹具的圆柱销和菱形销分别进行直线度确认，最终结果均小于0.02mm，符合夹具工艺要求，因此该夹具的定位销直线度几乎不会影响加工质量。

定位面高度差

维修人员通过操作机床自带的雷尼绍探头对夹具的每个定位面分别进行Z向坐标确认，从而换算出最大的高度差，经过三轮检查，所有结果均小于0.015mm，符合夹具工艺要求，因此该夹具的定位面高度差也非要因。

定位销的整体刚性

由于该夹具需兼容多个加工机型，因此设计时采用了所有机型的共同定位销孔，为缸盖螺栓过孔上的两个销孔，此两处销孔距离缸盖顶面较远，为了满足使用要求，夹具定位销采用了加长杆形式，然而定位销加长后会直接引起销的长径比增加，整体刚性也会随之减弱，原理类似于材料力学的悬臂梁结构。为了验证定位销的整体刚性，工艺人员就静态空载状态下和负载加工状态下两种情况分别进行检查分析。

静态空载状态验证流程：采用磁力吸盘及杠杆千分表从定位销顶部检测到底部，记录顶底部的最大变差，分别多次重复测量，如图一左侧所示。

负载加工状态验证流程：人工将缸盖安装到夹具的定位销上，并驱动油缸夹紧，采用磁力吸盘及杠杆千分表测量缸盖上某一个参考点的指针读数，将其调整至零位，随后油缸松开，工件处于松弛状态，再次确认缸盖同一参考点的指针读数，并记录，分别多次重复测量。該读数便是定位销夹紧松开时因定位销的形变产生的变差。测量过程如图一右侧所示。

通过数据对比分析，最终得到以下结论：定位销的整体刚性不足，无法满足工艺要求，同时对定位销结构进行检查时发现，该定位销与定位销安装座之间采用的是分体式结构，两者配合安装过程中存在一定的间隙，也会对刚性产生一定的影响。因此可以判定定位销整体刚性是该问题的潜在要因之一。

（3）加工工艺

工艺编排时将凸轮轴孔的加工安排在了火力面加工之后，由于火力面为大平面，采用密齿大盘铣刀切削过程中会产生加大的切削力，同时加之定位销刚性不足，很有可能会降低定位销的定位精度，因此工艺设计不合理也是潜在要因之一。

3.整改措施

通过以上原因分析，基本锁定了两大潜在要因，分别是定位销的整体刚性和加工工艺设计不合理。对此指针对性的整改措施。

（1）根据缸盖构造重新测绘定位销，绘制图纸。销头由分离改为一体，降低配合间隙；定位销支撑部位加粗2mm，增强其刚性；定位销选用轴承钢材料，并进行整体表面处理。以上措施实施后，对定位销整体刚性进行了再次测量确认，均满足工艺要求。

（2）调整加工工艺，将凸轮轴孔加工安排在火力面加工之前，以降低切削力对凸轮轴孔加工位置的影响。

（3）以上两个措施完成之后，进行了缸盖的批量加工验证，通过数据整理分析，其凸轮轴孔的位置精度加工过程能力，Cpk均大于1.67，属于稳定状态，质量可控。

4.结语

通过了多轮的问题原因分析，查找关键要因，并针对性地指定整改措施进行验证，最终保证了缸盖凸轮轴孔加工位置倾斜的问题得到圆满解决，保证产品的质量，提高了生产线的加工能力和稳定性，避免了批量问题导致的经济损失。在整个问题分析和解决的过程中，工艺及现场人员都开启了头脑风暴献言献策，为问题的解决起到了积极正面的作用。其意义在于不仅保证了加工质量，同时提高了现场人员思考问题解决问题的能力，也为后续项目的开展奠定了一定的理论基础。

参考文献：

[1]濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）[M].高等教育出版社.2003

[2]王先逵.机械加工工艺设计手册[M].机械工业出版社.1994

[3]杨伯源.材料力学[M].机械工业出版社.2001