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[发动机] 防错技术在发动机缸体加工中的应用

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发表于 2016-3-27 03:43:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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防错技术在发动机缸体加工中的应用

防错技术在发动机缸体加工中的应用

        图1  垂直于本文档的方向为工件前进方向

        为了预防缺陷的发生,以及在缺陷发生时对其诊断和处置以防止缺陷件继续流到下道工序,在发动机缸体生产过程中引入了防错概念和防错装置,可以有效提高缸体加工的合格率。
        防错是一个预见性程序,用来预防和检测会对消费者造成负面影响并导致浪费的各种缺陷。防错分为设计防错和过程防错两大类,是制造质量的一个重要保证。
        防错的目的是为了预防缺陷的发生,以及在缺陷发生时对其诊断和处置以防止缺陷件继续流到下道工序。为此,发动机缸体生产线在规划设计中就引入了防错的概念,并设置了多项防错装置。随着生产的进行和对更多缺陷的深入认识,一些新的防错装置被发明和使用。
        在发动机缸体生产线规划设计中,对于零件的加工方向、零件型号判断、夹具能否夹紧零件、加工尺寸在线监控、断刀监控、刀具的识别、刀具寿命跟踪和刀具参数防错等都设计有防错装置。随着生产的进行和对更多缺陷的深入认识,一些新的防错装置被发明和使用,如何防止零件漏工序加工、防止尺寸加工过大或过小对下一工序的影响、防止零件返修未确认被放行等,生产线运行团队逐一对这些缺陷设置了防错装置。以下将对这些防错装置的原理和使用方法进行介绍。
        零件夹紧定位防错
        1. 导向防错
        在机床设计的时候,机床根据零件的外形特征,制作对应的导向条和挡块,从机械结构上进行防错,零件放反则推不进机床,实现机械上的硬防错。如果由于加工特性的要求,机床无法实现机械硬防错,也同样可以根据零件的外形特征,增加接近传感器来判断零件方向是否正确。
        在缸体主轴承盖装反防错中,如果轴承盖装反加工,必定会造成零件报废。通过在滚道上加装防错装置,使装反轴承盖的缸体在滚道上无法前进,卡在滚道上。在防错装置处通过设置提醒警示标语,如发现工件卡在特定的滚道处,则必须检查工件的轴承盖是否装反,使装反轴承盖的工件在曲轴孔加工前被防错识别,避免零件报废。
        应用原理为:利用轴承盖的顶端在结构上左右不一致,一边有突出部位,当工件的轴承盖没有装反时,防错干涉螺钉不会干涉轴承盖;当工件的轴承盖装反时,防错干涉螺钉会卡住轴承盖的突出部分,使工件不能在滚道上前进(见图1)。
        2. 气检防错
        零件的每个定位点,在机床对应的每个定位面上都有一个气孔,与机床的定压气路相连。气路上安装压力传感器,机床则通过气路的压力变化来判断零件是否定位准确,当零件夹不正时,零件上的定位面将与机床的定位面偏离,两定位面将脱离或倾斜,这时气孔将不能被封住而导致漏气,气路里的气压将会降低,机床报警定位错误,从而避免零件超差。
       

防错技术在发动机缸体加工中的应用

防错技术在发动机缸体加工中的应用

        图2  U轴检测原理

        断刀监测
        刀具最长的刀尖位于刀具中心线的刀具,都可以进行断刀监控检测。刀具每使用一次,换刀回到刀库之后,立即对其进行断刀检测。当检测到刀具断时,机床立即报警停机。
        其原理为:刀具的长度尺寸等信息在换刀时通过刀具芯片已被读入机床系统,当刀具加工完一个工件(即使用一次)回到刀库时,刀库的U轴断刀检测装置快速地测量刀具的最高点刀尖,当检测头碰到刀具的刀尖时,检测头停止,记录下停止的U轴位置(见图2),再通过刀长零基准点到U轴停止位置的距离(也就是实测的刀长)与刀具的长度尺寸信息进行比较。当实测值比刀具的长度尺寸信息小于1mm时,系统即认为刀具已经折断,并报警停机。
        刀具识别
        在程序上对每把刀设定一个理论上的安全长度尺寸,当刀具的实际长度和安全长度正负相差在1mm以上时,程序运行到该刀时,会停机报警。避免过长或者过短的刀具对工件进行加工,一方面刀具过长会引起刀具振动,影响加工尺寸精度,另一方面刀具过短会因为刀具补正使主轴过度靠近夹具,有夹具干涉撞主轴的隐患。
        其原理为:每把刀具运行前,会调用该刀刀长信息,刀长信息会赋值到系统变量#2201/#2202和#2001/#2002里,刀具的安全尺寸设定在程序里,通过比较#2201/#2202和#2001/#2002的值(刀具实长值)与该刀安全长度尺寸的差异进行条件判断。当差异在1mm以上时,机床停机报警刀具超出安全尺寸;当差异小于1mm时,机床可以继续运行加工程序。
       

防错技术在发动机缸体加工中的应用

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        图3  Marposs测头正在测量曲轴孔直径

        零件加工尺寸防错
        1. 在线测量
        对于加工的重要尺寸,机床自带测量系统,分为机械测量和气动测量两种。机械测量使用红宝石侧头进行测量,主要用于测量加工面的距离以及加工孔的直径。气动测量使用气动检具进行测量,只用于测量加工孔的直径。而测量系统都会自带补偿功能,对零件进行实时补偿,使得零件尺寸始终都往中差靠拢。
        在精加工缸孔的实例中,通过Marposs测量仪对工件缸孔直径的100%测量,可以在线监控缸孔直径,避免缸孔孔径过大的工件流到下一工序;珩磨机因为无加工余量而浪费加工检测时间;也可以避免缸孔孔径过小的工件流到下一工序,导致珩磨机因为加工余量过大而引起卡刀和撞刀。
        其原理为:切削加工完成后,通过Marposs测量仪的缸孔气动检测装置对加工的缸孔直径进行测量。只有当工件在型号要求的合格尺寸公差范围内,工件一次性加工退出;当工件在型号要求的合格尺寸公差范围之外时,机床报警停机,员工必须手动移出工件进行人工确认后再决定是否手动放行。无论测量合格与否,实际值都会显视在检测装置上。
        2. 线旁测量
        在实际生产中,线旁各种形状和位置度检具测量则会根据抽检频次抽检,避免大批量报废发生。
       

防错技术在发动机缸体加工中的应用

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        图4 漏加工零件自制检具圆筒不能放到底

        零件漏工序加工防错
        1. 机床程序控制
        机床程序控制有两种,一种是机床有记忆功能,通过宏变量实现,在编制程序时加入自动赋值。如果机床加工中因故障停止加工,此时,刀具编号已经被机床记录,解决故障后重新加工,机床则会接着这把刀的程序继续加工,避免漏掉某把刀加工。另一种是机床自带的测量系统,利用零件的尺寸判断前工序是否已经加工,如果没有加工,机床就报警(比如缸体缸孔精加工和珩磨工位)。
        精加工曲轴孔工位漏加工防错实例中,缸体OP180精加工曲轴孔,若OP180漏加工的零件走到OP200的珩磨机,必定引起珩磨机珩磨曲轴孔时撞刀。通过在OP190测量曲轴孔直径来判断OP180是否漏加工,当OP180漏加工到OP190时,OP190检测的曲轴孔直径必定远远小于OP180的曲轴孔加工尺寸,OP190报警停机,报警内容为OP180曲轴孔没有加工,提示操作者进行确认。
        其原理为:OP180加工的曲轴孔直径为(52.975±0.010)mm,OP190测量的曲轴孔直径数值赋值到变量#159中(见图3),程序通过比较变量#159的值和OP180加工的曲轴孔直径(52.975mm)之差。当#159值比52.975mm小0.100mm以上时, 机床即停机报警,提示OP180曲轴孔没有加工, 操作者必须手动移出工件进行确认。
        2. 人工目视检查
        根据每台机床加工的显著特征或最后加工位置,制作图片放置在每台机床上,让员工根据图片检查零件是否已加工。
       

防错技术在发动机缸体加工中的应用

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        图5  Marposs测头正在测量缸孔直径

        3. 自制防错工具
        利用零件加工的孔或者面的距离,针对频繁出现漏加工的工位或者目视检查不到的,制作一些特殊的工具,对加工出来的每一个零件进行检查,避免漏加工。
        在缸体OP40漏加工防错实例中,OP40加工缸体曲轴腔侧壁, 工件在滚道上因为位置的原因目视检查不方便进行,经常出现漏加工却没有目视检查到的情况。经过改进,在OP40后通过放置防错检查工具,代替目检。
        其原理为:若OP40缸体曲轴腔侧壁没有加工,侧壁的距离为52mm;若侧壁已加工,距离为56mm。通过放置一个直径尺寸介于56mm和52mm之间的硬胶圆筒。若OP40漏加工,该圆筒不能放到底(见图4);若OP40已加工,圆筒能放到底。
        零件类型防错
        1. 零件二维码防错
        每种类型的零件,打上不同种类的二维码,通过二维码扫码系统辨识,不是当前生产的零件类型发出报警。此外,在不同类型的零件上,在二维码打码时,根据不同类型的零件,打上明显的不同图形,让人一目了然,进行人工辨识,实现二次双重防错。
        2. 机床测量判断
        根据不同型号不同尺寸的特性,不同类型的零件在机床加工前,机床对零件进行测量,根据测量的尺寸判断零件的类型,从而实现选择相应类型的加工程序进行加工,同时可实现判断是否为目前所生产的类型。
        3. 其他
        QC&A+追溯系统锁定可疑物料返修和确认,避免不合格的零件逃逸;最终试漏机的压装闷盖抖料振动防止压反闷盖,真空吸附也可防止压反闷盖;主轴承盖拧紧机拧力异常剔料防错等。
        加工实例:OP190通过缸孔直径区分B12和B10,进而自动选择相应型号的刀具进行加工。其原理为:通过Marposs测量仪测量缸孔直径(见图5),B10的直径为(67.5±0.1)mm,B12的直径为(68.7±0.1)mm,当Marposs测量仪测量的直径值为(68.7±0.1)mm时,系统变量#1134赋值为1;当Marposs测量的直径值为(67.5±0.1)mm时,系统变量#1134赋值为2。程序中再通过条件选择,判断#1134的值是1还是2,自动选择对应的B10或者B12刀具进行加工。当前工序零件缸孔直径出现变异,Marposs测量仪测量的直径值既不为(68.7±0.1)mm也不为(67.5±0.1)mm时系统报警,类型识别错误;停止后序程序的选择加工,避免零件的误加工。
        结语
        不同排量和系列的发动机产品实施共线生产,这是未来汽车发动机制造的发展趋势。利用原生产线设备稍加改造,实施多品种的共线生产,应用更多的防错技术,达到降低制造成本的目的。防错技术的应用,可以减少浪费,保证产品质量和提高机床的开动率。只有在使用过程中进行定期的维护与认证,才能保证防错装置的正常运转,真正起到防错的作用,保证产品的加工质量。
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