导致孔的位置度变动的原因有很多，典型的人、机、料、法、环和测等几个方面都会导致孔位置度的变动，甚至超差。本文以粉冶连杆为例，分析影响其位置度超差常见的失效原因，并从过程控制角度做出了详细的阐述。

随着汽车机加工行业新技术的不断发展和应用，连杆作为发动机的重要零部件，其新材料、新加工技术的应用尤为突出。提高加工节拍、降低成本的要求，使粉冶连杆以其高精度的毛坯尺寸、较轻的重量及较小的毛坯余量等优势独占鳌头，被广泛应用。但较小的加工余量也对连杆孔位置度的保证能力产生一定影响。加工余量越小，对设备、夹具、检测量仪和刀具的精度要求就越高，怎样在多变的加工环境中，准确识别孔位置度的失效原因，并能快速纠正和预防，是汽车机加工行业不断追求的目标。

位置度是限制被测实际要素相对于基准要素的位置在给定的区域内发生变动。位置度有孔的位置度、线的位置度和平面的位置度，而我们经常碰到的就是孔的位置度。导致孔的位置度变动的原因有很多，典型的人、机、料、法、环和测等几个方面都会导致孔位置度的变动，甚至超差。本文以粉冶连杆为例，浅析影响粉冶连杆孔位置度超差的常见的失效原因。

失效原因分析

1.设备原因

设备原因是引起孔位置度超差的重要因素，如机床重复定位精度不够、程序调整误差、机床零点漂移、主轴跳动较大、设备热机时间不够、主轴内冷孔不通以及内冷压力不足等。这里简述机床重复定位精度不够、程序调整误差和机床零点漂移对位置度超差的影响。

（1）机床重复定位精度 重复定位精度是指机床滑板或大托板在一定距离范围内（一般为200～300mm）往复运动（一般为7次）到指定坐标时的绝对差值。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素影响。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的误差，它影响一批零件加工的一致性，是一个非常重要的精度指标。若机床每次运行到指定坐标时的位置偏差不能控制在合理范围（一般为0.002mm）以内，则这些偏差将直接反应到加工孔的位置上，导致工件孔的位置度超差，且孔的位置呈不定向的超差，无法调整。

（2）程序的调整误差 同一设备加工多个零件或者加工一组孔时，常常采用不同的坐标系，各孔的位置度偏移趋势却各不相同，甚至方向相反。考虑到整组孔系兼顾的原则，这样势必给程序调整带来有限的空间，无法满足理论上的位置度公差，使程序可调整的范围缩小，很容易超差。对于多个夹具共用一个主程序和子程序时，当对单个夹具的超差在程序上进行补偿时，则会导致其他夹具同时超差，并反映为定向定量的超差。

（3）机床零点偏移 一般的数控机床，在机床维修（如检修回零开关或床身）或机床受较大外力（如撞车、强力振动）、伺服故障以及光栅尺脏污时都会导致零点位置的变化，使机床零点发生偏移。零点偏移后，会造成绝对坐标与实际位置之间产生误差，从而使工件的坐标系产生偏置，加工孔的位置也将随之偏置，位置度超差。一般这种原因引起的超差均呈稳定的波动，或出现有变化趋势的超差。

2.刀具原因

刀具对孔的位置度的影响因素主要有：刀具设计不合理、刀具夹铁屑、刀具磨损、切削液喷嘴位置不合理、刀具内冷孔堵塞、刀刃不对称以及进给速度不合理。下面简述刀具设计不合理的案例。

（1）刀具设计不合理 刀具顶角不合理、刀具横刃过大、刀具内冷孔偏小以及螺旋角选择不合理都会导致加工时刀具受力不均，刀具定心不好，钻孔的位置发生变化，位置度超差。

（2）刀具顶角不合理导致位置度超差 加工连杆螺栓孔的钻头顶角为140°，加工孔的位置度异常波动，无规律可寻。分别选用顶角角度为140°、130°和120°钻头连续加工10件，统计位置度（位置度公差0.15um）的状态如图1所示。经验证，当钻头顶角在130°时，螺栓孔位置度的波动可控制在0.05mm，而钻头顶角在120°、140°时，位置度连续10件的波动达到0.15mm，由此可见，钻头顶角角度不合理直接导致孔的位置度波动异常，一般位置度会呈不定向的超差。

3.夹具原因

夹具是机床上装夹工件的一个装置，其作用是使工件与机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。夹具的定位销松动及磨损、夹具与工件干涉、夹具定位和夹紧点的合理性、夹具的重复定位精度不够、夹具刚性不足、夹具粘铁屑以及夹具夹紧力不足或过大等均可导致孔位置度超差。

（1）夹具的夹紧力 夹紧机构的夹紧力过小会造成加工过程中工件产生松动或者振动，夹紧力过大会使工件产生变形，使孔的位置发生变化，孔的位置度超差。粉冶连杆的夹具夹紧力通常为3～6MPa，一般这种原因引起的超差呈定向的超差。

（2）夹具粘铁屑 工件上下料时，如果夹具未吹干净，夹具定位面上有杂物将被垫在工件的定位面与夹具定位面之间，可直接导致定位距离发生变化，产生粗大误差，导致孔的位置度超差。一般这种超差为不定期的超差，偶发情况较多。

4.毛坯原因

粉冶连杆的加工一般是以毛坯面定位的，所以毛坯面铸造的一致性直接影响孔的位置度。例如：粉冶连杆小头孔精镗的加工余量为单边0.20mm，产品要求的小头孔位置度为0.10mm，其Y基准为连杆小头外圆（毛坯面）两侧切线的交点，而连杆小头外圆的轮廓度却为0.60mm。若不同工件间达到轮廓度的最大变化量，则在Y方向上的最大偏差为0.30mm，这就已经超出了产品小头孔位置度的要求，即使其他变差因素无影响，也无法满足产品要求。所以，毛坯的不一致性是影响粉冶连杆位置度的重要因素。

另外，毛坯预铸孔的缺陷及毛坯材料硬度的不均匀，也会导致加工过程中孔的位置度不好。毛坯预铸孔的位置度偏差过大，刀具加工中碰到缩孔/硬点/砂孔，造成刀具加工中出现方向偏离，从而造成孔的位置度超差。

5.工艺方法

对于加工钻孔来说，工艺方法的选择也是导致孔位置度超差的重要因素。不同的加工内容（钻、扩、铰、镗和攻）的组合及选用、增加引导钻、分段加工以及分段进给等方法的选择均对孔的位置度有一定的影响。

在此以螺栓孔增加引导钻为例。规划时，连杆螺栓孔加工方法铣螺栓座面→钻孔→攻丝，验收时位置度超差，且波动较大，无法调整。后更改工艺方法为：铣螺栓座面→钻引导孔→钻孔→攻丝，验收通过。

实例说明，对于加工长径比较大的孔时，由于钻头排屑不好、切削力大导致钻头定心不好，需要增加引导钻、提高钻头定心能力以及稳定加工孔的位置度。由此可见，加工方法选择不合理也可直接导致孔的位置度超差。图2为不同工艺路线（引导钻）对应的螺栓孔位置度对比图（3#夹具）。

6.测量原因

测量基准与定位基准不统一、测量采点与定位点不重合、测量机自身错误以及工件清洁度不良等均会造成孔位置度的超差。

（1）测量基准与定位基准不统一 粉冶连杆以毛坯面定位时，如果测量基准与定位基准不统一，则使测量的结果与机床的实际结果并不一致，对于位置度的调整存在影响，需要进行二次转换，如果转换错误，势必会造成位置度超差。

（2）测量采点与定位点不重合 当三坐标测量采点与加工定位点不重合的时候，会导致测量建立的基准面与加工定位的基准面不重合，测量时将会把毛坯的轮廓误差带进测量内。报告测量要素的位置也相应的出现偏差，导致位置度超差，一般这种超差属于定值超差。

（3）测量错误 测量时，工件位置不在测量机的行程范围以内，测量采空点，也是常见的测量错误。

（4）工件清洁度不良 在报告孔的位置度时候，也经常会出现因为孔内粘有铁屑，导致测头采点错误，这时测量孔的截面圆度、圆柱度会超差较多，从而影响孔的位置，导致位置度不合格。一般这种超差为不定量超差。

粉冶连杆大小头孔位置度超差表现为位置度波动较大，且没有规律性，单方向调整后，报告反映与预测不一致。三坐标测量方式为：直接采集小头孔外圆面及定位点，构建坐标系，报告孔的位置。加工定位方式（见图3）优化后，制作位置度专用检测工装（见图4），使连杆检测时的定位方式与机床加工的夹具完全一致，三坐标测量时直接采集被测要素即可，不需要采集定位面构建基准，从而消除了毛坯轮廓误差对测量精度的影响。经过验证，位置度稳定在0.1mm以内。因此，测量采点与定位点不重合，会导致孔的位置度超差。

7.环境原因

工件加工、检测的环境作为综合因素，也会造成位置度超差。例如：CNC加工中心受到环境温度的影响，室温异常、机床冷热机差异以及切削液温度上升等，会直接造成设备的导轨、主轴等的伸缩量上升，当超出一定量时，就会出现孔的位置度超差。对于被测加工工件，若未经过恒温间恒温处理，而直接进行检测，会导致测量误差，产生位置度超差的后果。

过程控制

对于失效的控制可以从预防产生和遏制流出两个方面着手控制，采取“预防为主，遏制为辅”的控制方法，可以最大程度发现和消除失效原因及失效模式。

1.预防产生

位置度失效的产生一般可分为初期失效和过程失效，初期失效是在设备验收、调试阶段产生的，这个阶段需要对机床、夹具、刀具、检测的合理性、正确性及精度进行充分的验证，例如：使用Cmk/Ppk/MSA等相关性能指数对过程能力进行评价。对于刀具、夹具设计不合理、工艺参数不合理、测量以及加工设备精度不够等失效原因，均能在此阶段发现，如能及时进行调整，验证将可以较大程度地减少位置度的失效产生。

过程失效一般是在批量生产之后，由于过程的调整、设备的故障、工艺更改和毛坯变化等加工环境的变化而导致的失效。对于这种失效可以从关注位置度检测数值的趋势和定期维护检查并建立有效的预警机制来预防过程失效的产生。

关注位置度检测数值的趋势，及时发现检测数值的异常波动或超差趋势，才能有效防止超差的产生，起到提前预警和解决的目的；定期维护检查，持续的维护工艺过程，改善过程能力才能有效的落实控制措施，减少失效的发生。定期维护检查可以从以下几个方面进行：

（1）设备、夹具保障 完善维护保养，持续设备TPM工作，减少定位面、定位销以及切屑对加工孔的位置度的影响，设备易损件定期更换。

定期检测机床、夹具精度（1次/季度）。例如：工作台的直线度、工作台与主轴的垂直度、X轴与工作台面的平行度、Z轴与工作台面的垂直度、Y轴与工作台的面平行度以及机床的重复定位精度等。

增加夹具气密检测，通过气流的设置，可以对工件垫铁屑进行监控并报警，避免造成孔的位置度超差。

（2）刀具保障 增加刀具寿命监控功能，当刀具到达设定寿命时，机床自动停止并报警提示换刀，以使刀具及时更换，避免刀具过度磨损导致孔位置度超差。

增加刀具补偿监控功能，当刀具补偿输入错误时，机床自动报警并提示刀补输错，防止刀补输入错误造成孔的位置超差。

增加刀柄换刀吹气/喷水功能，每次换刀时，在刀柄部位进行吹气/喷水，去除刀柄上的铁屑，避免因刀柄夹铁屑造成孔位置度超差。

增加刀具折断检测功能，每次刀具加工完成后，自动运动到机床内的对刀仪处进行对刀检测。如果刀具无法碰到对刀仪，则机床自动报警并提示刀具折断，以此防止刀具折断造成孔的位置度超差。

（3）人员保障 操作者在上下料时，要注意将夹具定位面吹干净后，再装夹工件，避免工件夹铁屑，造成孔的位置度超差。同时发现设备、夹具异常时应及时反馈。

（4）测量的保障 测量设备的精度和环境对位置度的影响十分重要。定期校检测量设备自身的精度并完善计量系统，使测量设备始终受控，可以及时发现测量误差，避免测量误差对孔的位置度造成影响。建立恒温测量间，所有被测工件须经过测量间恒温后再进行测量，减少温差对测量结果的影响，避免造成孔位置度的超差。

（5）物料保障 毛坯的铸造精度，对位置度的影响同样重要。保证对毛坯来料的材料成分、金相组织以及外观尺寸的抽样检测，避免毛坯对加工产生影响，造成孔位置度的超差。

2.遏制流出

影响加工过程的因素很多，导致孔位置度超差的原因也很多。有些超差并不是单一要素直接导致的，而是机床、刀具、毛坯、测量以及环境等综合因素作用的结果。对于这种复杂的情况，往往是很难控制的，因此，遏制流出也是控制失效的一种方法。

遏制流出的较好办法就是制定合理的检测机制和检测频次，以及时发现不合格品并隔离、处置。