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[其他] 先进的动力总成测量技术

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发表于 2016-1-8 11:22:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

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先进的动力总成测量技术

先进的动力总成测量技术

        图1  上海大众动力总成有限公司精密测量室使用的两台Leitz PMM-C测量机专门用于外协件的质量认可等

        随着全球经济回暖,汽车需求量大幅增加,全球主要汽车巨头的动力总成制造新建、扩建与技术升级项目紧锣密鼓地得到实施。其中,如何利用先进的测量技术,为动力总成各类复杂精密零部件提供质量保证,实现制造效率与品质的大幅提高,成为当今动力总成制造环节中的重点之一。
        动力总成类零部件主要包括:缸体、缸盖、凸轮轴、曲轴及连杆等精密部件。为保证发动机工作效率高、稳定性好且耐用时间长,每条生产线都大批量生产单一品种零件,对产品精度、合格率有着很高的要求;同时,加工节拍和加工效率也非常受重视。一般来说,发动机部件的缸体缸孔、曲轴孔、凸轮轴孔、缸盖导管的阀座的孔位形状和位置公差都要求在0.01mm左右。
       

先进的动力总成测量技术

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        图2  配备转台的Leitz Reference测量机

        作为动力总成制造的重要一环,先进测量技术已经应用于零部件质量控制、生产现场乃至加工中心上的测量等环节,并呈现出以下主要技术特征:
        计量与质量控制环节:精度要求高、形状复杂且测量难度高。
        生产现场的在线测量:与大规模动力总成的生产节拍相适应,并关注适合现场温度变化,同时还需要关注部件装夹定位、上下料系统、探针专用配置以及软件专用接口等,以交钥匙的方式确保测量系统能够紧密地融入到大规模的生产线当中。
        加工中心上的测量:通过在机测量系统提高加工过程的工序质量。
       

先进的动力总成测量技术

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        图3  发动机测量中探针技术的应用

        测量数据的处理与分析:包括具有鲜明汽车制造业特点的cg&cgk、GR&R参数统计分析,配合生产线验收并实现与外部统计分析软件的接口(如QDAS)乃至通过网络技术实现检测数据的共享,以便在不同部门和环节当中获得共享。
        计量与质量控制环节
        精密计量与质量控制环节作为动力总成制造最高的品质标准,承担着企业外购件与配套件样品认可、生产环节样品抽检及企业质量认可与判定的角色。因此,拥有超高精度,且具有多项测量功能和完善零部件评价分析能力的测量系统是承担该类角色的首选。
       

先进的动力总成测量技术

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        图4  安装在名爵动力总成项目的在线测量方案

        目前,在世界范围内主要的动力总成制造企业,用于精密计量环节的测量系统首推Leitz PMM-C机型(见图1)。该系列机器测量的最高精度目前可以达到0.4 mm + L/1 000 mm,除了能够完成标准几何量的测量(如缸体、齿轮箱等),同时,还可以完成对任何特殊几何形状工件的测量任务,如凸轮轴、涡轮及螺旋压缩机转子等。可以说,Leitz PMM-C能够为几乎所有与传动系统相关的零部件提供可靠的测量。
        兼顾用户对精度、效率、环境条件以及测量的灵活性与多样性等方面的需求,目前,超高精度的测量系统也在不断推陈出新。以Leitz Reference为例(见图2),最新推出的机型包括高效率(HP)、宽温带(XT)以及使用灵活探测技术(Xi/XT)等多种类型,同时,还能够通过内置转台,提高回转类工件的测量效率。
       

先进的动力总成测量技术

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        图5  韩国某变速器壳体自动化检测线

        气缸内孔的分析,是一项非常复杂的测量。除了相关的评价与分析,其另一个特征是普通探针都不能接触到,无法进行数据点的采集。图3为我们在缸盖测量过程中使用的探针方案实例,向大家展示了发动机测量中的探针技术应用。
        在高效率准确获取构成被测特征坐标点的基础上,下一个需要考虑到的关键特性在于如何实现坐标点的准确分析与评价,这是测量系统是否能够完成各种形状零部件尤其是复杂特殊零部件测量的关键。具有数十个测量模块的QUINDOS软件是该领域的专家,表中展示了QUINDOS的主要选项,除了动力总成特有的阀座、导管、连杆及凸轮轴等测量模块之外,QUINDOS 7还增加了磨损测量的模块,可实现凸轮轴、曲轴箱、轴承、活塞环及活塞等汽车零部件的磨损测量。
        生产现场的在线测量
        为了适应大批量生产制造的节拍,需要测量系统能够更加紧密地与生产制造相结合,实现在线测量与实时统计分析,从而更有效地对生产制造实施监控。在线测量系统的需求特点体现在:测量机需要连续运转,甚至全天24 h运转;每个工件的测量时间控制严格,需要按照一定的节拍完成测量;加工零件的数控加工机床状态的跟踪完全依赖于测量机测量结果的实时反馈。因此,对测量机的测量效率、精度及可靠性提出了很高的要求。下面,举例为大家介绍在线测量系统在动力总成方面的应用,以及具体的性能优势。
       

先进的动力总成测量技术

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        图6  检测线的自动化操作流程

        1.配备机罩的在线动力总成测量系统
        图4为应用在名爵动力总成项目的在线测量系统,整个系统的构成包括:测量机,其作用是为精确、快速测量零部件特征提供帮助;测量机机罩,其作用是为测量机精确测量提供保证;手动/自动上下料系统,它可减轻操作者的体力消耗,提高效率;夹具,它是根据动力总成各种特征零部件设计的专用夹具,可有效提高测量效率;机柜(集成控制柜、测头控制器、计算机及打印机系统),在车间环境下提供更好的安全性;状态指示灯,直观地对测量运行状态进行监控。
        该系统占地面积小,可方便地安装在生产线上,隔尘性能好,节省了工件运输时间,提高了工作效率,适合在生产车间温度范围比较宽的环境下使用,为生产线工件的及时测量提供了保证。
        2.与生产线完全整合的在线动力总成测量系统
        图5为韩国某变速器壳体自动化检测线。该生产线年产变速器100万台,整套系统要求24 h全天运转,100%自动全检,检测的节拍为108 s/件。其中,操作员所要做的工作仅是:启动检测线,通过状态灯监控检测执行状况,对异常做出判断并采取措施。整条检测线要求所有数据实时在线,实时获取。
       

先进的动力总成测量技术

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        图7  Leitz SIRIO SX测量机

        在上述系统中,海克斯康通过配置温控隔离间、自动化上下料系统、标准化配套夹具与托盘及显示与故障报警装置等硬件装备,并通过给予网络的PC-DMIS EMS系统,协助客户实现了整个检测线的自动运转。图6为该检测线自动化操作流程。
        3.专为生产现场设计的车间型测量机
        全球用于动力总成测量的车间型测量机首推德国Leitz SIRIO测量机,目前为全球的大众动力总成公司所广泛使用。采用与加工中心类似的结构,便于工件的快速装载,配备自动探针更换库、转台以及托盘系统,Leitz SIRIO几乎可以完成任何测量任务。
        最新的Leitz SIRIO SX进一步加强了其原有优势(见图7):配备PrimeTherm技术,使得Leitz SIRIO SX保持了更好的温度稳定性;全新PrimeScan探测技术,能够提供更加精确的测量结果;PrimeCare技术为Leitz SIRIO SX提供了更多的安全保护:尽可能避免任何可能的碰撞、系统自动探测超出设定加速度值的驱动力。
        4.通过温度补偿技术提高现场测量的性能
        现代测量机多被用于车间现场,更高的运行速度与效率,更好的适应车间现场环境尤其是温度环境的变化,是测量机制造厂商需要重点关注的领域。
       

先进的动力总成测量技术

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        图8  在机测量系统被用于夹具找正

        来自海克斯康的Global测量机,通过配备ACTIV技术(实时结构温度补偿系统),采用放置在测量机核心部位和工件上的温度传感器,能够在15~30 ℃的生产环境完成高精度的尺寸检测任务,日环境温度变化可以达到10 ℃。同时,Global还可以通过增加X轴和Y轴额外的保护罩,进一步提升环境温度适应能力,并保护测量机免受现场粉尘、油污的影响,通过配置安全防护系统,避免现场人员受到任何不必要的损伤。
        5.软件专用接口
        考虑到现场测量的具体情况,海克斯康还可以提供专门的软件封装,不需要现场人员具有太高的测量技能,只要点击事先编制好的简易操作界面,系统就会自动完成测量、数据分析以及报告输出等任务。
        加工中心的测量
        目前,各主要发动机生产企业都实现了自动化生产,工件毛坯通过自动上下料系统进入加工中心生产线。
        毛坯在夹具上自动定位以后进行加工,尽管进行了长期的工艺改进,但是产品的合格率却一直不尽如人意。
        经过分析发现,加工工件在一条生产线的上一道工序进入下一道工序加工时,仅依靠自动上下料或夹具系统的重复定位精度无法很好地保证前后两道工序的相同加工基准点,最终也远远不能满足这些部件的精度要求。在提高自动上下料或夹具系统的精度时,遇到的主要难题包括:设计、制造成本非常高;长期一致可靠性较差,需要经常进行维护,但维护、保养成本比较高。
       

先进的动力总成测量技术

先进的动力总成测量技术

        在实践中,我们发现可以放宽夹具系统的重复定位精度要求,每次工件自动装夹完毕后通过使用机床测头,如德国m&h机床测头准确地测定每个工件的实际位置,实时刷新每个工件的坐标系(见图8)。目前,机床测头自身的测量精度可达到1mm,所以根据此坐标系再去加工工件,准确地保证了不同工序的加工基准位置,使产品的合格率及稳定性都得到很大改善。
        机床能力验证与测量数据的处理、分析
        在动力总成零部件的加工制造环节,生产的节拍将精确到“秒”,如此快节奏的生产过程要求快速、准确的质量报告,以便有效控制产品的质量和防止批量报废。同时,通过现代化的数据库管理系统使在线测量系统成为生产过程的一部分,在完成测量提供硬拷贝报告给操作人员的同时,将通过网络把数据上传至用户的数据库管理中心,如Q-DAS数据库系统。
        安装在生产车间的测量设备,除了按照前期规划的要求进行机器精度与程序验证,并控制检测的检测,还需要按MSA的要求完成测量设备的GR&R,以确定测量设备可以用于生产线的验收及生产制造环节的质量控制。
        在线测量设备将提供测量数据用于加工设备供应商调整加工设备,进行生产线的验收。同时,测量软件将提供设备验收支持的用户界面及产生符合Q-DAS规范的数据报告。通过在线测量机提供的首件、5parts 和50 parts数据,质量工程师通过在Q-DAS软件中按照要求进行能力分析,判断生产制造设备是否可以通过验收(PQC尺寸能力一般要求在2.0 mm以上,STD尺寸能力一般要求在1.33 mm以上)。
        在PPAP阶段,生产设备完成验收后,用户将使用加工机床连续加工250个工件或更多,然后通过每2件或5件的方式使用在线测量机进行抽检,一般需要得到至少125个工件的Q-DAS数据。质量工程师通过在Q-DAS软件中按照要求进行能力分析,判断是否可以进入SOP阶段。
        在SOP阶段,当完成PPAP后已确定生产线处于统计受控状态。此时,在线测量机将用于生产过程的工件抽检环节,现场操作人员将根据质量工程师和现场ME的要求,对生产制造工件首件、中件、末件、不定期抽查件和换刀件、换型件进行检测。在线测量机完成检测后,提供三种形式的测量报告用于现场操作者、ME和质量工程师用户不同目的的数据分析。
        总之,随着统计分析技术在生产过程中的有效应用,测量设备提供的检测数据将不仅仅用于判断某一测量工件是否合格,更多地会用于提供长期的数据采集,从而为动力总成的规划人员提供关于生产设备后期规划的理论支持,并可根据数据计算出更优的生产节拍、刀具寿命和更换加工设备零件的周期,帮助动力总成质量人员计算出目前生产工件的质量状态,从而可以量化质量能力。
        结语
        随着动力总成制造技术的发展,测量技术正通过机器、探测系统及软件技术的综合应用与创新,以最大限度地满足客户对高品质、高效率及高可靠性的生产要求。在本文中,我们采用概述手段,为大家展现了先进坐标测量技术在动力总成制造过程中的应用,以使读者有一个较为全面的了解。
        要完成动力总成零部件的测量,仅依靠一套测量系统是远远不够的,需要将测量系统充分融合到客户从生产规划、设备验收、加工质量直至全面品质分析的每一个阶段。通过测量设备供应商所具备的专业应用经验和二次开发能力,满足动力总成客户的高端要求。相信,随着中国在动力总成制造领域技术与产能的逐步提升与优化,先进的专业测量技术会在动力总成制造的各个环节发挥越来越重要的作用。
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