凸輪軸孔加工位置傾斜的分析

楊健

摘要：缸蓋凸輪軸孔是發動機加工制造過程的關鍵孔系，其位置精度的好壞直接影響到凸輪軸裝配后的傳動質量，若控制不好，則易導致凸輪軸異常磨損，甚至出現突然抱死，后果不堪設想。因此凸輪軸孔的位置精度通常被作為發動機生產線的A類特性進行管控。

關鍵詞：凸輪軸孔；位置精度；A類特性

1.問題說明

我公司某缸蓋產品在生產過程中發現凸輪軸孔位置出現了一定規律的傾斜，圖紙要求進排氣側的凸輪軸孔相對底面定位銷的尺寸公差為±0.1mm，而進氣側凸輪軸的前后端最大傾斜量約0.08mm，進氣側凸輪軸的前后端最大傾斜量約0.06mm，長期過程能力Cpk=0.3，嚴重不足，對加工穩定性和產品質量構成嚴重威脅，因此分析解決該問題已刻不容緩。

2.原因分析

結合現場實際情況調查及問題原因排查，根據魚刺圖工具，針對問題發生的每一個影響因素進行分析，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。隨之對此進行針對性的分析。

（1）加工刀具

凸輪軸孔借用老生產線的一把導條式鏜鉸刀進行加工，其導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，對刀具導條的直線度和跳動進行了檢查確認，并未發現異常，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，分別對此進行檢查確認。

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行直線度確認，最終結果均小于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量。

定位面高度差

維修人員通過操作機床自帶的雷尼紹探頭對夾具的每個定位面分別進行Z向坐標確認，從而換算出最大的高度差，經過三輪檢查，所有結果均小于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型，因此設計時采用了所有機型的共同定位銷孔，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，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的懸臂梁結構。為了驗證定位銷的整體剛性，工藝人員就靜態空載狀態下和負載加工狀態下兩種情況分別進行檢查分析。

靜態空載狀態驗證流程：采用磁力吸盤及杠桿千分表從定位銷頂部檢測到底部，記錄頂底部的最大變差，分別多次重復測量，如圖一左側所示。

負載加工狀態驗證流程：人工將缸蓋安裝到夾具的定位銷上，并驅動油缸夾緊，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，將其調整至零位，隨后油缸松開，工件處于松弛狀態，再次確認缸蓋同一參考點的指針讀數，并記錄，分別多次重復測量。該讀數便是定位銷夾緊松開時因定位銷的形變產生的變差。測量過程如圖一右側所示。

通過數據對比分析，最終得到以下結論：定位銷的整體剛性不足，無法滿足工藝要求，同時對定位銷結構進行檢查時發現，該定位銷與定位銷安裝座之間采用的是分體式結構，兩者配合安裝過程中存在一定的間隙，也會對剛性產生一定的影響。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計不合理。對此指針對性的整改措施。

（1）根據缸蓋構造重新測繪定位銷，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，增強其剛性；定位銷選用軸承鋼材料，并進行整體表面處理。以上措施實施后，對定位銷整體剛性進行了再次測量確認，均滿足工藝要求。

（2）調整加工工藝，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，進行了缸蓋的批量加工驗證，通過數據整理分析，其凸輪軸孔的位置精度加工過程能力，Cpk均大于1.67，屬于穩定狀態，質量可控。

4.結語

通過了多輪的問題原因分析，查找關鍵要因，并針對性地指定整改措施進行驗證，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，保證產品的質量，提高了生產線的加工能力和穩定性，避免了批量問題導致的經濟損失。在整個問題分析和解決的過程中，工藝及現場人員都開啟了頭腦風暴獻言獻策，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量，同時提高了現場人員思考問題解決問題的能力，也為后續項目的開展奠定了一定的理論基礎。

參考文獻：

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