自動補償在國內(nèi)主流汽車發(fā)動機廠精鏜工序中的應用

1、自動補償在國內(nèi)主流汽車發(fā)動機廠精鏜工序中的應用    摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關鍵詞：Butte本文簡要介紹了精鏜自動補償這一在現(xiàn)代汽車制造業(yè)有著成功應用的控制技術(shù)，

2、并以發(fā)動機缸孔加工為例，根據(jù)對國內(nèi)主流汽車發(fā)動機廠實際應用情況的調(diào)研，分析了企業(yè)在規(guī)劃該工序時做出的不同工藝選擇。文章還結(jié)合實例，介紹了典型的補償模式。1精鏜自動補償技術(shù)（1）概述精鏜自動補償是一項已誕生多年的成熟技術(shù)，是現(xiàn)代機械制造業(yè)中被稱為“自動補調(diào)”的控制技術(shù)中十分重要且很有代表性的一種。在發(fā)動機的主要零部件，如缸體、連桿等的孔加工中得到了較為廣泛的應用。以缸體加工為例，缸孔的精鏜是最重要的工序之一，涉及的尺寸精度和形位誤差將直接影響發(fā)動機的質(zhì)量。而實際使用效果表明，若在精鏜工序中增加自動補償環(huán)節(jié)，就能顯著提高該工序的運行質(zhì)量，主要反映在以下幾方面：由于自動補償系統(tǒng)可以補償?shù)毒吣p以及溫

3、度和其它不穩(wěn)定因素的影響，且切削刃的補償量能達到1m，故改善、提高工件質(zhì)量的效果明顯?？梢詼p少調(diào)刀次數(shù)，提高工序效率（尤其是在將半精鏜與精鏜結(jié)合在同一工序里時）。通過改善機床性能，可將普通機床升級為精密機床。（2）精鏜自動補償功能的實現(xiàn)自動補償系統(tǒng)由隨機檢測、（信號）反饋補償和具有微調(diào)功能的鏜頭等三部分組成。在發(fā)動機主要零部件中，除了缸體外，在連桿加工中應用鏜孔自動補償系統(tǒng)也較多，但補償原理和系統(tǒng)組成是完全相同的。其工作循環(huán)為：鏜刀在加工孔后退出，由電子塞規(guī)（測頭）對工件進行測量；然后測頭退出，檢測信息送入測量儀，經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換后送到補償控制單元，在其中進行運算后，做出相應的判斷，若需要實

4、施補償，就向補償執(zhí)行器發(fā)出相應的指令；補償執(zhí)行器可以有不同的形式，圖1所示為伺服電機，此時需通過連軸器轉(zhuǎn)換為拉桿的軸向移動，有時還需要配以冷卻液供應裝置；最后，由拉桿產(chǎn)生位移，并通過具有微調(diào)功能的鏜頭（刀）引起鏜刀切削刃（刀尖）的徑向位移，從而完成鏜孔過程中刀具的自動補償。在組成系統(tǒng)的三要素中，由測頭/電子塞規(guī)與測量儀組成的隨機檢測部分其實與常用的線外檢測裝置相同。而在組成（信號）反饋補償系統(tǒng)的控制器、執(zhí)行單元和輔助部件中，控制器已經(jīng)產(chǎn)品化，一般由隨機檢測的供應廠商配套提供，當采用伺服電機或步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)時，還要配置驅(qū)動電源。著名的量儀公司MARPOSS就采用這種方式與機床廠合作，以滿足

5、用戶需要。因此，在發(fā)動機廠規(guī)劃人員做出的缸孔精鏜自動補償?shù)墓に囘x擇中，除了補償?shù)膱?zhí)行方式外，系統(tǒng)三要素中的最后一個要素具有微調(diào)功能的鏜頭（刀）的選擇就顯得尤為重要。必須指出，近年來，上述系統(tǒng)中的測量儀和補償控制單元已經(jīng)一體化，為通用的、以工控機為基礎的計算機輔助測量系統(tǒng)所取代（如MARPOSS公司的E9066產(chǎn)品）。迄今，在精鏜補償系統(tǒng)中，采用斜楔機構(gòu)的微調(diào)鏜刀所占比例仍然最大，雖然實際應用中的刀具在具體結(jié)構(gòu)上會有一些差異，乃至拉桿的驅(qū)動方式也完全不同，但其基本工作原理均相同。此類鏜刀如圖2所示。從圖中可見，其中部的拉桿的前端有一角度很小的斜楔，與斜楔緊密接觸的是一杠桿上部的短柱，而精鏜刀片就

6、安裝在杠桿下部的前端。這樣，當拉桿前后移動時，就會引起刀尖的微小徑向位移。依據(jù)知悉的斜楔角度和杠桿比，就能建立拉桿的軸向位移量與刀尖徑向位移之間的數(shù)學關系，以實現(xiàn)量化的刀具微調(diào)。（3）精鏜自動補償?shù)难a償模式但是，經(jīng)由隨機檢測后輸出的測量信息，又是如何轉(zhuǎn)化為相應的補償指令，并確定刀尖徑向位移量的呢？這是通過控制單元（補償控制器）對檢測結(jié)果的運算、處理，并作出相應判斷后向驅(qū)動裝置發(fā)出指令來實現(xiàn)的。只是運算、處理的模式（即執(zhí)行補償?shù)臄?shù)學模型）必須由用戶的工藝部門、質(zhì)量部門根據(jù)自身情況來決定。當然，也有一些發(fā)動機廠采用更為簡單的補償模式，如在某一生產(chǎn)批量很大的缸體生產(chǎn)線上，缸孔精鏜采取“強制補償”方式

7、，具體做法是：精鏜刀片每加工10個孔，就自動補償?shù)毒吣p量1m。以上介紹的精鏜補償系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制的反饋自動補償，但實際上在汽車、柴油機等行業(yè)，真正用于缸孔精鏜工序時，還有手動調(diào)整/補償?shù)哪Ｊ?，且這種情況不僅存在于國內(nèi)早期建成的發(fā)動機廠，至今還在一些企業(yè)得到應用。建成于上世紀80年代末的上海大眾發(fā)動機一廠是國內(nèi)最先投產(chǎn)的現(xiàn)代化汽車發(fā)動機廠之一，其缸體生產(chǎn)線是一條全部由組合/專用機床構(gòu)成的剛性自動線，其中的缸孔精鏜工序就采用手動補償。奇瑞汽車發(fā)動機一廠的一條缸體“剛性”生產(chǎn)線在缸孔加工中也采用了相似的方式。但這并非只是企業(yè)早期的一種工藝選擇，知名的民營企業(yè)吉利汽車公司近幾年建成的3條缸體生產(chǎn)線

8、的缸孔鏜削工序中都具有精鏜補償功能，只是均為“開環(huán)”的手動控制。然而，即使都是“手動”控制，在具體做法上也存在差異。在上海大眾發(fā)動機一廠的缸體線中，相對于圖3所示的系統(tǒng)組成，其實只少了驅(qū)動裝置c。在自動線中，用于全檢的隨機檢測量儀和控制單元還是能按預先設置的補償要求自動給出補償量，只是需要人工操作（一般在機床控制面板上執(zhí)行）而已。吉利汽車的模式就要簡單得多，生產(chǎn)線內(nèi)不設置隨機檢測工位，操作人員只是依據(jù)線外設置的檢具，根據(jù)在每一個抽檢周期所得到的測量結(jié)果來決定補償與否及補償量。具體做法也是先在公差范圍內(nèi)建立一個警戒（控制）區(qū)域，當發(fā)現(xiàn)一個周期（如1小時）抽檢的1件（或35件）的實測值（或平均值）

9、超出警戒線后，就人工執(zhí)行補償操作，調(diào)整到公差的中間值。2缸孔精鏜的工藝選擇在缸體加工中，缸孔精鏜是最重要的工序之一，涉及的尺寸精度和形位誤差將直接影響發(fā)動機的質(zhì)量。因此，企業(yè)在規(guī)劃這道工序時會持十分慎重的態(tài)度，既要保證零件的實物質(zhì)量和工序質(zhì)量，又要結(jié)合產(chǎn)品和企業(yè)的實際情況而采用最合適的方案。缸孔精鏜的工藝選擇牽涉到加工設備、鏜削工藝、鏜刀（包括刀片材料、是否帶補償功能等）等諸多因素。在汽車行業(yè)面臨日益激烈的市場競爭的大環(huán)境下，企業(yè)加快了產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，對降本增效更加重視，并強化了柔性生產(chǎn)方式。確實，自上世紀90年代中期以來，加工中心得到了日益普遍的應用，還出現(xiàn)了完全由加工中心組成的自動線（

10、包括缸體線），但這是否是一種發(fā)展趨勢呢？事實證明，這只是一種可取的模式。近年來，國際知名的機床供應商和汽車企業(yè)集團十分看好并力主優(yōu)先采用“混合型柔性自動線”。這是一種組合/專用機床和加工中心相混合的柔性自動線，其優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，同時又具有相當?shù)娜嵝裕軌蜻m應大批量生產(chǎn)和變型產(chǎn)品生產(chǎn)，而投資則相對較?。ㄓ闪慵慕Y(jié)構(gòu)特點和工藝分析所決定）。在以這種模式加工缸體時，缸孔的鏜削工序是由專用機床承擔的。而多年前已經(jīng)配置使用的精鏜自動補償則進一步提高了缸孔精鏜的加工質(zhì)量。不過，雖然這一措施的有效性已得到確認，但作為一種工藝選擇，企業(yè)在規(guī)劃和實施時仍然會對經(jīng)濟性、適用性等各方面加以考慮，最后根據(jù)自身的實際

11、情況作出決定。通過對國內(nèi)20多家主流汽車發(fā)動機廠（包括柴油機廠）的60余條缸體生產(chǎn)線的調(diào)查，我們對缸孔精鏜采用的工藝技術(shù)有了比較清晰的了解。在60余條缸體線中，2002年后建成投產(chǎn)的新線占了將近一半（47.5%），但在這些線中，缸孔鏜削工序采用加工中心的比例增加到45%。表明近年來由加工中心組成的柔性自動線在發(fā)動機主要零件制造中的應用面在擴大。但是，相對而言，上述“混合型柔性自動線”還是稍占優(yōu)勢。按照這種制造方式，缸孔鏜削工序均在專機上完成。事實上，國內(nèi)在2005年以后建成的多條具有先進水平和代表性的缸體線，如東風康明斯、上海通用L850項目、大眾動力總成（上海）、大連柴油機廠、大眾一汽發(fā)動機（大連）等，均采用了這種模式。至于帶有缸孔精鏜自動補償功能的設備，在全部被調(diào)查的60多條生產(chǎn)線中占到54