CN103286631A - 用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法和*** - Google Patents

Abstract

用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法，包括：第一，以过渡基准作为定位基准将箱体或壳体类零件定位装夹到数控加工设备上；第二，检测过渡基准零点相对于主定位基准零点的实测距离值，并分别计算出各个实测距离值与相应理论距离值之间的差值；第三，通过各个差值分别修正过渡基准零点的坐标值以形成修正的过渡基准零点；第四，以修正的过渡基准零点作为工件坐标系零点加工箱体或壳体类零件上待加工的结构。此外，本发明还提供一种用于实现上述加工方法的加工***。本发明通过补偿过渡基准与主定位基准之间的实际偏差，消除了箱体或壳体类零件加工过程中因基准不统一而产生基准不重合的误差，从而提高了零件的加工质量。

Description

用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法和***

技术领域

本发明涉及一种箱体或壳体类零件，例如发动机缸体的加工方法，具体地，涉及一种箱体或壳体类零件加工过程中用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法。此外，本发明还涉及一种用于实现上述加工方法的用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工***。

背景技术

在机械加工中经常需要加工箱体或壳体类零件，例如发动机缸体、发动机缸盖、油底壳、曲轴箱、齿轮壳等，这些零件的加工一般具有一个通用的主定位基准，在加工过程中应当尽可能地采用主定位基准对箱体或壳体类零件进行定位装夹，以使得机加工过程中的定位基准保持统一，减小加工误差。但是，在箱体或壳体类零件加工过程中不可避免地会出现一些待加工结构不适合采用主定位基准进行定位的情形，例如待加工结构需要形成在主定位基准的主要定位基面上，此时往往需要采用过渡定位基准进行定位装夹。为了说明问题，以下主要以发动机缸体的加工为例进行说明。

发动机缸体作为发动机零部件的主要安装载体，其上形成有多个安装面和安装孔。发动机缸体在加工过程中涉及相对复杂的加工工艺，大致的加工流程如下：粗加工顶平面、底面→精加工定位基准(即底面、两定位销孔)→粗精加工前、后端面→第一次镗缸孔、铣瓦座两侧面等→各深孔加工→第二次镗缸孔→缸体六个面的孔、凸台等的加工→缸孔粗镗、珩磨加工→精铣顶平面→成品。公知地，在发动机缸体的加工过程中遵循六点定位原则，理想地，其应当采用一面二销进行定位，即应当利用缸体底面(油底壳安装面)及底面上的两个定位销作为主定位基准，来完成缸体的大部分粗加工工序和全部精加工工序，这种定位方法保证了理论上的六点定位原则，即平面三点、圆柱销二点、菱形销一点。

但是，上述发动机缸体的加工流程，不同的生产厂家根据自身的生产实践情况会存在变化。普遍地，由于专业的发动机生产厂家大多具有自身的外部协作厂家，发动机缸体的部分加工工序(尤其是粗加工工序)常常由外部协作厂家完成，这使得通过主定位基准来完成缸体的大部分粗加工工序和全部精加工工序存在困难。

具体地，例如，目前本申请人具有两条发动机缸体生产线，每条发动机生产线均采用加工中心(例如德国Cross Huller公司的Star500型卧式加工中心，其为四轴联动设计，通用性较强)和专用机床进行组合生产。加工中心负责一些轻载的粗加工，如钻孔攻丝等，专用机床负责关键部位的加工，如曲轴、缸孔、顶面等部位的半精加工和精加工。其中，发动机缸体的重载粗加工全部由外协厂家进行外委加工，如缸孔粗加工、曲轴孔及开档面粗加工等。为了避免基准转换误差，外委的主要项目加工时所用的定位基准主要为公知的发动机缸体加工的主定位基准，即缸体底面(即油底壳安装面)和底面上的两个定位销孔，因而缸体底面和底面上的两个定位销孔也需要外委加工。但是，发动机缸体底部除了底面及定位销孔需要加工外，还常常需要加工喷油嘴安装孔、润滑油孔等，在外部协作厂家将缸体半成品送达后，这些缸体底面上的孔需要由申请人通过加工中心自行加工，这必然涉及到发动机缸体在加工中心上的定位装夹，由于需要加工的孔位于发动机缸体的底面上，因此在加工这些项目时就很难采用上述正常的“一面二销”的主定位基准。

为解决上述问题，普遍的作法是在发动机缸体上的其它侧面上形成一个过渡基准，例如在发动机缸体的排气侧侧面上形成作为定位基面的工艺凸台，然后用这个过渡基准进行定位，来加工发动机缸体底部的项目，例如润滑油孔等。在此情形下，由于实际上采用过渡基准进行定位，缸体上形成的主定位基准(即“一面两销”)并不实际起到定位作用。

具体地，适当参见图1所示，例如在加工中心上加工时，发动机缸体以过渡基准作为实际定位基准通过夹具定位夹紧，夹具上的定位元件与发动机缸体上构成过渡基准的基面形成的过渡基准零点表示为WZP1，机床坐标系零点表示为MZP。在加工中心B轴(即转动平台)转角为180度时，工件底面朝向机床主轴，此时假定WZP1在机床X、Y、Z三个方向上相对于机床坐标系零点MZP的距离分别为212.5mm、380mm、-83mm。在此情形下，假定需要在缸体底面上钻一个孔，孔号为H6001，该孔在X、Y两个方向上距离过渡基准零点WZP1分别为-255.5mm、235mm，孔口在Z方向距离WZP1的距离为383mm。此时，在加工中心上进行加工的传统加工工艺具体如下，为帮助理解给出了加工中心采用的加工程序，其中加工中心采用通用的Simens(西门子)数控***(对于本领域技术人员公知地，下述的加工程序中分号后为具体程序语句的注释语，仅帮助阅读调试程序，并不为加工中心执行)：

第一，设置加工孔H6001时的坐标系，将坐标零点由机床零点MZP偏移到过渡基准零点WZP1。

$P_UIFR[1，X，TR]＝212.5；WZP1与MZP在X方向相差212.5mm

$P_UIFR[1，Y，TR]＝380；WZP1与MZP在Y方向相差380mm

$P_UIFR[1，Z，TR]＝-83；WZP1与MZP在Z方向相差83mm

$P_UIFR[1，B，TR]＝0；WZP1与MZP B轴角度一致

第二，用G54调用所设定的坐标系，并在此坐标系下编制加工程序。

G0 G54 X-255.5  Y235 M3 D1；主轴快速移到X-255.5  Y235的位置

G0 Z＝383+3；        主轴沿Z轴快速移到离孔口3mm的位置

G1 Z＝383-10；        钻孔，孔深10mm

G0 Z600；                Z轴快速退到安全位置

通过传统加工工艺可以看出，该传统的加工工艺及其加工***在对上述缸体的后续加工中，采用的实际定位基准为过渡基准，在加工过程中也是以该过渡基准形成的过渡基准零点作为工件坐标系零点。但是，如上所述，发动机缸体的主要粗加工工序以及全部精加工工序应当采用主定位基准作为定位基准进行加工，所述主定位基准一般根据发动机缸体的设计基准进行选择，因此所述主定位基准可以近似认为是发动机缸体的设计基准，而过渡基准仅是加工过程中为便于加工采用的临时基准。公知地，在机械加工过程中，应当遵循基准统一和基准重合原则，发动机缸体加工过程中应当尽可能统一采用主定位基准(即上述“一面二销”)作为加工定位基准，以避免采用不同定位基准带来的误差。在采用上述过渡基准作为定位基准的情形下，由于过渡基准的加工误差、采用过渡基准进行定位时的装夹误差，必然会导致过渡基准与主定位基准之间存在偏差，即产生所谓的基准不重合误差，这会影响到发动机缸体底面的相关加工项目的加工精度，从而导致发动机缸体的加工精度不高，严重时甚至导致发动机缸体成为废品。

上述机加工过程中的缺陷普遍存在于箱体或壳体类零件的加工过程中，而并不限于上述发动机缸体。有鉴于此，需要设计一种用于箱体或壳体类零件的加工方法及其加工***，以克服现有技术的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法，该加工方法能够在采用过渡基准作为箱体或壳体类零件加工定位基准的情形下有效地补偿因基准不统一而产生的加工误差，从而提高箱体或壳体类零件的加工精度。

此外，本发明还要解决的技术问题是提供一种用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工***，该加工***能够在采用过渡基准作为箱体或壳体类零件加工定位基准的情形下有效地补偿因基准不统一而产生的加工误差，从而提高箱体或壳体类零件的加工精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法，所述箱体或壳体类零件上形成有主定位基准和过渡基准，其中，所述加工方法包括如下步骤：第一，以所述过渡基准作为定位基准将所述箱体或壳体类零件定位装夹到数控加工设备上，所述过渡基准形成的过渡基准零点相对于所述主定位基准形成的主定位基准零点在数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴和Z轴方向的理论距离值分别为ΔX、ΔY和ΔZ；第二，检测所述过渡基准零点相对于所述主定位基准零点在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值分别为δX、δY和δZ，并分别计算出δX与ΔX之间的差值φX、δY与ΔY之间的差值φY、以及δZ与ΔZ之间的差值φZ；第三，通过各个所述差值φX、φY和φZ分别修正所述过渡基准零点在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值以形成修正的过渡基准零点，该修正的过渡基准零点与所述主定位基准零点在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的距离值分别等于所述理论距离值ΔX、ΔY和ΔZ；第四，以所述修正的过渡基准零点作为所述箱体或壳体类零件的工件坐标系零点加工所述箱体或壳体类零件上待加工的结构。

具体地，所述箱体或壳体类零件为发动机缸体，所述主定位基准为该发动机缸体的底面和形成在该底面上的两个定位销孔；所述过渡基准为形成在该发动机缸体排气侧的工艺凸台面，各个工艺凸台面形成为用于定位所述发动机缸体的定位基面。

具体地，所述待加工的结构为所述发动机缸体的底面上的孔。

具体地，在所述第一步骤中，通过机床夹具以所述过渡基准作为定位基准将所述箱体或壳体类零件定位装夹到所述数控加工设备上。

优选地，所述机床夹具上形成有标准孔，所述第一步骤还包括检测所述标准孔在所述数控加工设备的机床坐标系中的坐标值，并将该检测的坐标值与预先设定的该标准孔的标准坐标值比较，以确保所述标准孔的检测的坐标值与所述标准坐标值之间的差值不超过预定偏差值。

具体选择地，所述数控加工设备为卧式加工中心。

优选地，在所述第二步骤中，通过接触式测头进行各个所述实测距离值δX、δY和δZ的检测工作，并将检测信号传输到所述数控加工设备的数控单元。

优选地，所述接触式测头将检测信号无线传输到所述数控加工设备的数控单元。

此外，本发明还提供一种用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工***，所述箱体或壳体类零件上形成有主定位基准和过渡基准，其中，所述加工***包括数控加工设备和用于检测过渡基准零点相对于主定位基准零点在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴和Z轴方向的实测距离值的检测装置，该检测装置能够将检测信号传输到所述数控加工设备的数控单元。

优选地，所述数控加工设备为卧式加工中心，所述检测装置为用于安装到所述卧式加工中心的机床主轴上的接触式测头，该接触式测头能够将检测信号无线传输给所述数控加工设备的数控单元。

通过上述技术方案，本发明的用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法及其加工***通过测量箱体或壳体类零件的主定位基准，找出主定位基准零点与过渡基准零点在X/Y/Z轴方向上的位置偏差，然后用这个位置偏差补偿过渡基准零点的各个坐标值，从而形成修正的过渡基准零点作为工件坐标系零点。这样可以有效地减少基准不重合误差对加工精度的影响。也就是说，尽管本发明采用了过渡基准作为箱体或壳体类零件的定位基准，但是由于在加工过程中巧妙了补偿了过渡基准与主定位基准之间的实际偏差，因此通过本发明的加工方法加工的箱体或壳体类零件的相关结构相对于主定位基准基本不会存在偏差，也就是说，尽管本发明的加工方法采用了过渡基准作为定位基准，但不会因为基准不统一而产生基准不重合的误差，从而提高了箱体或壳体类零件(例如发动机缸体)的加工质量。例如，目前申请人的两条发动机缸体生产线均已经通过了试制验收，其加工能力和加工质量完全符合设计标准。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1是本发明具体实施方式的用于发动机缸体的基准偏差补偿式加工方法的步骤框图，图中方框内仅简略描述了各步骤的要点。

图2是发动机缸体定位装夹到加工中心旋转工作台上的俯视示意图，图中显示尺寸仅是出于说明目的进行的例示尺寸。

图3是发动机缸体定位装夹到加工中心旋转工作台上的主视示意图，图中显示尺寸仅是出于说明目的进行的例示尺寸。

图4是发动机缸体定位装夹在加工中心旋转工作台上的主视示意图，其中显示了发动机缸体的底面上形成了需要加工的孔。

图5是在本发明的加工方法中通过接触式探头检测主定位基准的检测状态示意图，该图仅示意性显示了检测原理并合并显示了检测发动机缸体的底面和底面上定位销孔，其中未区分相关的坐标方向。

图6是本发明具体实施方式的用于发动机缸体的基准偏差补偿式加工***的示意性原理框图。

附图标记说明：

1发动机缸体；                    2旋转工作台；

3接触式测头；                    4检查装置；

5数控加工设备；                  6机床主轴；

A，D定位销孔；                   MZP机床坐标系零点；

WZP1过渡基准零点；               WZP2主定位基准零点；

X、Y、Z机床坐标系坐标轴；        B旋转工作台旋转轴；

C发动机缸体底面；                C1、C2、C3、C4底面检测点；

R、S、T工艺凸台面形成的基准面；  H6001待加工的孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

首先需要说明的是，本发明提供一种针对箱体或壳体类零件的加工方法，该加工方法的主要技术构思在于在采用过渡基准定位加工箱体或壳体类零件的结构时，将箱体或壳体类零件的主定位基准与过渡定位基准的偏差值补偿到以过渡定位基准零点建立的工件坐标系中，以提高箱体或壳体类零件的加工精度。为此需要说明的是，其一，本发明所指的箱体类零件，主要是外形形状呈六面体或基本呈六面体的工件(但是并不排除这些箱体类零件上存在孔洞之类的结构，例如缸孔)，壳体类零件主要是一侧开放的用于实现罩盖功能的工件，为帮助本领域技术人员理解本发明，以下主要以发动机缸体为例进行描述；其二，尽管在下文的说明中主要以加工中心为例说明本发明的加工方法，但对于本领域技术人员是显然地，本发明加工方法的技术构思同样可以应用于各种适当的数控加工设备上，例如数控钻床等。因此，本发明的保护范围不应局限于应用于加工中心。

以下首先描述本发明加工方法的基本实施方式，然后以加工中心为例更具体地描述本发明加工方法的优选具体实施方式，在描述过程中为帮助本领域技术人员理解本发明的技术方案，将附带说明一些机加工领域的一些基本加工原理和概念。在此基础上描述本发明的用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工***。

为了清楚描述，以下主要以所述箱体或壳体类零件为发动机缸体1为例进行描述。参见图1至图6所示，其中图2至图5中显示的尺寸仅是下文所述的ΔX、ΔY和ΔZ等的例示尺寸，并不构成对本发明保护范围的限制。所述发动机缸体上形成有主定位基准和过渡基准，其中，所述加工方法包括如下步骤：第一步骤S101，以所述过渡基准作为定位基准将所述缸体1定位装夹到数控加工设备上，所述过渡基准形成的过渡基准零点WZP1相对于所述主定位基准形成的主定位基准零点WZP2在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的理论距离值分别为ΔX、ΔY和ΔZ；第二步骤S201，在所述缸体定位装夹的状态下，检测所述过渡基准零点WZP1相对于所述主定位基准零点WZP2在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值分别为δX、δY和δZ，并分别计算出δX与ΔX之间的差值φX、δY与ΔY之间的差值φY、以及δZ与ΔZ之间的差值φZ；第三步骤S301，通过各个所述差值φX、φY和φZ分别修正所述过渡基准零点在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值以形成修正的过渡基准零点，该修正的过渡基准零点与所述主定位基准零点WZP2在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的距离值分别等于所述理论距离值ΔX、ΔY和ΔZ；第四步骤S401，以所述修正的过渡基准零点作为所述发动机缸体的工件坐标系零点加工所述发动机缸体上所需要加工的结构。

上述加工方法的基本实施方式体现了本发明的基本技术构思，尽管对于本领域技术人员相对容易理解上述基本实施方式涉及的技术原理或概念，但是为帮助本领域技术人员更加深刻地理解上述技术方案，以下对上述基本实施方式涉及的一些技术原理和概念进行说明。

第一，本发明的加工方法针对的是发动机缸体的继续加工(即加工对象为已经形成主定位基准和过渡定位基准的发动机缸体半成品)，尤其是针对发动机缸体底面上的相关结构的后续加工，例如发动机缸体底面上的喷油嘴安装孔、润滑油孔等，也就是说，该发动机缸体上已经形成了主定位基准，并且为了进行相关结构的后续加工也形成了过渡基准。就发动机缸体的加工而言，对于本领域技术人员而言显然地，主定位基准一般可以是发动机缸体经过精加工的底面和形成在该底面上的两个定位销孔。由于在机加工领域中，有时在加工一些结构时不适于采用主定位基准，因而在发动机缸体上形成过渡基准，例如由于发动机缸体底面上的喷油嘴安装孔、润滑油孔等形成在发动机缸体底面上，此时显然很难采用底面和底面上的定位销孔作为定位基准进行加工，为此引入了过渡基准。对于本领域技术人员，过渡基准可以具有各种形式，只要遵循六点定位原则即可，例如在本发明中可以在发动机缸体的排气侧上形成六个工艺凸台面，这六个工艺凸台面中的三个工艺凸台面处于一个平面(在与机床夹具的定位元件接触时形成三点定位)，两个工艺凸台面处于一个平面(在与机床夹具的定位元件接触时形成两点定位)，另一个工艺凸台面处于又一个平面(在与机床夹具的定位元件接触时形成一点定位)，该三个平面相互垂直形成相交点(即下述的定位基准零点)，从而形成六点定位。当然，过渡基准的形式多种多样，并不局限于本发明上述例举的具体形式。

第二，在上述基本实施方式的第一步骤S101中，涉及一些技术概念，例如过渡基准零点、主定位基准零点等，这在数控机加工领域是公知的，为了帮助理解现予以简略说明。

在数控加工设备中，数控加工设备具有自身的机床坐标系，相应的数控加工设备具有机床坐标系零点MZP，该机床坐标系零点MZP的位置是固定的，其构成数控加工设备进行机加工的基点，数控加工设备的位置识别均是基于该机床坐标系零点MZP进行的，数控加工设备在进行工件加工前需要进行归零操作(一般刀具移动到相对于机床坐标系零点MZP位置固定的机床参考点)就是这个原因。

此外，工件上具有自身的定位基准，定位基准包括相应的定位基面，按照六点定位原则，三个相互垂直的定位基面交汇于一点，该点即为定位基准零点，也就是说，定位基准零点并不一定是实际存在的点，而可以是具有确定位置的虚拟位置点或空间位置点。定位基准零点一般构成编制加工程序的零点，加工程序的编制人员根据定位基准零点编制各个工序程序需要加工的尺寸。例如，在本发明中，尽管存在主定位基准，但由于在发动机缸体的加工中并不以主定位基准进行定位，而是通过过渡基准进行定位，因此以过渡基准零点作为编程零点。当发动机缸体1通过过渡基准定位装夹到数控加工设备上时，机床夹具的定位元件与过渡基准的定位基面接触，此时过渡基准零点与夹具零点是重合的。

过渡基准零点在机床坐标系中的位置，即相对于机床坐标系零点MZP的位置一般是通过对刀工艺确定的，有关对刀工艺现有技术中存在多种形式，在此不再赘述。在上文所述的传统加工工艺中，发动机缸体的后续加工直接以所述过渡基准零点作为工件坐标系零点进行后续加工。所谓工件坐标系零点即在数控加工设备上对工件加工时机床刀具均相对于该工件坐标系零点来计算对工件的加工尺寸。但是，正如上文所述，发动机缸体的加工应当尽可能以主定位基准进行加工，尽管过渡基准零点WZP1相对于主定位基准零点WZP2在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的理论距离值分别为ΔX、ΔY和ΔZ，但是这种理论距离值仅是按照设计图纸得出的理想值，即过渡基准零点WZP1相对于主定位基准零点WZP2在所述数控加工设备的机床坐标系中具有设计的距离值，但是由于过渡基准本身的加工误差以及发动机缸体在数控加工设备上的定位装夹误差，因此过渡基准零点WZP1相对于主定位基准零点WZP2在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值不可避免地与理论距离值ΔX、ΔY和ΔZ存在偏差，这种由基准不统一造成的偏差会影响到后续加工的相关结构的尺寸精度和位置精度，从而使得加工不精确。

第三，在上述基本实施方式的第二步骤S201中，本发明的加工方法在所述缸体1定位装夹的状态下，检测过渡基准零点WZP1相对于主定位基准零点WZP2在机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值δX、δY和δZ，并分别计算出各个实测距离值与相应的理论距离值之间的差值，即δX与ΔX之间的差值φX、δY与ΔY之间的差值φY、以及δZ与ΔZ之间的差值φZ。

相关采用的检测方法可以具有多种，最简单地可以通过直接测量的方式进行测量，例如通过光电测量方法测量将实测距离值输入到数控加工设备的数控单元。当然，在数控机加工领域中可以通过测头进行测量，例如本发明的加工方法中可以采用接触式测头，该接触式测头将检测的用于获得实测距离值的参数信号传输到数控加工设备的数控单元，从而通过数控单元处理获得实测距离值并比较各个实测距离值与相应的理论距离值之间的差值。所述接触式测头可以是能够将检测的参数信号无线传输到数控加工设备的数控单元的接触式测头，例如英国测头制造商Renishaw公司生产的接触式测头，该测头测量过程中可以实时将测量参数信号无线传输到机床数控单元。显然地，为了完成上述检测工作，用于实现本发明加工方法的加工***应当包括相应的检测装置，在数控加工设备为卧式加工中心的情形下，由于卧式加工中心的数控单元内内置有标准的测量程序(即能够处理接触式测头传输的相关结构参数以及位置参数信号的测量程序)，因此所述检测装置可以为能够实现无线传输的接触式测头，在进行检测时将接触式测头安装到卧式加工中心的主轴端部进行测量即可，当然由于需要测量的是过渡基准零点WZP1相对于主定位基准零点WZP2在机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值，因此一般需要建立测量坐标系，该测量坐标系可以相对于机床坐标系零点通过对刀工艺确定过渡基准零点的位置，进而以过渡基准零点为原点建立测量坐标系，这对于本领域技术人员是显然地，在下文例举的加工程序中已经体现，在此不再赘述。例如，在本发明的加工方法中，接触式测头主要用于测量主定位基准零点相对于过渡基准零点的位置，在已经以过渡基准零点建立测量坐标系的情形下，通过接触式测头3检测主定位基准的定位结构的结构参数以及位置参数，例如所述主定位基准一般为发动机缸体的底面和形成在该底面的两个定位销孔，通过在测量坐标系内测量两个定位销孔的结构参数信号以及发动机缸体底面上的四个点的坐标值位置参数并取其平均值，进而通过对测量数据信号进行处理计算，并根据所述接触式测头3在检测时相对于过渡基准零点的相对位置获得过渡基准零点WZP1相对于主定位基准零点WZP2沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值分别为δX、δY和δZ。此外，作为一种简单变型形式，如果采用的数控加工设备不包括相关的标准测量程序的情形下，本发明的加工***完全可以包括独立的检测装置，该检测装置可以包括接触式测头以及内置测量程序的处理单元，接触式测头测量的数据可以经过处理单元处理后再传输给数控加工设备的数控单元，这种简单变型形式同样属于本发明的保护范围。

第四，在上述基本实施方式的第三步骤S301中，通过各个所述差值φX、φY和φZ分别修正所述过渡基准零点WZP1在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值以形成修正的过渡基准零点，也就是说，以所述过渡基准零点WZP1为基础，将各个所述差值φX、φY和φZ补偿到过渡基准零点WZP1的相应坐标值中，从而形成一个修正的过渡基准零点，该修正的过渡基准零点与所述主定位基准零点WZP2在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的距离值分别等于所述理论距离值ΔX、ΔY和ΔZ，即该修正的过渡基准零点与主定位基准零点之间的距离值不再存在偏差，而是等于设计图纸上的理论距离值。有关修正或补偿的方法对于本领域技术人员是公知的，基本就是将过渡基准零点WZP1在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值加上相应的差值或减去相应的差值，其中需要考虑到过渡基准零点WZP1和主定位基准零点WZP2的坐标值在机床坐标系中的正负，这与过渡基准零点和主定位基准零点坐标位置有关，对于发动机缸体的加工而言，一般将过渡基准零点WZP1在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值加上相应的差值即可。当然，对于加工程序的编制人员或工艺人员是明显的，例如在下文所述的加工程序中通过简单的差值加法运算即可。

第五，在上述基本实施方式的第四步S401骤中，以所述修正的过渡基准零点作为所述缸体的工件坐标系零点加工所述发动机缸体上所需要加工的结构，也就是说，尽管加工程序的编制以过渡基准零点进行编制，但由于各个所述差值φX、φY和φZ分别补偿到所述过渡基准零点WZP1在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值上，因此工件坐标系零点实际是经过修正的过渡基准零点，即刀具是相对于修正的过渡基准零点进行运动的。此外，需要注意的是，尽管上文的说明中本发明的加工方法主要针对发动机缸体底面上的相关结构的加工，但本发明的技术构思并不限于此，实际上，除了发动机缸体底面以及顶面之外的发动机缸体的其它四个表面的相关结构，均可以采用本发明的加工方法进行加工，因此本发明的保护范围并不局限于加工发动机缸体底面上的孔等。

通过本发明的上述加工方法，尽管本发明采用了过渡基准作为发动机缸体的定位基准，但是由于在加工过程中巧妙了补偿了过渡基准与主定位基准之间的实际偏差，因此通过本发明的加工方法加工的发动机缸体的相关结构相对于主定位基准基本不会存在偏差，也就是说，尽管本发明的加工方法采用了过渡基准作为定位基准，但不会因为基准不统一而产生基准不重合的误差，从而提高了发动机的加工质量。

在本发明加工方法的上述基本实施方式的基础上，如上所述，一般地，所述主定位基准为所述发动机缸体1的底面(即油底壳安装面)和形成在该发动机的底面上的两个定位销孔；所述过渡基准为形成在所述发动机缸体1排气侧的工艺凸台面，各个工艺凸台面形成为用于定位所述发动机缸体1的定位基面。更具体地，所述发动机缸体上所需要加工的结构可以为所述发动机缸体1的底面上的喷油嘴安装孔和/或润滑油孔等。

优选地，所述机床夹具上形成有标准孔，上述第一步骤还可以包括检测所述标准孔在所述数控加工设备的机床坐标系中的坐标值，并将该检测的坐标值与预先设定的该标准孔的标准坐标值比较，两者之间的差值不超过预定偏差值，以确保探针测量精度符合工艺要求，例如在用本发明的工艺方法加工发动机缸体时，将预定偏差值定为0.03mm，只要不超过0.03mm，说明探针的测量精度符合工艺要求。在机床夹具上设置标准孔的主要目的是检测测头测量的准确性，一般每个班次用探针测量一次标准孔。一般而言，机床夹具上的标准孔相对机床零点MZP的位置是固定的，如果探针测量标准孔的实际坐标值与设定的标准坐标值偏差大于预定偏差值，则说明探针测量误差过大，需要调整或更换。

进一步地，上述数控加工设备可以为卧式加工中心，一般可以采用通用性较强的四轴联动式卧式加工中心，加工中心的机床坐标系的X轴、Y轴、Z轴存在通用的定义标准，一般平行于加工中心主轴的为Z轴，高度方向的为Y轴，另一个坐标轴为X轴，此外，旋转平台2的旋转轴线构成B轴，这对于本领域技术人员是公知的，不再赘述。在数控加工设备可以为卧式加工中心的情形下，优选地，可以通过接触式测头进行各个所述实测距离值δX、δY和δZ的检测工作，并将检测的数据信号传输到所述数控加工设备的数控单元，更优选地，所述接触式测头将检测的数据信号无线传输到所述数控加工设备的数控单元。

以上通过层次递进的形式描述了本发明的加工方法的基本实施方式和优选实施方式，为了帮助本领域技术人员更深刻地理解本发明的技术方案，以下参照图2至图6中采用卧式加工中心的优选实施方式相对全面的描述本发明的加工方法，需要注意的是，本发明的加工方法并不局限于图中所示的细节，此外，由于相关的关键构思已经在上文中进行了说明，因此下文将适当予以简略说明。

如上所述，本发明的加工方法为了消除或减少此误差的影响，其主要的技术构思在于引进加工中心探测工艺，即：发动机缸体在机床夹具上采用过渡基准定位，将需要加工的缸体底面朝外，机床加工之前先用测头探测主定位基准(即发动机缸体的底面C和定位销孔A、D)，然后将定位基准零点与过渡基准零点之间的偏差值补偿到过渡基准零点的坐标值上以形成工件坐标系零点中，从而减少相应的误差。

所述卧式加工中心采用广泛采用的Simens(西门子)数控***，该数控***里包含标准的探测程序，其中包括测量孔的标准程序CYCLE977与测量面的标准程序CYCLE978，再配上专用的测头就可以实现孔与面在加工中心上的精确测量，测量后可以将探测结果用变量输出，因而理论上可以用机床探测的方法来解决基准不重合误差的问题。为了保证测量精度，选用的是英国著名的测头制造商Renishaw公司的接触式测头，该测头测量过程中可以实时将测量数据无线传输到卧式加工中心的数控单元内，然后由数控单元进行同步分析处理。

具体地，过渡基准为形成在发动机缸体的排气侧的六个工艺凸台面R1、R2、R3、S1、S2、T(图中未具体显示)，其中工艺凸台面R1、R2、R3处于同一平面，在图中标示为R，工艺凸台面S1、S2处于同一平面，在图中标示为S，工艺凸台面Z在图中标示为T。所述过渡基准可以外委加工，也可以自行加工。在对发动机缸体1进行后续加工时，首先采用所述过渡基准定位装夹发动机缸体，将发动机缸体1定位装夹到卧式加工中心的旋转工作台2上。然后，用测头测量主定位基准的定位特征结构，即测量缸体底面C和定位销孔A、D(见图4)，从而检测计算出过渡基准零点WZP1与主定位基准零点WZP2之间在定位装夹状态下的实测距离值δX、δY和δZ，并将该实测距离值δX、δY和δZ与设计图纸上的理论距离值ΔX、ΔY和ΔZ进行比较，并将差值补偿给过渡基准零点WZP1在机床坐标系内的各个坐标值上，从而形成工件坐标系零点，由此降低基准不重合误差对加工质量的影响。

例如，在卧式加工中心上加工时，过渡基准零点表示为WZP1，主定位基准零点表示为WZP2表示，机床坐标系零点用MZP表示。在机床B轴转角为180度时，发动机缸体的底面朝向加工中心主轴，当发动机缸体1定位装夹到卧式加工中心的旋转工作台2上后，此时假定过渡基准零点WZP1在加工中心X/Y/Z轴三个方向相对于机床坐标系零点MZP的距离分别为212.5mm、380mm和-83mm(一般通过对刀工艺获得)，主定位基准零点WZP2机床坐标系中沿X/Y/Z轴三个方向相对于过渡基准零点WZP1的理论距离值ΔX、ΔY和ΔZ分别为7.5mm、258mm和383mm(这可以根据发动机缸体的设计图纸获得，由于主定位基准和过渡基准均是设计人员设计的，因此理论距离值是已知，将发动机缸体定位装夹到加工中心的旋转工作平台上，在不考虑装夹误差、过渡基准加工误差等的理想状态下，在机床坐标系内主定位基准零点WZP2机床坐标系中沿X/Y/Z轴三个方向相对于过渡基准零点WZP1的理论距离值ΔX、ΔY和ΔZ均应当是确定的)。各坐标零点之间的位置关系参见图2至图5。

假定需要在缸体底面上钻一个孔，孔号为H6001，该孔在X/Y两个方向距离过渡基准零点WZP1分别为-255.5mm和235mm，孔口在Z方向距离WZP1的距离为383mm。在此情形下，为使得本领域更加深刻地理解本发明的技术方案，以下给出具体的加工程序，从中可以明显看出本发明采用的加工中心的各个步骤，所述卧式加工中心采用广泛采用的Simens(西门子)数控***。具体地，带测量补偿加工工艺如下(对于本领域技术人员公知地，下述的加工程序中分号后为具体程序语句的注释语，仅帮助阅读调试程序，并不为加工中心执行)：

第一，设置检测主定位基准WZP2时的测量坐标系，使得测头检测位置由机床坐标系零点MZP偏移到过渡基准零点WZP1以建立测量坐标系。

$P_UIFR[90，X，TR]＝212.5；WZP1与MZP在X方向相差212.5mm

$P_UIFR[90，Y，TR]＝380；WZP1与MZP在Y方向相差380mm

$P_UIFR[90，Z，TR]＝-83；WZP1与MZP在Z方向相差83mm

$P_UIFR[90，B，TR]＝0；WZP1与MZP B轴角度一致

第二，用G590调用所设定的测量坐标系，并在此测量坐标系下编制探测程序。

(1)测孔程序段：

G0 G590 X7.5 Y258；        主轴快速移到X7.5  Y258的位置

G0 Z＝383-10；             主轴沿Z轴快速移到销孔A内

_MVAR＝1_SETVAL＝16.30_KNUM＝0_FA＝8_MA＝0；设置测量参数

CYCLE977；                 调用Simens标准程序测量销孔中心位置

R305＝_OVR[5]；        将X坐标赋给变量R305

R306＝_OVR[6]；        将Y坐标赋给变量R306

R307＝R305-7.5；       将X方向偏差值赋给变量R307

R308＝R306-258；       将Y方向偏差值赋给变量R308

(2)测面程序段：

G0 G590 X14.5 Y-55；   主轴快速移到C1点X14.5  Y-55的位置

G0 Z＝(383+8)；        主轴沿Z轴快速移到距缸体底面8mm处

CYCLE978；             调用Simens标准程序测量底面位置

R300＝_OVR[4]；        将C1点距WZP1的Z坐标值赋给R300

G0 G590 X14.5 Y241；   主轴快速移到C2点X14.5 Y241的位置

G0 Z＝(383+8)；        主轴沿Z轴快速移到距缸体底面8mm处

CYCLE978；             调用Simens标准程序测量底面位置

R301＝_OVR[4]；        将C2点距WZP1的Z坐标值赋给R301

G0 G590 X-455.5 Y241； 主轴快速移到C3点X-455.5 Y241的位置

G0 Z＝(383+8)；        主轴沿Z轴快速移到距缸体底面8mm处

CYCLE978；             调用Simens标准程序测量底面位置

R302＝_OVR[4]；        将C3点距WZP1的Z坐标值赋给R302

G0 G590 X-455.5 Y-55； 主轴快速移到C4点X-455.5 Y-55的位置

G0 Z＝(383+8)；        主轴沿Z轴快速移到距缸体底面8mm处

CYCLE978；             调用Simens标准程序测量底面位置

R303＝_OVR[4]；        将C4点距WZP1的Z坐标值赋给R303

R304＝((R300+R301+R302+R303)/4)；    取四点的平均值赋给R304

R520＝(R304-383.0)；   将Z方向偏差值赋给变量R520

第三，设置加工孔H6001时的坐标系，将坐标零点由机床零点MZP偏移到夹具零点WZP1。

$P_UIFR[1，X，TR]＝212.5；WZP1与MZP在X方向相差212.5mm

$P_UIFR[1，Y，TR]＝380；WZP1与MZP在Y方向相差380mm

$P_UIFR[1，Z，TR]＝-83；WZP1与MZP在Z方向相差83mm

$P_UIFR[1，B，TR]＝0；WZP1与MZP B轴角度一致

第四，将探针测量出来的WZP2在X/Y/Z方向上与WZP1上的偏差值R307/R308/R520分别补偿到孔H6001的工件坐标系里

$P_UIFR[1，X，TR]＝212.5+R307；用R307补偿到X坐标

$P_UIFR[1，Y，TR]＝380+R308；  用R308补偿到Y坐标

$P_UIFR[1，Z，TR]＝-83+R520；  用R520补偿到Z坐标

第五，用G54调用所设定的工件坐标系，并在此坐标系下编制加工程序。

G0 G54 X-255.5  Y235 M3 D1；主轴快速移到X-255.5  Y235的位置

G0 Z＝383+3；               主轴沿Z轴快速移到离孔口3mm的位置

G1 Z＝383-10；              钻孔，孔深10mm

G0 Z600；                   Z轴快速退到安全位置

以上描述了本发明的用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法，以下描述用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工***，其中，所述加工***包括数控加工设备5和用于检测过渡基准零点WZP1相对于主定位基准零点WZP2在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值的检测装置4，该检测装置能够将检测信号传输给所述数控加工设备5的数控单元。优选地，所述数控加工设备为卧式加工中心，所述检测装置包括用于安装到所述数控加工设备的机床主轴6上的接触式测头3，该接触式测头3能够将检测信号无线传输给所述数控加工设备5的数控单元。

由上描述可以看出，本发明优点在于：本发明的用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法及其加工***通过测量发动机缸体的主定位基准，找出主定位基准零点与过渡基准零点(即夹具零点)在X/Y/Z轴方向上的位置偏差，然后用这个位置偏差补偿过渡基准零点的各个坐标值，从而形成修正的过渡基准零点作为工件坐标系零点。这样可以有效地减少基准不重合误差对加工精度的影响。也就是说，尽管本发明采用了过渡基准作为发动机缸体的定位基准，但是由于在加工过程中巧妙了补偿了过渡基准与主定位基准之间的实际偏差，因此通过本发明的加工方法加工的发动机缸体的相关结构相对于主定位基准基本不会存在偏差，也就是说，尽管本发明的加工方法采用了过渡基准作为定位基准，但不会因为基准不统一而产生基准不重合的误差，从而提高了发动机的加工质量。目前申请人的两条发动机缸体生产线均已经通过了试制验收，其加工能力和加工质量完全符合设计标准。尽管在上文的具体实施方式中仅是以发动机缸体为例进行了描述，但是对于本领域技术人员而言显然地，本发明的加工方法及其加工***可以普遍适用于其它箱体或壳体类零件。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。有关数控加工的技术原理和概念在具体实施方式的说明中仅出于便于理解的目的进行了简略说明，相关的公知技术概念可以参照相关数控加工的工具书和手册。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工方法，所述箱体或壳体类零件上形成有主定位基准和过渡基准，其中，所述加工方法包括如下步骤：

第一，以所述过渡基准作为定位基准将所述箱体或壳体类零件定位装夹到数控加工设备上，所述过渡基准形成的过渡基准零点(WZP1)相对于所述主定位基准形成的主定位基准零点(WZP2)在数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴和Z轴方向的理论距离值分别为ΔX、ΔY和ΔZ；

第二，检测所述过渡基准零点(WZP1)相对于所述主定位基准零点(WZP2)在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值分别为δX、δY和δZ，并分别计算出δX与ΔX之间的差值φX、δY与ΔY之间的差值φY、以及δZ与ΔZ之间的差值φZ；

第三，通过各个所述差值φX、φY和φZ分别修正所述过渡基准零点(WZP1)在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值以形成修正的过渡基准零点，该修正的过渡基准零点与所述主定位基准零点(WZP2)在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的距离值分别等于所述理论距离值ΔX、ΔY和ΔZ；

第四，以所述修正的过渡基准零点作为所述箱体或壳体类零件的工件坐标系零点加工所述箱体或壳体类零件上待加工的结构。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其中，所述箱体或壳体类零件为发动机缸体(1)，所述主定位基准为该发动机缸体(1)的底面和形成在该底面上的两个定位销孔(A，D)；所述过渡基准为形成在该发动机缸体(1)排气侧的工艺凸台面，各个工艺凸台面形成为用于定位所述发动机缸体(1)的定位基面。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其中，所述待加工的结构为所述发动机缸体(1)的底面上的孔(H6001)。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其中，在所述第一步骤中，通过机床夹具以所述过渡基准作为定位基准将所述箱体或壳体类零件定位装夹到所述数控加工设备上。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其中，所述机床夹具上形成有标准孔，所述第一步骤还包括检测所述标准孔在所述数控加工设备的机床坐标系中的坐标值，并将该检测的坐标值与预先设定的该标准孔的标准坐标值比较，以确保所述标准孔的检测的坐标值与所述标准坐标值之间的差值不超过预定偏差值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的加工方法，其中，所述数控加工设备为卧式加工中心。

7.根据权利要求6所述的加工方法，其中，在所述第二步骤中，通过接触式测头(3)进行各个所述实测距离值δX、δY和δZ的检测工作，并将检测信号传输到所述数控加工设备的数控单元。

8.根据权利要求7所述的加工方法，其中，所述接触式测头(3)将检测信号无线传输到所述数控加工设备的数控单元。

9.用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工***，所述箱体或壳体类零件上形成有主定位基准和过渡基准，其中，所述加工***包括数控加工设备(5)和用于检测过渡基准零点(WZP1)相对于主定位基准零点(WZP2)在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴和Z轴方向的实测距离值的检测装置(4)，该检测装置(4)能够将检测信号传输到所述数控加工设备(5)的数控单元。

10.根据权利要求9所述的加工***，其中，所述数控加工设备(5)为卧式加工中心，所述检测装置为用于安装到所述卧式加工中心的机床主轴(6)上的接触式测头(3)，该接触式测头(3)能够将检测信号无线传输给所述数控加工设备(5)的数控单元。

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