康银辉 周华勇 王录林
中国航发西安动力控制科技有限公司 陕西西安 710077
摘要:分析了支架壳体组件结构的特殊之处在于跳动要求中被测要素与基准要素轴向距离大,这种结构计量时，基准要素的轻微偏差会对计量结果产生成倍的影响，有放大效应。研磨加工材料硬度偏低的衬套时，会改变零件内外圆的位置偏差，应尽量采用机械加工的方法去保证位置尺寸精度。
关键词：壳体组件；跳动；镗孔
1 问题现状
图1所示的支架组件衬套孔（Ф5+0.013 0）对基准A壳体孔（Ф28）的跳动要求为0.1,该技术要求一直采用计量的方法进行检查。多年以来，该技术要求的计量结果大部分都会超差，计量合格率仅为30%左右。
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2 检测方法的确定
由于该跳动要求合格率一直偏低，甚至装配到产品上之后还引发质量问题，所以对跳动指标一直采用双方都认可的计量检测这个办法来判定其是否合格。这个跳动计量时，常规的做法都如图2所示，通过计量仪的探头在基准孔（Ф28孔）触碰孔壁采点，经过计量仪的软件做两个圆，再根据两个圆建立一个圆柱，即基准孔的圆柱模型。然后探头在被测要素孔（Ф5+0.013 0孔）内触碰孔壁采点做圆，在软件中计算被测要素孔模型相对于基准孔模型的跳动量。对于被测要素孔长度较长的，为了减小偶然性，一般在不同截面采点，以最大的偏差值计为跳动值。
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从图3、图4的对比可以看出，由于该壳体组件的被测孔与基准孔轴向距离较远，计量过程中基准孔的轴线对理论正确位置的轻微偏斜，会产生延长放大效应，对最终计量的跳动值产生很大的影响。本项目中组件的基准孔是Ф28孔，有效长度很短，如图3所示，轴线相对于理论正确位置的偏离，经过延长之后与Ф5孔的轴线偏离就非常严重，这样计量评价的Ф5孔对Ф28孔的跳动误差就很大。如果进行基准与被测要素的对换，计量时将Ф5孔作为基准孔，如图4所示，基准孔轴线同样数值的偏离，延长之后就要比图3所示小很多。能够很大程度地消除计量误差。所以实际加工中，计量采用了以加工的Ф5孔为基准，测量Ф28孔跳动的方法。
3 影响因素的分析
组件现行的加工流程如下图所示，支架孔压入衬套之后与壳体配钻装销子，利用销子和螺钉将支架固定在壳体上。然后在镗床上以基准A孔定位镗支架衬套孔，之后将支架衬套从壳体上拆卸下来研磨衬套孔，最后再计量检查跳动0.1是否合格。其中支架衬套孔研磨时，是从壳体组件上拆卸下来的，研磨完成之后，计量之前再安装到壳体上的。
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从加工流程图来看，镗孔、研磨和安装几个环节，都可能会对跳动的计量结果产生影响。分别对这些因素进行分析排查。
3.1 拆卸安装支架的影响
支架在壳体上的安装是通过两个圆柱销定位并使用螺钉固定的。销子与壳体销子孔过盈配合，压装在壳体上，而销子与支架上的销子孔是间隙配合的。支架拆卸了完成衬套孔研磨之后再次安装时，衬套孔的偏离取决于销子与支架上孔的间隙。假定销子1及销子2与对应孔的配合间隙分别为δ1和δ2，那么衬套孔的偏离不可能超过二者中的较大者。实际情况也是符合这个推论的，经过将支架二次安装前后的跳动值进行计量对比，结果发现无明显差异，前后计量值保持了较好的一致性，所以可以排除拆卸安装支架过程对跳动值变化的影响。
3.2 镗孔的影响
镗孔工序的加工目的是为研磨衬套孔去除余量，镗孔的位置偏差无疑会对研磨孔产生重要影响，之前的工艺设计中要求镗孔的跳动值在0.06以内，同样也是采用计量的方法进行检查。经过对现场多批次的跟踪，镗孔之后的跳动计量能够保持较高合格率。只是即便镗孔合格了零件，到后来支架衬套孔的跳动合适不合格。所以虽然镗孔对跳动值有影响，但是跳动不合格的并不是由于镗孔不合格所导致。
3.3 研磨的影响
研磨是我们公司精密偶件类零件常用的加工方法，很多衬套的内孔最终都要进行研磨加工。长期以来，都认为研磨加工一般不会改变零件的位置公差，对于衬套类零件外圆或内孔的研磨不会改变其外圆与内孔之间原来的跳动（或同轴度）。
对于本例而言，零件的结构有其特殊之处。衬套材料为铜合金，硬度低，长度与孔径的比值为3.8。衬套研磨硬度低的情况，当施加的压力有变化的时候就会影线研磨过程，难以保证均与的去处余量。这样研磨的衬套孔轴线就有可能偏离原来镗孔的轴线。而作为本的壳体组件，一旦衬套孔研磨后轴线相对于原来的孔产生了偏斜，那么经过延长之后会放大，对于计量跳动时的影响就会很大。同时从统计的计量结果来看，有相当一部分零件，镗孔之后的跳动偏差计量值很小，而在研磨衬套孔后计量跳动时偏差值不合格了，甚至会很大。所以可以确定，研磨衬套是导致零件最终跳动偏差计量不合格的一个重要原因。
4 问题改进
由于研磨加工过程中人为的因素难以控制，为了彻底地解决问题消除质量隐患，考虑去掉研磨工序，以镗代研，使用高精度镗床直接镗孔达到衬套技术要求，从而消除研磨产生的不利影响。
4.1 刀具及切削参数的选定
由于支架衬套孔的孔径公差为0.013，圆柱度要求要求0.002，精度较高，是镗孔加工的难点。对此我们选择数控坐标镗床上进行加工。刀具选用Φ5合金镗刀，刀尖圆角R0.2，刀杆长度伸出部分不大于24（衬套长20）。切削参数的选择遵循高转速、小进给、小切深的原则。经过试加工确定了合适的切削参数，确定粗镗的主轴转速S=500r/min，进给量F=15mm/min，精镗的余量在0.05～0.08mm，主轴转速720r/min，进给量F=15mm/min。这个切削参数下加工的衬套孔达到了技术要求，孔径尺寸波动在0.01以内，圆柱度偏差在0.002以内，粗糙度达到了Ra0.26，证明镗孔能够达到组件形状尺寸精度要求。
4.2 装夹定位方式的确定
为了控制跳动要求，镗孔时在加工前找正夹具上与壳体定位孔（Ф28孔）配合的定位销以确定镗孔的位置。由于定位孔与定位销的间隙对于跳动量有着直接的影响，所以为了减小定位间隙的影响，对定位销进行了分组设计制造，将定位的间隙控制到最小。同时，针对组件加工周期短、批次多、数量少的特点，为了提高加工质量和效率，制作了应用于3R夹具的定位基础板，并且将每次镗孔时的压紧点确定相同位置，压紧点控制在零件中部区域，利用垫块使零件压紧时整个底面均匀受力，避免零件压紧时产生变形，影响最终的形位公差要求。这样的措施既稳定了加工质量，还减少了每次加工的准备调整时间。
5 改进效果
在验证确定了以镗代研的可行性之后，通过对多批次的零组件的支架衬套孔跳动值的计量检查和统计，所有组件均一次计量检查合格，合格率达到100%。