[应用技术]:汽车动力总成测量技术综述

时间:2011/3/28 15:57:55    来源:海克斯康

动力总成类零部件主要包括缸体、缸盖、凸轮轴、曲轴、连杆等精密部件。为保证发动机工作效率高、稳定性好、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;并对加工节拍、加工效率非常重视。

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、形状复杂并且测量难度高;

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;

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。


一、 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,承担了企业外购件与配套件样品认可、生产环节样品抽检与企业质量认可与判定的角色,因此,需要超高精度、兼具多项测量功能、具有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。

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,将首推Leitz PMM-C机型。该系列机器,测量的最高精度目前可以达到0.4 + L/1000 [微米],除了能够完成标准几何量的测量(如缸体、齿轮箱等等),同时还可以实现对任何特殊几何形状工件的测量任务,如凸轮轴、涡轮、螺旋压缩机转子以及其他更多:这使得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。

兼顾用户对于精度、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,最新推出的机型就包括了高效率(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。

汽缸内孔的分析,是一件非常复杂的测量。除了相关的评价与分析,一些特征,是普通探针都不能接触到进行数据点的采集。下图,我们以缸盖测量过程中所需要使用的探针方案为例,为大家展示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就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的零部件尤其是复杂特殊零部件的关键,具有数十个测量模块的QUINDOS软件是该领域的专家,以下列表,展示了QUINDOS的主要选项列表,除了动力总成特有的阀座、导管、连杆、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、 活塞等汽车零部件的磨损测量。


二、 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的与生产制造相结合,实现在线的测量与实时的统计分析,从而更有效的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,甚至是全天24小时运转、每个工件的测量时间控制的很严,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的测量结果的实时反馈,这样,就对测量机的测量效率、精度与可靠性提出了非常严格的要求。

下面,我们将以三种典型的动力总成在线测量系统为例,帮助大家较为全面的加以了解。

  • 配备机罩的在线动力总成测量系统:

如右图所示,是目前安装在名爵动力总成项目的在线测量方案,整个系统的构成包括:

1、高精度、高效率的测量机:为精确快速测量零部件特征提供帮助;

2、测量机机罩:在生产环境为测量机精确测量提供保证;

3、手动/自动上下料系统:减轻操作者的体力消耗,提高效率;

4、夹具:根据动力总成各种特征零部件设计的专用夹具,有效提高测量效率;

5、机柜(集成控制柜、测头控制器、计算机、打印机系统):在车间环境下提供更好的安全性;

6、状态指示灯:直观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,节省了工件运输的时间,提高了工作效率,适应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。

  • 与生产线完全整合的在线动力总成测量系统:

图右所示,是韩国某变速箱壳体的自动化检测线。该生产线,年产变速箱100万台,整套系统要求24小时全天运转,100%自动全检,检测的节拍为108秒/件;这其中,操作员所要做的工作仅仅是:启动检测线、通过状态灯监控检测执行状况、对异常作出判断并采取措施。整条检测线,要求所有数据实时在线,实时获取。

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、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。该检测线的自动化操作过程见上图右边的流程图。

  • 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无疑是德国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更是将这种优势进行了更进一步的发挥: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。

  • 通过温度补偿技术提高现场测量的性能

现代测量机更多被用于车间现场,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。

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度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度。

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。

  • 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,这样,不需要现场人员具有太高的测量技能,只要点击实现编制好的简易操作界面,系统就会自动安装预先编制好的测量程序完成测量、数据分析以及报告输出等任务。


三、 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的生产,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能尽如人意。

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加工工序加工时,例如发动机缸体加工时,尤其是半精镗、精镗环节对孔的中心位置有着非常严格的要求,单单依靠自动上下料或夹具系统的重复定位精度无法很好的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。在试图提高这些自动上下料或夹具系统的精度时,遇到两方面的难题:

  1. 想要自动化系统达到理想的精度,其设计、制造成本非常高;
  2. 长期一致可靠性较差,需要经常进行维护;维护、保养成本比较高。

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。目前,机床测头自身的测量精度可达到为1 μm,所以根据此坐标系再去加工工件,准确的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了很大改善。

GROB是世界知名的汽车动力总成生产线制造商,大量的GROB机床均将m&h 25.41-HDR测头作为标准配,用以提高加工过程中的工序质量。

当前,上海大众动力总成、一汽大众、南汽名爵、日照现代威亚发动机等等知名的国内汽车发动机生产企业都选择了m&h在机测量系统,很好的保证自动化生产的合格率。


四、 机床能力验证与测量数据的处理与分析

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:目前在全球动力总成方面应用广泛的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 、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以上,STD尺寸能力一般要求在1.33以上)。

在PPAP阶段,当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(PQC尺寸能力一般要求在2.0以上,STD尺寸能力一般要求在1.33以上),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。

在线测量机在完成检测后将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数据分析。“红、黄、绿脸”报告用于现场操作人员快速判断加工工件的状态。红脸表示超差、绿脸表示合格、黄脸表示超过公差的80%需操作人员注意并通知现场ME;“测量报告”用于现场ME调整测量设备或更换刀具;“Q-DAS报告”用于上传至Q-DAS数据库,帮助质量工程师进行按每月或每季度的生产能力分析,及时对生产线的加工能力和生产设备的加工状态做出正确判断。

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而更多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了关于生产设备的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。


结束语

随着动力总成制造技术的发展,测量技术也正通过机器、探测系统、软件技术的综合应用与创新,以最大限度的满足客户对于高品质、高效率、高可靠性的生产要求。

在本文当中,我们采用了概述的手段,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,以便为读者提供一个较为全面的了解。贯穿每一个环节的深度技术应用,限于篇幅所限,我们并没有一一展开。

为完成动力总成零部件的测量应用,仅仅是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、加工质量乃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将会在动力总成制造的各个环节发挥越来越重要的作用。

展会简介

 

  • 时  间:2011年4月11日—16日
  • 地  点:北京中国国际展览中心(新馆) 
  • 展位号:E1-B009

中国国际机床展览会(CIMT)是中国最大的机床工具展会,由中国机床工具工业协会主办。从1989年起(逢单年)在北京举行,已成功地连续举办了十一届,拥有着全球巨大的影响力并受到业界内外的广泛好评,被国际同行誉为世界四大国际机床展之一。

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    留言内容:
    • xie:

      我用你们的测量设备有两年多了,对三坐标挺感兴趣的,我好想来参观一下噢!可是我在重庆的来不到,好遗憾。希望你们能把相关产品技术通过网络展会出来。谢谢!

      管理员回复:你好!我们会实时报道展会现场的精彩时刻,与您分享。另外,我公司会参加5月11日在重庆举办的立嘉机械展,希望届时能与您交流。

    • 永远的测量:

      我对在机测量非常感兴趣!提高了我司的生产效率并快速提高了产品合格率!赞,就一个字!希望有更多的机会进行深入交流!

      管理员回复:欢迎届时能够光临我们的展位,现场与我们的在机测量技术人员进行专业交流。

    • wang:

      参观时间是什么时候啊

      管理员回复:2011年4月11日 - 16日,一般上午9点开始,5点开始清场。第一天因为有开幕式可以晚点去,16号一般到中午就结束了

    • HW:

      一直对这个很感兴趣,真的很不错,

      管理员回复:CIMT是一个关于制造技术的盛会,相信会有很多收获!

    • 北京?:

      在北京呀?我在深圳啊,看来去不了了

      管理员回复:我们会随时通过图片方式报道展会情况和相关产品技术,以弥补您不能到现场的缺憾!

    • NINI:

      请问想参观应该怎么可以得到门票?

      管理员回复:你好,请联系我们的12个办事处,他们会为您邮寄。