圆度测量在缸孔加工中的应用

袁 霞，杨青松

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545005；2.柳州上汽汽车变速器有限公司，广西柳州545000）

圆度测量在缸孔加工中的应用

袁 霞1，杨青松2

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545005；2.柳州上汽汽车变速器有限公司，广西柳州545000）

结合生产现场实际情况，介绍了圆度测量以及圆度仪的相关知识。以圆度测量在发动机部件缸体的缸孔的应用来展现其对机加零件质量控制的方法，体现了圆度测量在零件加工中质量控制的重要性，为提高零件加工的质量打下了良好基础。

圆度测量；缸孔加工；质量控制；圆度仪

随着汽车行业在国际和国内的迅速发展，各汽车厂商的竞争日益激烈，发动机作为汽车的核心部件，相关质量技术要求也在时代的进步中更加体现其重要性。质量检测作为汽车零部件生产制造中控制加工质量的关键环节，与市场和成本息息相关。圆度测量是形位公差检测中的一种，在机加质量控制中使用广泛，为零件加工质量的提高起到很大的作用。

本文针对发动机缸体的缸孔加工，利用圆度测量仪来监控其加工质量，充分体现了圆度测量在零件加工中质量控制的重要性，解决了实际生产问题，从而提高了生产效率和节约经济成本。

1 圆度测量的原理以及评价方法

圆度是指回转表面的横向截面轮廓（圆要素）的形状精度。横向截面与回转表面的轴线相交的交点，是圆要素的中心。圆要素上各点至该中心的距离为圆要素的半径。当实际圆要素存在形状误差时，在圆要素上各点处的半径并不相同，故圆要素的形状误差是其半径变化的真实反映[1]。

圆度误差表示实际圆要素精度的技术参数。测量圆度，就是确定实际圆要素的圆误差，从而获得它们的形状精度状况。圆度测量方法主要有回转轴法、三点法、两点法、投影法和坐标法，直接利用数据采集仪连接百分表法[2]。

圆度测量的评定方法包括：最小区域法、最小二乘法、最小外接圆、最大内接圆四种，而最终的圆度评价值与各零件在评价中所选用的滤波也有一定的关系，各行业在选择滤波上根据各自的零件特色、直径以及不同的设备也有相应的规则。

对于圆度测量，国内和国际上都相应制定了标准，在汽车制造以及发动机制造上都有相应应用，尤其在一些具有一定规模的企业都有自己的一套相关体系或规程。

2 圆度测量工具

目前工厂常用桥式三坐标和圆度仪进行圆度测量，由于对圆度指标的具体测量要求不同，所采用的测量工具也不同。当测量要求对圆度指标不是最终要求工位，且公差精度等级不高时，通常采用快速的三坐标进行测量，使用三坐标测量值作为参考值来调节加工的各个参数，保证加工精度和加工质量，包括刀具的使用，节拍的控制，加工的步骤等。当圆度要求较高，圆度技术控制是最终工序时，采用实验室的圆度仪进行测量。

圆度仪分为转轴式圆度仪和转台式圆度仪两种类型[3]。

如下图（a）所示为转轴式圆度仪的结构原理图，该种仪器测量时，测量过程中被测工件固定不动，仪器的主轴带着传感器和测头一起回转。转轴式圆度仪通常为大型圆度仪，用来测量大型工件，一方面大型工件回转起来需要的动力比较大，精度难以保证，另一方面大型工件回转中，工作台的精度难以调节。

如下图（b）所示为转台式圆度仪的结构原理图，该种仪器工作时传感器和测头的位置固定不变，而被测零件放置于回转工作台上，随工作台一起回转。转台式圆度仪常常制作成结构小巧的台式仪器，工作过程中被测零件随工作台一起回转，受工作台承载能力的限制，该类仪器常用于测量小型零件。两种圆度仪结构原理图如图1所示。

图1 两种圆度仪结构原理图

实验室同时具有上述两种类型的圆度仪，鉴于缸体的体型和重量，实验室采用大型圆度仪FMS8200和便携式的圆度仪Incometer V115即转轴式圆度仪测量缸孔的圆度，而小型圆度仪Tayloy365通常被用来测量检具标准件、连杆、气门等小型工件。

3 圆度测量在零件加工中的应用

发动机的3C件即缸体、缸盖和曲轴的加工中，均有相关对于圆度质量控制的技术要求，而缸体作为汽车发动机的重要组成部件，在缸孔的检测上尤为重要。如图2所示为发动机缸体的三维图，缸孔是气体压缩燃烧和膨胀的空间，并对活塞起导向作用，缸孔表面是发动机磨损最严重的表面之一，它的质量决定了发动机的使用寿命。

在实际生产环节，圆度仪等高自动化、高精度、高效率的自动检测设备对生产效率和生产安全都起着至关重要的作用。

图2 发动机缸体三维图

3.1 缸体缸孔加工中的圆度测量

由于缸体材料需要较高的强度、良好的铸造性能、耐磨性能、切削加工性能以及优良的热疲劳性能，因此汽车发动机缸体制造的材料一般为灰铸铁和铝合金，目前工厂采用的材料是灰铸铁。缸孔的加工工序为：粗镗缸→半精—精镗缸→精绗缸。

缸孔的主要加工工艺分为镗孔和绗孔。粗加工主要是为了切削材料并为后续精加工奠定基础，大多数采用镗孔工艺。而对于精加工工序，珩磨可以同时达到缸孔表面粗糙度和储油性能的要求，且不会影响缸孔表面的加工质量，可以降低汽车发动机油耗量，延长催化器的寿命，降低排放量，减少磨损。如下所示为缸孔在加工过程中，不同加工工序所对应的质量控制仪器的应用。

（1）粗镗缸孔，加工工艺中只对缸孔的直径和位置度作了要求，采用表塞规和三坐标检测，为后续缸孔的加工确定好相应的尺寸，防止位置偏差带来的缸孔倾斜。

（2）精镗缸孔，加工工艺中对缸孔直径位置度、垂直度和圆度都作了相应规定。除了直径测量采用气动检具，其它均采用三坐标进行检测。其中该工序圆度要求为0.015 mm，采用三坐检测标可以满足需求，如图3所示为三坐标测量仪。

图3 三坐标测量仪

（3）精绗缸孔，加工工艺中对缸孔直径位置度、垂直度、圆度都作了相应规定。该工序直径测量使用气动检具，位置度和垂直度采用线旁三坐标进行检测。由于缸孔圆度要求为0.005 mm，精度高，因此采用如图4所示转轴式圆度仪进行测量。

图4 转轴式圆度仪

3.2 圆度测量数据分析

圆度测量数据结果包括测量数值和曲线图形。如图5所示为圆度测量值Q-DAS数据统计。采用Q-DAS集成数据统计，对加工零件的测量值实时进行统计分析，可以判断生产线绗磨加工缸孔的过程能力，突出差异点，同时可以根据趋势图指导生产线的调整，刀具的调整等，从而提高生产效率和节约经济成本。

图5 圆度测量值Q-DAS数据统计

圆度仪测量可以根据测量点模拟出测量的圆度图形以及评价圆度曲线，通过实际图形可以看出零件的缺陷所在，并分析出原因，进一步改善加工质量，提高整体加工水平。

缸孔在绗磨中，圆度图形表现形式主要有尖峰低谷状、拉毛锯齿状、椭圆桃子状等。

（1）尖峰低谷状，如图6所示可以看出在实际的测量曲线中有一处尖峰或低谷，另拟合的圆度曲线也可见低谷状，此处表现为异常点，分析此类问题时可以仔细观察缸孔并触摸，可发现此缸孔内表面有毛刺、毛屑或其它突兀污染物等现象，可以通过在送检前进行打磨或清洗减少毛刺污染物等避免此类问题的发生。

图6 尖峰低谷状轮廓

（2）拉毛锯齿状，如图7所示，此类问题通常由多个深度不是很大的低谷或尖峰组成，分析此类问题时可以仔细观察有问题的缸孔并触摸，可发现此缸体内孔表面粗糙，网纹清晰可见，由此判断出是缸体内孔粗糙影响了缸体圆度，可以通过提高缸体的内孔粗糙度等避免此类问题的发生。

图7 拉毛锯齿状轮廓

（3）椭圆桃子状，如图8所示测量图形呈椭圆状，主要原因是由于刀具绗磨中刀具过长，晃动较大，加工不稳定造成。解决此类问题的有效方法为检查机床和刀具，调整加工节拍，夹紧主轴。

图8 椭圆桃子状轮廓

综上所述，对缸孔进行圆度测量前，需要对缸孔表面清洁干净，保证装夹过程对测量值无影响，操作无误，在这些前提条件下才能正确地获得测量数据，并对机加质量做出科学的引导，有效提高生产效率。

4 结束语

本文通过对缸孔加工中的圆度测量的阐述，体现了圆度测量对机加质量控制的重要性，在发动机的缸体、曲轴的各工序中无处不体现着相应的圆度测量需求。圆度测量与机加质量控制的影响远远不止这些，在后续不断进步中仍需要不断挖掘它的作用，只有掌握了这把利器，才能更好的适应未来的竞争市场。

[1]汪恺，张纪真.形状和位置公差标准应用指南[M].北京：中国标准出版社，1999.

[2]甘永立.几何量公差与检测[M].5版.上海：上海科学技术出版社，2001.

[3]吴静.机械检测技术[M].重庆：重庆大学出版社，1999.

Roundness Measuring App lication in Cylinder Hole Processing

YUAN Xia1，YANG Qing-song2
（1.SAICGM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China；2.Liuzhou SAICMotor Transmission Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi545000，China）

In this paper，combined with the actual situation of the production site，introduced the roundnessmeasurement and roundness instrument of the relevant knowledge.The application of the cylinder bore of the engine in roundnessmeasurement shows the quality control of themachine parts，which reflects the importance of roundness measurement in the quality control of part processing，and improved the quality of the part processing has laid a good foundation.

roundnessmeasurement；cylinder bore processing；quality control；roundness instrument

TG806

A

1672-545X（2017）04-0100-04

2017-03-19

袁霞（1988-），女，湖北襄阳人，本科，助理工程师，主要研究方向：质量检测。