CN106346310B - 一种缸体缸孔止口深度加工控制系统和方法 - Google Patents

一种缸体缸孔止口深度加工控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及缸体缸孔止口深度加工控制技术领域，公开了一种缸体缸孔止口深度加工控制系统和方法，该系统包括：检测装置，用于检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度；计算装置，用于根据所检测的当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度及缸体顶面位置理论值和缸孔止口深度理论值，计算当前工件缸体顶面位置偏差值和上一工件缸孔止口深度偏差值，再结合理论伺服位置计算得到当前伺服位置；以及控制装置，控制执行机构位于所述当前伺服位置，以对缸体缸孔进行加工。本发明不仅可以精确地控制加工出的缸孔止口深度，而且可以消除缸体顶面的形状误差和加工道具磨损造成的加工误差，从而可以提高发动机的整机性能。

Description

一种缸体缸孔止口深度加工控制系统和方法
技术领域
本发明涉及缸体缸孔止口深度加工控制技术，具体地，涉及一种缸体缸孔止口深度加工控制系统和方法。
背景技术
在现代化的机械加工系统中，为了能够显著提高产品质量、降低产生不合格品风险，集成了加工、检测、反馈补偿等一系列功能。随着我国汽车工业的快速发展，汽车发动机缸体作为发动机上的关键零件，缸体的加工也备受重视，进一步地，发动机缸孔的加工是缸体机械加工生产线中的关键工序之一，而对于装配缸套的缸孔来说，缸孔止口深度的加工又是缸孔加工的关键尺寸。
发动机缸体内装配缸套的直孔称为缸套安装孔，简称为缸孔，缸孔靠近缸体顶面处的沉孔称为缸孔止口。缸孔止口的加工精度一般是指缸体顶面至缸孔止口底面的深度的加工精度。缸孔内装配缸套后，缸套凸缘顶面到缸体顶面的高度称为缸套凸出量，如果缸套凸出量过大，那么在发动机缸盖安装到缸体上之后会使缸套产生挤压变形，从而导致在发动机运行时产生拉缸、烧机油等严重问题，然而，如果缸套凸出量过小，那么在发动机缸盖安装到缸体上之后又会造成气缸垫密封不严，从而产生漏气、漏油、漏水等问题。缸孔止口深度会直接影响到缸套装配之后的缸套凸缘顶面到缸体顶面的凸出量的大小，所以缸孔止口深度的加工精度会直接影响到发动机整机的工作性能，因此一般产品图纸中对于缸孔止口的加工精度要求也较高。
缸孔止口深度的设计基准一般为缸体顶面，而通常机床夹具的工艺基准为缸体底面或曲轴孔，也就是说，设计基准与工艺基准二者不重合，所造成的定位误差往往大于缸孔止口深度的尺寸公差。此外，缸体顶面一般采用专用机床或数控加工中心铣削加工，加工出的缸体顶面到底面或曲轴孔的距离误差在±0.1mm，而一般情况下，缸套凸出量的误差要求在±0.03mm，所以从理论上讲缸套凸出量的加工精度是无法实现的。
目前国内一些机床制造厂家对缸孔止口的加工多数是依赖于机械结构来保证加工精度。设计中常采用的做法是，在一台机床上，在工件一次装夹的状态下，连续完成缸体顶面的精铣、缸孔和缸孔止口的精镗。用精镗滑台下行死挡铁限制精镗止口刀片相对精铣刀片的相对高度，并以此控制缸孔止口深度。在实际生产中，顶面精铣后其自身的平面度误差一般在0.02～0.06mm，再加上精铣刀片磨损引起的顶面高度的变化和死档铁本身的重复精度误差，所以实际加工的加工精度不能达到预期的效果。此外，将简单的精铣顶面工序及缸孔和缸孔止口的精镗工序放在一起加工，不仅给机床的设计带来很大的困难，而且会使得加工节拍很慢，从而使这个工序成为发动机缸体生产线中的瓶颈，因此很不合理。而且在出现因环境或冷却液温差变化而导致机床部件变形的情况下，或者在缸孔止口加工刀具磨损等影响加工精度的情况下，缸孔止口深度的加工精度很难满足生产厂家产品图纸的工艺要求。
虽然现在很多厂家研发出了一些发动机缸体顶面精铣、缸孔精镗及缸孔止口的精加工自动补偿组合机床，但是在缸孔加工时，仍然常将缸孔及止口一次定位加工完成，这样既可保证同轴度的要求，又解决了缸孔止口端面对缸孔的跳动问题。其中，通常采用精密镗削的加工方法来保证精度，采用在镗头上增加的探头所检测的缸体顶面的位置对加工止口的位置进行补偿的方法来保证缸孔止口深度的加工精度，但是由于缸体顶面的形状误差、探头检测的误差，以及加工刀具磨损造成的加工误差，使得缸孔止口深度的加工精度仍然不能满足缸孔止口深度的精度要求。因此，由于缸孔止口深度不合格造成的缸套凸出量不合格，使得缸体报废的比率很高，而且一般情况下对缸孔止口的加工在最后几道工序中，所以缸孔止口深度不合格造成了很大的能源浪费，同时大大增加了企业的生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种缸体缸孔止口深度加工控制系统和方法，用于保证缸孔止口深度的加工精度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种缸体缸孔止口深度加工控制系统，该系统包括：检测装置，用于检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度；计算装置，用于根据所检测的当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度及缸体顶面位置理论值和缸孔止口深度理论值，计算当前工件缸体顶面位置偏差值和上一工件缸孔止口深度偏差值，再结合理论伺服位置计算得到当前伺服位置；以及控制装置，控制执行机构位于所述当前伺服位置，以对缸体缸孔进行加工。
相应地，本发明还提供了一种缸体缸孔止口深度加工控制方法，该方法包括：检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度；根据所检测的当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度及缸体顶面位置理论值和缸孔止口深度理论值，计算当前工件缸体顶面位置偏差值和上一工件缸孔止口深度偏差值，再结合理论伺服位置计算得到当前伺服位置；以及控制执行机构位于所述当前伺服位置，以对缸体缸孔进行加工。
通过上述技术方案，本发明通过当前工件缸体顶面位置偏差和上一工件缸孔止口深度偏差，对理论伺服位置进行偏差补偿，不仅可以精确地控制加工出的缸孔止口深度，而且可以消除缸体顶面的形状误差和加工道具磨损造成的加工误差，从而可以提高发动机的整机性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是加工缸孔止口及对缸孔止口深度及缸体顶面进行检测的系统简图；
图2是本发明提供的缸体缸孔止口深度加工控制系统的框图；
图3是本发明提供的缸体缸孔止口深度加工控制方法的流程图；以及
图4是本发明具体实施方式提供的缸体缸孔止口深度加工控制方法的流程图。
附图标记说明
1、安装止口刀具的镗头 2、缸体顶面
3、缸孔止口 4、缸体
5、冷却液喷嘴 6、检测缸体顶面位置的探头
7、检测缸体顶面的传感器 8、主轴
9、导轨滑台机构 10、机床立柱
11、伺服电机 12.压板
13、缸体顶面位置检测传感器的数据传输线
14、缸孔止口深度检测机构检测顶面的传感器的数据传输线
15、缸孔止口深度检测机构检测止口的传感器数的据传输线
16、反馈刀具补偿的数据传输线
17、缸孔止口深度检测机构中的检测顶面的传感器
18、缸孔止口深度检测机构中检测止口的传感器
19、缸孔止口深度检测机构测头
20、数据处理单元
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明提供的对缸孔止口深度及缸体顶面进行检测的系统简图，下面结合图1对缸孔加工系统进行简要说明，检测缸体顶面的传感器7包括检测缸体顶面位置的探头6，用于对缸体顶面位置进行检测，缸孔止口深度检测机构包括检测顶面的传感器17和检测止口的传感器18(通过缸孔止口深度检测机构测头19进行检测)，在对缸孔止口加工完成之后，通过缸孔止口深度检测机构中的检测顶面的传感器17和检测止口的传感器18的检测值可以计算得到缸孔止口深度。其中，缸孔止口深度检测机构中的检测顶面的传感器17和检测止口的传感器18检测得到的数据分别通过缸孔止口深度检测机构检测顶面的传感器的数据传输线14和缸孔止口深度检测机构检测止口的传感器的数据传输线15被传递给数据处理单元20，并且检测缸体顶面的传感器7所检测得到的数据通过缸体顶面位置检测传感器的数据传输线13也被传递给数据处理单元，数据处理单元20对所接收到的数据进行处理之后通过反馈刀具补偿的数据传输线16将处理之后得到的数据传递给伺服电机11，以通过控制伺服电机11(伺服电机11为控制刀具上下移动的器件)控制安装止口刀具的镗头1移动至伺服位置。
为了保证图1所示的加工缸孔止口的系统的完整性，在图1中还示出了缸体顶面2、缸孔止口3、缸体4、冷却液喷嘴5、主轴8、导轨滑台机构9、机床立柱10、压板12，由于加工缸孔止口的系统为本领域的公知技术，并且这些部分也不是本发明所阐述的重点，因而不对其进行具体描述。
图2是本发明提供的缸体缸孔止口深度加工控制系统的框图，如图1所示，该系统包括检测装置、计算装置和控制装置。检测装置用于检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度，计算装置用于根据所检测的当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度及缸体顶面位置理论值和缸孔止口深度理论值，计算当前工件缸体顶面位置偏差值和上一工件缸孔止口深度偏差值，再结合理论伺服位置计算得到当前伺服位置，控制装置控制执行机构位于计算装置计算得到的当前伺服位置，以对缸体缸孔进行加工。
这里检测装置需要检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度，当前工件缸体顶面位置是在对当前工件进行加工之前检测得到的，上一工件缸孔止口深度是在上一工件加工完成之后检测得到的，这里检测装置可以包括第一缸体顶面位置传感器和缸孔止口深度检测机构，以分别用来监测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度。
执行机构为图1所示的伺服电机11、主轴8、安装止口刀具的镗头及其他相关器件所形成的设备。
第一缸体顶面位置传感器例如可以为图1中所示的检测缸体顶面的传感器7，并且为了降低缸体在夹具装夹过程中，缸体顶面相对于镗头1的倾斜度对缸孔止口深度的影响，可以包括多个传感器7并相应地设置多个探头6(在得到多个数值后可以通过求取平均值等算法得到优选的数值)，并且优选地可以对称布置在缸孔的进排气侧。
缸孔止口深度检测机构包括第二缸体顶面位置传感器和缸孔止口位置传感器，这里，第二缸体顶面位置传感器用于在工件加工完成后检测缸体顶面位置，例如可以为图1中所示的缸孔止口深度检测机构中的检测顶面的传感器17，缸孔止口位置传感器用于在工件加工完成后检测缸孔止口位置，例如可以为图1中所示的缸孔止口深度检测机构中的检测止口的传感器18，为了降低由于测量误差带来的刀具错误补偿风险，提高检测的准确性，可以在缸孔止口深度检测机构测头19上对称设置多组传感器(每组传感器均包括检测顶面的传感器17和检测止口的传感器18，在得到多个数值后可以通过求取平均值等算法得到优选的数值)。
其中，上一工件缸孔止口深度为在上一工件加工完成后，通过由第二缸体顶面位置传感器所检测的上一工件的缸体顶面位置和由缸孔止口位置传感器所检测的上一工件的缸孔止口位置得到，即通过求取上一工件的缸体顶面位置与缸孔止口位置的差值可以得到上一工件缸孔止口深度。
其中，对于第一缸体顶面位置传感器布置在
以上计算装置可以通过以下公式计算当前伺服位置：
P1＝P0+OFFSET0+OFFSET1
其中，P1为当前伺服位置，P0为理论伺服位置，OFFSET0为上一工件缸孔止口深度偏差值，OFFSET1为当前工件缸体顶面位置偏差值。
应当明确的是，本发明所提供的技术方案的目的是为了得到更加精确的当前伺服位置P1，本发明提供的技术方案就是通过为理论伺服位置P0、上一工件缸孔止口深度偏差值OFFSET0和当前工件缸体顶面位置偏差值OFFSET1来计算当前伺服位置P1。
下面结合图1具体阐述以上公式中各个部分的含义及获取方式。
对于当前工件缸体顶面位置偏差值OFFSET1：首先找一台已知缸孔止口深度的缸体(注意，该缸体不是当前工件，而是在当前工件加工之前进行加工的工件，在本申请中即为上一工件)，将安装止口刀具的镗头1移动到设定的伺服位置后，记录下检测缸体顶面的传感器7的数值，根据已知的缸孔止口深度，可以推算出在对该工件加工之后并在得到理论的缸孔止口深度的情况下该检测缸体顶面的传感器7的数值，并将该数值作为标准值M0。在对当前工件进行加工时，检测缸体顶面的传感器7对当前缸体顶面位置进行检测，并得到检测值M7，比较M7和M0，则可以得到当前工件缸体顶面位置偏差值OFFSET1。
上一工件缸孔止口深度偏差值OFFSET0：在上一工件(本发明中所描述的上一工件指的是在当前工件加工之前进行加工的工件，并非特指在加工当前工件的前一个加工的工件)加工完成之后，进入检测工位，如图1所示，缸孔止口深度检测机构测头19上布置了上下两个传感器，分别是缸孔止口深度检测机构中的检测顶面的传感器17和检测止口的传感器18。缸孔止口深度检测机构测头19插入到缸孔内之后，检测顶面的传感器17得到缸体顶面位置的检测值M17，检测止口的传感器18得到缸体止口位置的检测值M18，比较M17和M18可以得到该上一工件加工完成之后的缸孔止口深度检测值H1，再比较该检测值H1和理论缸孔止口深度H0可以得到上一工件缸孔止口深度偏差值OFFSET0。其中，为了能够得到更加准确的上一工件缸孔止口深度偏差值OFFSET0，可以对多个上一工件进行检测以得到多个检测值H1，再通过采用极差法、移动平均法等算法计算得到上一工件缸孔止口深度偏差值OFFSET0。
图3是本发明提供的缸体缸孔止口深度加工控制方法的流程图，如图3所示，该方法包括：检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度；根据所检测的当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度及缸体顶面位置理论值和缸孔止口深度理论值，计算当前工件缸体顶面位置偏差值和上一工件缸孔止口深度偏差值，再结合理论伺服位置计算得到当前伺服位置；控制执行机构位于当前伺服位置，以对缸体缸孔进行加工。
下面结合图4对以上流程进行更加具体的阐述，图4是本发明具体实施方式提供的缸体缸孔止口深度加工控制方法的流程图，如图4所示，本发明提供的技术方案分别从缸体顶面位置和缸孔止口深度两个方面进行偏差补偿。对于缸体顶面位置的偏差值，通过计算上一工件加工完成之后所检测到的标准值与当前工件加工之前所检测到的值的差值来得到。对于缸孔止口深度的偏差值，通过计算上一工件加工完成之后检测到的止口深度与理论值的差值来得到。通过在执行机构(具体为执行机构中的安装止口刀具的镗头1)的理论伺服位置上考虑所计算的上一工件缸孔止口深度偏差值和当前工件缸体顶面位置偏差值，得到当前工件的伺服位置，从而控制执行机构在该当前工件的伺服位置的基础上对缸体缸孔进行加工。
需要注意的是，本发明提供的缸体缸孔止口深度加工控制方法的具体细节及益处与本发明提供的缸体缸孔止口深度加工控制系统类似，于此不予赘述。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
本发明具有以下有益效果：①消除了缸体顶面的形状误差和加工刀具磨损造成的不可避免的加工误差的所带来的不利影响；②可以精确控制缸孔止口深度的加工尺寸，并且对于多缸孔发动机缸体，缸孔止口深度的一致性和稳定性较好，可以使不同缸孔之间的缸套凸出量一致，提高了发动机的整机性能；③可以缩短国内机床生产厂家和国外生产厂家的技术差距，提升我国装备制造业的竞争力，对实现我国汽车发动机生产关键设备国产化具有重要意义。综上所述，通过本发明提供的技术方案，可以消除本发明背景技术中提出的问题所带来的缸孔止口深度的加工误差，提高缸孔止口深度的加工过程能力，得到稳定一致的缸孔止口深度，降低因缸孔止口深度超差造成缸套凸出量超差的风险，从而提升产品的质量。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种缸体缸孔止口深度加工控制系统，其特征在于，该系统包括：
检测装置，用于检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度；
计算装置，用于根据所检测的当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度及缸体顶面位置理论值和缸孔止口深度理论值，计算当前工件缸体顶面位置偏差值和上一工件缸孔止口深度偏差值，再结合理论伺服位置计算得到当前伺服位置；以及
控制装置，控制执行机构位于所述当前伺服位置，以对缸体缸孔进行加工；
其中，所述当前工件缸体顶面位置是在对当前工件进行加工之前检测得到的，所述上一工件缸孔止口深度是在上一工件加工完成之后检测得到的。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算装置通过以下公式计算所述当前伺服位置：
P1＝P0+OFFSET0+OFFSET1
其中，P1为当前伺服位置，P0为理论伺服位置，OFFSET0为上一工件缸孔止口深度偏差值，OFFSET1为当前工件缸体顶面位置偏差值。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述检测装置包括：
第一缸体顶面位置传感器，用于检测所述当前工件缸体顶面位置；以及
缸孔止口深度检测机构，用于检测所述上一工件缸孔止口深度；
其中所述第一缸体顶面位置传感器在工件加工之前进行检测，所述缸孔止口深度检测机构在工件加工完成后进行检测。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述缸孔止口深度检测机构包括：
第二缸体顶面位置传感器，用于在工件加工完成后检测缸体顶面位置；
缸孔止口位置传感器，用于在工件加工完成后检测缸孔止口位置；
其中，所述上一工件缸孔止口深度为在上一工件加工完成后，通过由所述第二缸体顶面位置传感器所检测的上一工件的缸体顶面位置和由所述缸孔止口位置传感器所检测的上一工件的缸孔止口位置得到。
5.一种缸体缸孔止口深度加工控制方法，其特征在于，该方法包括：
检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度；
根据所检测的当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度及缸体顶面位置理论值和缸孔止口深度理论值，计算当前工件缸体顶面位置偏差值和上一工件缸孔止口深度偏差值，再结合理论伺服位置计算得到当前伺服位置；以及
控制执行机构位于所述当前伺服位置，以对缸体缸孔进行加工；
其中，所述当前工件缸体顶面位置是在对当前工件进行加工之前检测得到的，所述上一工件缸孔止口深度是在上一工件加工完成之后检测得到的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述当前伺服位置通过以下公式计算：
P1＝P0+OFFSET0+OFFSET1
其中，P1为当前伺服位置，P0为理论伺服位置，OFFSET0为上一工件缸孔止口深度偏差值，OFFSET1为当前工件缸体顶面位置偏差值。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述检测当前工件缸体顶面位置和上一工件缸孔止口深度包括：
检测所述当前工件缸体顶面位置；以及
检测所述上一工件缸孔止口深度；
其中所述当前工件缸体顶面位置在工件加工之前被检测，所述上一工件缸孔止口深度在工件加工完成后被检测。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，检测所述上一工件缸孔止口深度包括：
在工件加工完成后检测缸体顶面位置；
在工件加工完成后检测缸孔止口位置；
其中，所述上一工件缸孔止口深度为在上一工件加工完成后，通过所检测的上一工件的缸体顶面位置和上一工件的缸孔止口位置得到。
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