一种船用多缸柴油机孔系同轴度合格率小样本估算方法

技术领域

本发明涉及孔系加工工艺质量评价方法，尤其涉及一种船用多缸柴油机孔系同轴度合格率小样本估算方法。

背景技术

船用柴油机的加工质量对于船舶行业的发展起到至关重要的作用，船用柴油机孔系加工在柴油机的生产制造中占有很重要的比例，孔系加工质量的好坏直接影响着柴油机的使用性能，孔系加工质量水平的高低也是衡量柴油机生产厂商加工能力的重要指标。作为柴油机机身加工质量的重要考核指标——同轴度(◎)，主要用来控制理论上应该同轴的被测轴线与基准轴线的不同轴程度，其对于柴油机的运行平稳性具有至关重要的作用，为实现柴油机良好装配提供基础保障。对于大批量生产而言，可以直接采用同轴度合格率对其加工工艺质量进行评价，但是对于大型柴油机而言，其样本量极少，甚至年产量只有几台，如果其中一台同轴度检测结果不合格，就会对整体加工合格率造成较大的影响；如果所有的样本检测结果都合格，由于是在小样本下的检测结果，也并不能说明其同轴度的加工合格率为100％。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的提供一种船用多缸柴油机孔系同轴度合格率小样本估算方法，该方法基于随机抽样方法，以柴油机实际孔系加工数据为基础，更加准确合理地对柴油机孔系同轴度加工水平进行估算。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种船用多缸柴油机孔系同轴度合格率小样本估算方法，包括如下步骤：

(1)对加工完成的同型号柴油机进行编号，假设其总数量为N，则各台柴油机分别记为柴油机1、柴油机2、……、柴油机N；

(2)假设该型号柴油机的气缸数为M，孔系所对应的需加工孔个数为M+1，从输入端到输出端，将各个孔称为第1档、第2档、……、第M+1档；

(3)对第i(i＝1，…，N)台柴油机，对其各档孔圆心的空间坐标进行测量，将第一档孔圆心空间指标作为坐标原点，即(0，0，0)，将第M+1档孔圆心空间坐标记为(Ma，0，0)，其中a为相邻两档孔的水平轴向距离，则第j(j＝1，…，M+1)档孔圆心空间坐标为((j-1)a，x

(4)根据测得的坐标轴，计算得到第i(i＝1，…，N)台柴油机孔全长的同轴度为

p＝1，…，M+1，q＝1，…，M+1,p≠q

基于第j档和相邻的第j+1档的相邻两档孔同轴度为

/>

(5)由于第一档孔和第M+1档孔圆心空间坐标为确定值，因此以N台柴油机第2档至第M档测量坐标值的xy平面坐标作为样本空间Ω：

Ω＝{x

(6)采用随机抽样的方法对数据样本进行扩充，重构一台柴油机；

(7)重复步骤(6)E次，则可以得到E台柴油机的孔圆心空间坐标数据，基于步骤(4)，可得第e(e＝1，…，E)台柴油机孔全长的同轴度为

p＝1，…，M+1，q＝1，…，M+1,p≠q

基于第j档和相邻的第j+1档的相邻两档同轴度为

(8)当柴油机全长同轴度及相邻两档同轴度计算结果都满足要求，判定该台柴油机为合格的，即满足下式：

其中，Φ

(9)该型号船用柴油机孔系同轴度合格率可以表示为

其中，孔系为曲轴孔孔系。

优选的，孔系为缸孔孔系。

再者，孔系为凸轮轴孔孔系。

进一步，步骤(3)中采用三坐标测量仪对其各档孔圆心的空间坐标进行测量。

再者，步骤(6)中重构一台柴油机的具体方法为：保持第一档孔圆心空间指标和第档孔圆心空间坐标不变，从样本空间Ω中采用有放回的方式抽取M-1个数据，该M-1个数据构成一台柴油机的重构数据。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明基于随机抽样方法，可实现小样本条件下柴油机孔系同轴度加工水平的估算；且整个过程以柴油机实际孔系加工数据为基础，可信度高；此外，随着重构样本量的增加，本方法收敛性好。

附图说明

图1为本发明中柴油机各档圆心空间坐标示意图；

图2为本发明中柴油机各档圆心空间坐标示意图；

图3为本发明中不同抽样数量下柴油机机身加工合格率变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，以柴油机机身曲轴孔为例，本发明公开了一种船用多缸柴油机孔系同轴度合格率小样本估算方法，包括如下步骤：

(1)对加工完成的同型号柴油机进行编号，假设其总数量为N，则各台柴油机分别记为柴油机1、柴油机2、……、柴油机N；

(2)假设该型号柴油机的气缸数为M，以柴油机机身曲轴孔为例，对应的需加工曲轴孔个数为M+1，从输入端到输出端，将各个孔称为第1档、第2档、……、第M+1档；

(3)对第i(i＝1，…，N)台柴油机，采用三坐标测量仪或其他检测设备对其各档曲轴孔圆心的空间坐标进行测量，将第一档曲轴孔圆心空间指标作为坐标原点，即(0，0，0)，将第M+1档曲轴孔圆心空间坐标记为(Ma，0，0)，其中a为相邻两档曲轴孔的水平轴向距离，则第j(j＝1，…，M+1)档曲轴孔圆心空间坐标为((j-1)a，x

(4)根据测得的坐标轴，计算得到第i(i＝1，…，N)台柴油机曲轴孔全长的同轴度为

p＝1，…，M+1，q＝1，…，M+1,p≠q

基于第j档和相邻的第j+1档的相邻两档同轴度为

(5)由于第一档曲轴孔和第M+1档曲轴孔圆心空间坐标为确定值，因此以N台柴油机第2档至第M档测量坐标值的xy平面坐标作为样本空间Ω：

Ω＝{x

(6)采用随机抽样的方法对数据样本进行扩充，具体方法如下：保持第一档曲轴孔圆心空间指标和第M+1档曲轴孔圆心空间坐标不变，从样本空间Ω中采用有放回的方式抽取M-1个数据，该M-1个数据构成一台柴油机的重构数据，计算基于重构数据的柴油机的同轴度；

(7)重复步骤(6)E次，则可以得到E台柴油机的曲轴孔圆心空间坐标数据，基于步骤(4)，可得第e(e＝1，…，E)台柴油机曲轴孔全长的同轴度为

p＝1，…M+1，q＝1，…，M+1,p≠q

基于第j档和相邻的第j+1档的相邻两档同轴度为

(8)、当柴油机全长同轴度及相邻两档同轴度计算结果都满足要求，判定该台柴油机为合格的，即满足下式

其中，Φ

(9)该型号船用柴油机曲轴孔孔系同轴度合格率可以近似表示为：

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对于船用柴油机其他孔系，例如缸孔孔系、凸轮轴孔孔系，其同轴度合格率的估算方法类似。

实施例1

根据某柴油机厂某型号柴油机机身实际加工情况，现有两台已加工完成的柴油机机身，通过检测得到其各档垂向值和水平值的坐标如表1所示。

表1已加工柴油机检测数据表/mm

根据该型号柴油机加工图纸要求，其全长同轴度公差为0.2，相邻两档同轴度公差为0.06。通过计算得到，这两台机身的全长的同轴度分别为：0.052和0.044，均小于0.2；相邻两档同轴度的最大值为0.029和0.044，均小于0.06，因此两台柴油机均满足设计要求。

由于样本量极少，因此采用随机抽样的方法对数据样本进行扩充，具体方法如下：保持距离0mm和3450mm处的测量值为(0，0)不变，从其他距离的检测数据中采用有放回的方式抽取9组数据，该11组数据构成一台柴油机的重构数据，计算基于重构数据的柴油机的同轴度。基于该方法重构30台柴油机的检测数据，以某次随机抽样得到的结果为例，基于随机抽样得到的30台柴油机机身曲轴孔的同轴度数据分别如表2所示。

表2基于重构数据得到的30台柴油机机身曲轴孔同轴度计算结果

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针对该次抽样结果，对该30台柴油机同轴度进行分析后发现，第5台、第7台、第10台、第21台柴油机相邻两档同轴度存在部分超差，不满足设计需求，其合格率的估计值为

实际加工的两台柴油机机身均符合加工要求，但是采用实测数据进行随机抽样后得到的结果却有四台不符合要求，通过分析后发现，对第5台随机抽样得到的柴油机而言，第3-4档曲轴孔(即690mm、1035mm处)的加工坐标分别为(-0.008，0.010)，(0.018，-0.006)，表明其加工误差相对较大，通过调整工艺参数，对加工孔进行修正后，使柴油机机身加工在满足加工工艺要求的条件下，加工稳定性更好。第7台、第10台、第21台随机抽样得到的柴油机机身也呈现出类似的规律，因此在柴油机加工的过程中，通过改进加工工艺，提高孔系加工精度对于提高柴油机加工精确性、稳定性具有重大意义。

按照上述抽样方法，改变抽样样本数量，计算不同抽样数量下柴油机机身加工合格率，其结果如图3所示。通过观察发现，随着抽样样本数量的增加，柴油机机身加工合格率逐渐收敛至87％附近。

如果采用传统的合格率计算方法对柴油机机身的加工工艺水平进行评价，所加工的两台机身全部符合图纸要求，即机身加工合格率为100％，然而在实际加工中，合格率为100％是不可能的，由于样本量的限制，很难对加工工艺水平进行合理评价；但是采用所提出的基于随机抽样的方式得到柴油机机身加工合格率近似为87％，该结果更能反应实际的加工工艺水平，具有较好的适用性。