浅析自动补偿在国内主流汽车发动机厂中的应用

 

　　1精镗自动补偿技术

　　（1）概述

　　在缸体加工中，缸孔精镗是重要的工序之一，涉及的尺寸和形位误差，将直接影响到发动机的质量。因此，企业在规划这道工序时，会持十分慎重的态度，既要保证零件的实物质量和工序质量，又要结合产品和企业的实际情况采用适合的方案。缸孔精镗的工艺选择牵涉到加工设备、镗削工艺、镗刀（包括刀片材料、是否带补偿功能等）等诸多因素。

　　近年来，国际的机床供应厂商和汽车企业集团很看好并力主优先采用的是"混合型柔性自动线",即一种组合/专用机床和加工中心相混合的柔性线，其优点是生产效率高，同时又具有相当的柔性，能够适合大批量生产和变型产品生产。在以这种模式加工缸体时，缸孔的镗削工序是由专用机床承担的。

　　与此同时，多年前已经配置使用的精镗自动补偿则进一步提高了缸孔精镗的加工质量。只是这一措施的有效性虽然得到确认，但作为一种工艺选择，企业在规划和实施时仍会出于经济性、适用性等各方面的考虑，根据自身的实际情况做出决定。

　　（2）精镗自动补偿功能的实现

　　自动补偿系统由随机检测、（信号）反馈补偿和具有微调功能的镗头等三部分组成。在发动机主要零部件中，除了缸体外，在连杆加工中应用镗孔自动补偿系统也较多，但补偿原理和系统组成是完全相同的。其工作循环为：镗刀在加工孔后退出，由电子塞规（测头）对工件进行测量；然后测头退出，检测信息送入测量仪，经放大和A/D转换后送到补偿控制单元，在其中进行运算后，做出相应的判断，若需要实施补偿，就向补偿执行器发出相应的指令；补偿执行器可以有不同的形式，图1所示为伺服电机，此时需通过连轴器转换为拉杆的轴向移动，有时还需要配以冷却液供应装置；，由拉杆产生位移，并通过具有微调功能的镗头（刀）引起镗刀切削刃（刀尖）的径向位移，从而完成镗孔过程中刀具的自动补偿。

　　精镗自动补偿系统其工作循环为：镗刀在加工孔后退出，由电子塞规（测头）对工件进行测量；然后测头退出，检测信息送入测量仪，经放大和A/D转换后即进到补偿控制单元，在其中进行运算后，做出相应的判断，若需要实施补偿，就发出相应的指令给补偿执行器；补偿执行器可以有不同的形式，图3所示的为伺服电机，此时需通过连轴器转换为拉杆的轴向移动，有时还需配以冷却液供应装置；，由拉杆产生位移，并通过具有微调功能的镗头（刀）引起镗刀的切削刃（刀尖）的径向位移，从而完成了镗孔过程中刀具的自动补偿。

　　在构成系统的三要素中，由测头/电子塞规与测量仪组成的随机检测部分其实与常用的线外检测装置相同。而在组成（信号）反馈补偿系统的控制器、执行单元和辅助部件中，控制器已经产品化，一般由随机检测的供应厂商配套提供。当采用伺服电机或步进电机作为执行机构时，还配以驱动电源。

　　（3）精镗自动补偿的补偿模式

　　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？

　　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。

　　当然，也有一些发动机厂采用更为简单的补偿模式，如在某一生产批量很大的缸体生产线上，缸孔精镗采取"强制补偿"方式，具体做法是：精镗刀片每加工10个孔，就自动补偿刀具磨损量1μm.

　　以上介绍的精镗补偿系统是一种闭环控制的反馈自动补偿，但实际上在汽车、柴油机等行业，真正用于缸孔精镗工序时，还有手动调整/补偿的模式，且这种情况不仅存在于国内早期建成的发动机厂，至今还在一些企业得到应用。建成于上世纪80年代末的上海大众发动机一厂是国内投产的现代化汽车发动机厂之一，其缸体生产线是一条全部由组合/专用机床构成的刚性自动线，其中的缸孔精镗工序就采用手动补偿。奇瑞汽车发动机一厂的一条缸体"刚性"生产线在缸孔加工中也采用了相似的方式。但这并非只是企业早期的一种工艺选择，的民营企业吉利汽车公司近几年建成的3条缸体生产线的缸孔镗削工序中都具有精镗补偿功能，只是均为"开环"的手动控制。然而，即使都是"手动"控制，在具体做法上也存在差异。在上海大众发动机一厂的缸体线中，相对于图3所示的系统组成，其实只少了驱动装置c.在自动线中，用于全检的随机检测量仪和控制单元还是能按预先设置的补偿要求自动给出补偿量，只是需要人工操作（一般在机床控制面板上执行）而已。吉利汽车的模式就要简单得多，生产线内不设置随机检测工位，操作人员只是依据线外设置的检具，根据在每一个抽检周期所得到的测量结果来决定补偿与否及补偿量。具体做法也是先在公差范围内建立一个警戒（控制）区域，当发现一个周期（如1小时）抽检的1件（或3-5件）的实测值（或平均值）超出警戒线后，就人工执行补偿操作，调整到公差的中间值。

　　2缸孔精镗的工艺选择

　　在缸体加工中，缸孔精镗是重要的工序之一，涉及的尺寸和形位误差将直接影响发动机的质量。因此，企业在规划这道工序时会持十分慎重的态度，既要保证零件的实物质量和工序质量，又要结合产品和企业的实际情况而采用合适的方案。缸孔精镗的工艺选择牵涉到加工设备、镗削工艺、镗刀（包括刀片材料、是否带补偿功能等）等诸多因素。

　　近年来，国际的机床供应商和汽车企业集团十分看好并力主优先采用"混合型柔性自动线".这是一种组合/专用机床和加工中心相混合的柔性自动线，其优点是生产效率高，同时又具有相当的柔性，能够适应大批量生产和变型产品生产，而投资则相对较小（由零件的结构特点和工艺分析所决定）。在以这种模式加工缸体时，缸孔的镗削工序是由专用机床承担的。而多年前已经配置使用的精镗自动补偿则进一步提高了缸孔精镗的加工质量。不过，虽然这一措施的有效性已得到确认，但作为一种工艺选择，企业在规划和实施时仍然会对经济性、适用性等各方面加以考虑，根据自身的实际情况作出决定。

　　通过对国内20多家主流汽车发动机厂（包括柴油机厂）的60余条缸体生产线的调查，我们对缸孔精镗采用的工艺技术有了比较清晰的了解。在60余条缸体线中，2002年后建成投产的新线占了将近一半（47.5%），但在这些线中，缸孔镗削工序采用加工中心的比例增加到45%.表明近年来由加工中心组成的柔性自动线在发动机主要零件制造中的应用面在扩大。

　　但是，相对而言，上述"混合型柔性自动线"还是稍占优势。按照这种制造方式，缸孔镗削工序均在专机上完成。事实上，国内在2005年以后建成的多条具有先进水平和代表性的缸体线，如东风康明斯、上海通用L850项目、大众动力总成（上海）、大连柴油机厂、大众一汽发动机（大连）等，均采用了这种模式。

　　至于带有缸孔精镗自动补偿功能的设备，在全部被调查的60多条生产线中占到54%;其中，当缸孔精镗采用专机方式加工时，带有此项功能的占64%;而采用加工中心加工时，仅有25%的工序具有此项功能。

　　事实上，尽管精镗自动补偿是一项已应用多年的成熟技术（过去也被称作"自动补调"），但随着数控、检测等相关技术的不断发展，尤其是处于补偿系统地位的可微调镗杆的改进与完善，补偿的效能已得到大大提高和扩展，充分体现出这项成熟技术的不断进步。