CN112613133B - 发动机缸体共线加工的基准转化方法 - Google Patents

发动机缸体共线加工的基准转化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发动机缸体共线加工的基准转化方法，基于定位面、定位圆销孔和定位菱销孔的定位方式，在被加工的发动机缸体中增加工艺菱销孔，针对设计基准的定位菱销孔进行转化求解，得出新建工艺基准下的工艺参数。本发明利用新建工艺基准，实现不同品种缸体的共线加工，提高了夹具和设备的通用性，有效避免了因设计基准不统一而导致反复装调夹具和频繁切换设备、进而影响生产线节拍的问题。采用本发明，可缩减求解过程，实现设计公差向加工公差的直接且精确的转换，并且成本低、效率高。

Description

发动机缸体共线加工的基准转化方法
技术领域
本发明涉及多品种发动机的共线生产，具体而言是发动机缸体共线加工的基准转化方法。
背景技术
随着发动机制造业的竞争日益加剧，为降低投资成本，充分利用生产线产能，减少浪费，多数企业普遍采用一条生产线进行多品种发动机的共线生产。在产品的加工、测量和装配过程中，出于零部件结构、制造可行性等问题，导致不得不修改零部件定位基准，出现零部件的加工基准与设计基准不一致的情况。在这种情况下，虽然零部件的定位基准与设计基准之间的转换改变了几何特征之间的定位关系，但特征之间的相对位置关系仍需要满足设计形位公差要求。因此，在加工、测量和装配前，需要基于定位基准进行形位公差的重新求解，确定定位基准下形位公差的类型和大小，使得产品尺寸的实际变动区域仍处于设计公差限定的变动区域内，从而确保产品达到设计要求。
CN201610486635.6公开了一种基准转换加工方法，通过机床主轴打表找正参考点，如同一圆周上的至少三点，并测量所寻找参考点的坐标值，再根据所测量的参考点来计算加工基准进行加工。但该方法仅适用于解决使用毛坯进行定位基准加工过程中，由于毛坯本身的制造误差导致加工基准存在误差并在后续加工中误差持续放大影响零部件加工质量的问题。
CN201711100927.2公开了航空发动机前机匣组件加工基准转换方法，通过制造基准转换环，用于克服由于前机匣变形导致的各工序加工基准难以重合的问题；CN201911049303.1公开了叶片加工基准转换浇注装置及基准转换方法，通过提供基准转换浇注装置，以解决浇注精度低，无法满足产品需求的问题。它们均需增加外部机构或装置才能实现加工基准的转化。
针对现有技术的上述不足，本发明提出了一种转化成本低、效率高并且转换精确的发动机缸体共线加工的基准转化方法：在发动机缸体加工过程中新建一个工艺基准，根据工艺基准与设计基准之间的定位关系，对基于设计基准确立的位置公差进行重新求解，确定工艺基准下的位置公差类型和数值大小，最终使得位置公差的实际变动区域仍处于设计公差限定的变动区域内，从而确保产品达到设计要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种转化成本低、效率高并且转换精确的发动机缸体共线加工的基准转化方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种发动机缸体共线加工的基准转化方法，通过工艺基准和设计基准的转换求解，得出新建工艺基准下的工艺参数。
进一步地，基于一面两销的定位方式，在被加工的发动机缸体中增加工艺菱销孔，针对设计基准的定位菱销孔进行加工面形位公差的转化。
进一步地，所述一面两销包括定位面、定位圆销孔和定位菱销孔，将定位面置于空间直角坐标系OXYZ的OXY平面上，以定位面、定位圆销孔和定位菱销孔为基准导出发动机缸体的几何特征点、线、面的加工基准作为该发动机缸体的设计基准；以定位面、定位圆销孔和工艺菱销孔所构建的加工基准作为该发动机缸体的工艺基准。
进一步地，定位面限制发动机缸体沿Z轴平动和沿X轴、Y轴转动三个方向自由度，定位圆销孔限制发动机沿X轴、Y轴平动两个方向自由度，定位菱销孔和工艺菱销孔限制发动机沿Z轴转动一个方向自动度，由此得出依据工艺菱销孔所构建的工艺基准与依据定位菱销孔所构建的设计基准之间存在沿Z轴旋转方向的偏差，产品所依据设计基准构成的位置公差均根据所述沿Z轴旋转方向的偏差进行形位公差的基准转化。
进一步地，包括由三个定位凸台构成的夹具定位面，还包括定位圆销孔、定位菱销孔、发动机缸体、发动机缸体顶面加工面、发动机缸体顶面加工孔、发动机缸体侧面加工面和发动缸体侧面加工孔，基于工艺基准的工艺菱销孔针对基于设计基准的定位菱销孔进行转化，包括如下步骤：
S1.加工工艺菱销孔，工艺菱销孔同定位菱销孔在一道序内一次装夹加工完成；
S2.根据设计基准被工艺基准所约束的自由度确定工艺基准和设计基准的位置公差；
S3.针对不同类型的位置公差，分别确定基准转化前后的位置公差实际变动域，求解得出基准转化后位置公差。
进一步地，所述工艺菱销孔为与夹具上定位销配合的孔状结构，工艺菱销孔通过铰孔的加工方式形成，工艺菱销孔的加工直径为8-16mm，工艺菱销孔的加工深度为8-10mm。
进一步地，所述工艺菱销孔与定位菱销孔的相对位置度小于φ0.1；所述工艺菱销孔的位置处于被加工的发动机缸体的对角最大位置处。
进一步地，所述工艺菱销孔与夹具上定位销之间的配合间隙为0.02mm。
进一步地，平行于基准面加工包括顶面和底面的尺寸加工，其中，孔加工位置公差PB11根据以下公式计算：
PB11＝PA-PAB
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔与工艺菱销孔之间的位置度公差；
面加工位置公差为PB12等于设计公差PA。
进一步地，垂直于基准面加工包括四个侧面的尺寸加工，其中：
浅孔加工位置公差PB211根据以下公式计算：
PB21＝PA-PAB
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔与工艺菱销孔之间的位置度公差；
深孔加工位置公差PB212根据以下公式计算：
PB212＝PA-PAB-L1*sinα
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔与工艺菱销孔之间的位置度公差，α＝arctan(PAB/d1)，α为缸体孔轴线的偏转角度，d1为定位菱销孔与坐标原点O销的直线距离，L1为深孔的加工深度；
面加工位置公差PB22根据以下公式计算：
PB22＝PA-L2*sinα
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔与工艺菱销孔之间的位置度公差，α＝arctan(PAB/d1)，α为缸体孔轴线的偏转角度，d1为定位菱销孔与坐标原点O销的直线距离，L2为加工面在OAD面的投影长度。
本发明利用新建工艺基准，实现不同品种缸体的共线加工，提高了夹具和设备的通用性，有效避免了因设计基准不统一而导致反复装调夹具和频繁切换设备、进而影响生产线节拍的问题。
本发明尽量保证工艺基准与设计基准所约束功能尺寸自由度一致，以简化求解过程。在加工过程中对定位面和定位圆销孔不做变更，只考虑定位菱销孔的基准转化，大大缩减了设计形位公差变动区域的求解过程，实现设计公差向加工公差的直接且精确的转换。
本发明无需添置辅助工具和装置，通过工艺基准和设计基准的转换求解，得出新建工艺基准下的工艺参数，减少了生产线的改造投资成本，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的基准转化架构示意图；
图2是本发明的发动机缸体共线加工中夹具定位示意图；
图3是本发明的发动机缸体共线加工中零件示意图。
图中：101-定位凸台；102-定位凸台；103-定位凸台；2-定位圆销孔；3-定位菱销孔；4-发动机缸体；411-发动机缸体顶面加工面；412-发动机缸体顶面加工孔；421-发动机缸体侧面加工面；422-发动缸体侧面加工孔；5-工艺菱销孔；6-设计基准菱销孔；7-共线加工缸体。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图所示，一种发动机缸体共线加工的基准转化方法，通过工艺基准和设计基准的转换求解，得出新建工艺基准下的工艺参数。
优选的实施例是：在上述方案中，基于一面两销的定位方式，在被加工的发动机缸体中增加工艺菱销孔，针对设计基准的定位菱销孔进行加工面形位公差的转化。
优选的实施例是：在上述方案中，所述一面两销包括定位面、定位圆销孔和定位菱销孔，将定位面置于空间直角坐标系OXYZ的OXY平面上，以定位面、定位圆销孔和定位菱销孔为基准导出发动机缸体的几何特征点、线、面的加工基准作为该发动机缸体的设计基准；以定位面、定位圆销孔和工艺菱销孔所构建的加工基准作为该发动机缸体的工艺基准。
优选的实施例是：在上述方案中，定位面限制发动机缸体沿Z轴平动和沿X轴、Y轴转动三个方向自由度，定位圆销孔限制发动机沿X轴、Y轴平动两个方向自由度，定位菱销孔和工艺菱销孔限制发动机沿Z轴转动一个方向自动度，由此得出依据工艺菱销孔所构建的工艺基准与依据定位菱销孔所构建的设计基准之间存在沿Z轴旋转方向的偏差，产品所依据设计基准构成的位置公差均根据所述沿Z轴旋转方向的偏差进行形位公差的基准转化。
优选的实施例是：在上述方案中，包括由三个定位凸台101、102和103构成的夹具定位面，还包括定位圆销孔2、定位菱销孔3、发动机缸体4、发动机缸体顶面加工面411、发动机缸体顶面加工孔412、发动机缸体侧面加工面421和发动缸体侧面加工孔422，基于工艺基准的工艺菱销孔5针对基于设计基准的定位菱销孔3进行转化，包括如下步骤：
S1.加工工艺菱销孔5，工艺菱销孔5同定位菱销孔3在一道序内一次装夹加工完成；
S2.根据设计基准被工艺基准所约束的自由度确定工艺基准和设计基准的位置公差；
S3.针对不同类型的位置公差，分别确定基准转化前后的位置公差实际变动域，求解得出基准转化后位置公差。
优选的实施例是：在上述方案中，所述工艺菱销孔5为与夹具上定位销配合的孔状结构，工艺菱销孔5通过铰孔的加工方式形成，工艺菱销孔5的加工直径为8mm-16mm，工艺菱销孔5的加工深度为8-10mm。
优选的实施例是：在上述方案中，所述工艺菱销孔5与定位菱销孔3的相对位置度小于φ0.1；所述工艺菱销孔5的位置处于被加工的发动机缸体的对角最大位置处。
优选的实施例是：在上述方案中，所述工艺菱销孔5与夹具上定位销之间的配合间隙为0.02mm。
优选的实施例是：在上述方案中，平行于基准面加工包括顶面和底面的尺寸加工，其中，孔加工位置公差PB11根据以下公式计算：
PB11＝PA-PAB
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔3与工艺菱销孔5之间的位置度公差；
面加工位置公差为PB12等于设计公差PA。
优选的实施例是：在上述方案中，垂直于基准面加工包括四个侧面的尺寸加工，其中：
浅孔加工位置公差PB211根据以下公式计算：
PB21＝PA-PAB
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔3与工艺菱销孔5之间的位置度公差；
深孔加工位置公差PB212根据以下公式计算：
PB212＝PA-PAB-L1*sinα
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔3与工艺菱销孔5之间的位置度公差，α＝arctan(PAB/d1)，α为缸体孔轴线的偏转角度，d1为定位菱销孔3与坐标原点O销的直线距离，L1为深孔的加工深度；
面加工位置公差PB22根据以下公式计算：
PB22＝PA-L2*sinα
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔3与工艺菱销孔5之间的位置度公差，α＝arctan(PAB/d1)，α为缸体孔轴线的偏转角度，d1为定位菱销孔3与坐标原点O销的直线距离，L2为加工面在OAD面的投影长度。
典型实施例：使用三缸发动机平台和夹具加工四缸发动机
如图所示，发动机缸体4为四缸发动机缸体，共线加工缸体7为三缸发动机缸体，发动机缸体共线加工过程中由于发动机缸体零部件差异，导致定位基准不同，即假定使发动机缸机4和共线加工缸体7设计基准的定位圆销孔2重合，则共线加工缸体7的定位菱销孔5和发动机缸体4的设计基准菱销孔6无法统一，导致在加工过程中夹具和定位设计造成干涉，故新增工艺基准的定位菱销孔5构建加工过程的工艺基准，工艺定位菱销孔优选的采用铰孔，直径10mm，通孔加工。其中101、102和103三个夹具定位凸台构成工艺基准的定位面，定位圆销孔2为工艺基准的定位圆销孔，定位菱销孔5为工艺基准的定位菱销，以此基准进行发动机缸体其他功能尺寸的加工。
假定工艺基准的定位菱销孔5相对于设计基准菱销孔6的位置公差为0.05mm，定位圆销孔2与工艺基准的定位菱销孔5直线距离为230mm，偏转角度α＝arctan(PAB/d1)＝0.012°，则:
1、发动机缸体顶面加工孔412进行尺寸加工时，其基于设计基准的位置度公差为PA＝0.4mm，则其工艺过程位置公差为PB11＝PA-PAB＝0.4mm-0.05mm＝0.35mm。
2、发动机缸体顶面加工面411进行铣面加工时，其基于设计基准的平行度公差为PA＝0.5mm，则其工艺过程位置公差为PB12＝PA＝0.5mm。
3、发动机缸体侧面加工面421进行尺寸加工时，其基于设计基准的平行度公差为PA＝0.4mm，当被加工孔的孔深与直径之比小于或等于3时，其工艺过程位置公差为PB21＝PA-PAB＝0.4mm-0.05mm＝0.35mm；当被加工孔的孔深与直径之比大于3时，则其工艺过程位置公差为PB212＝PA-PAB-L1*sinα＝0.4mm-0.05mm-100mm*sin0.012°＝0.329mm。
4、发动机缸体侧面加工孔422进行尺寸加工时，其基于设计基准的平行度公差PA＝0.5mm，若加工面在基准面的投影长度为80mm，则其工艺过程平行度公差为PB22＝PA-L1*sinα＝0.5mm-80mm*sin0.012°＝0.48mm。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种发动机缸体共线加工的基准转化方法，其特征在于：通过工艺基准和设计基准的转换求解，得出新建工艺基准下的工艺参数；基于一面两销的定位方式，在被加工的发动机缸体中增加工艺菱销孔，针对设计基准的定位菱销孔进行加工面形位公差的转化；所述一面两销包括定位面、定位圆销孔和定位菱销孔，将定位面置于空间直角坐标系OXYZ的OXY平面上，以定位面、定位圆销孔和定位菱销孔为基准导出发动机缸体的几何特征点、线、面的加工基准作为该发动机缸体的设计基准；以定位面、定位圆销孔和工艺菱销孔所构建的加工基准作为该发动机缸体的工艺基准；定位面限制发动机缸体沿Z轴平动和沿X轴、Y轴转动三个方向自由度，定位圆销孔限制发动机沿X轴、Y轴平动两个方向自由度，定位菱销孔和工艺菱销孔限制发动机沿Z轴转动一个方向自动度，由此得出依据工艺菱销孔所构建的工艺基准与依据定位菱销孔所构建的设计基准之间存在沿Z轴旋转方向的偏差，产品所依据设计基准构成的位置公差均根据所述沿Z轴旋转方向的偏差进行形位公差的基准转化；包括由三个定位凸台(101)、(102)和(103)构成的夹具定位面，还包括定位圆销孔(2)、定位菱销孔(3)、发动机缸体(4)、发动机缸体顶面加工面(411)、发动机缸体顶面加工孔(412)、发动机缸体侧面加工面(421)和发动缸体侧面加工孔(422)，基于工艺基准的工艺菱销孔(5)针对基于设计基准的定位菱销孔(3)进行转化，包括如下步骤：
S1.加工工艺菱销孔(5)，工艺菱销孔(5)同定位菱销孔(3)在一道序内一次装夹加工完成；
S2.根据设计基准被工艺基准所约束的自由度确定工艺基准和设计基准的位置公差；
S3.针对不同类型的位置公差，分别确定基准转化前后的位置公差实际变动域，求解得出基准转化后位置公差；
垂直于基准面加工包括四个侧面的尺寸加工，其中：
浅孔加工位置公差PB211根据以下公式计算：
PB21＝PA-PAB
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔(3)与工艺菱销孔(5)之间的位置度公差；
深孔加工位置公差PB212根据以下公式计算：
PB212＝PA-PAB-L1*sinα
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔(3)与工艺菱销孔(5)之间的位置度公差，α＝arctan(PAB/d1)，α为缸体孔轴线的偏转角度，d1为定位菱销孔(3)与坐标原点O销的直线距离，L1为深孔的加工深度；
面加工位置公差PB22根据以下公式计算：
PB22＝PA-L2*sinα
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔(3)与工艺菱销孔(5)之间的位置度公差，α＝arctan(PAB/d1)，α为缸体孔轴线的偏转角度，d1为定位菱销孔(3)与坐标原点O销的直线距离，L2为加工面在OAD面的投影长度。
2.如权利要求1所述的发动机缸体共线加工的基准转化方法，其特征在于：所述工艺菱销孔(5)为与夹具上定位销配合的孔状结构，工艺菱销孔(5)通过铰孔的加工方式形成，工艺菱销孔(5)的加工直径为8-16mm，工艺菱销孔(5)的加工深度为8-10mm。
3.如权利要求2所述的发动机缸体共线加工的基准转化方法，其特征在于：所述工艺菱销孔(5)与定位菱销孔(3)的相对位置度小于φ0.1；所述工艺菱销孔(5)的位置处于被加工的发动机缸体的对角最大位置处。
4.如权利要求3所述的发动机缸体共线加工的基准转化方法，其特征在于：所述工艺菱销孔(5)与夹具上定位销之间的配合间隙为0.02mm。
5.如权利要求4所述的发动机缸体共线加工的基准转化方法，其特征在于：平行于基准面加工包括顶面和底面的尺寸加工，其中，孔加工位置公差PB11根据以下公式计算：
PB11＝PA-PAB
式中，PA为设计公差，PAB为定位菱销孔(3)与工艺菱销孔(5)之间的位置度公差；
面加工位置公差为PB12等于设计公差PA。
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