Anwendung von In-Prozess-Messungen bei der Bearbeitung von Radnaben in der Automobilindustrie

I. Kundenprofil

Der Kunde ist ein großer Hersteller von Rädern aus Aluminiumlegierungen in China mit fast zwanzig Jahren Produktionserfahrung. Das Unternehmen konzentriert sich auf Räder für Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge und hochwertige Motorräder.

Das Unternehmen ist ein langfristiger Lieferant für mehrere Joint-Venture-OEMs, darunter Volkswagen, Toyota und Honda. Die Jahresproduktion beläuft sich auf etwa vier Millionen Räder, die in mehr als dreißig Länder exportiert werden. Auf dem heimischen Markt für Räder der mittleren bis oberen Preisklasse gehört das Unternehmen nach wie vor zu den führenden Anbietern.

Da der Großteil des Geschäfts aus OEM-Programmen stammt, befolgt der Kunde strenge Qualitätsstandards für die Automobilindustrie. Bei der Bearbeitung von Rädern legen sie großen Wert auf Maßgenauigkeit, Chargenkonsistenz und stabile Produktionsleistung.

II. Hintergrund

In den letzten Jahren hat sich die Automobilindustrie auf leichtere Strukturen, engere Toleranzen und höhere Sicherheitsstandards verlegt. Infolgedessen verlangen die Erstausrüster jetzt eine viel strengere Kontrolle der wichtigsten Radabmessungen wie Rundlauf, Planlauf und Bohrungsdurchmesser. Bei einigen Modellen sind die Toleranzen auf ±0,05 mm reduziert worden.

Gleichzeitig hat sich die Marktnachfrage stärker fragmentiert. Die Radmodelle werden immer häufiger aktualisiert, und die Produktion wechselt oft in kurzen Zyklen zwischen verschiedenen Typen. Der Kunde muss flexibel bleiben und gleichzeitig den Gesamtdurchsatz auf einem hohen Niveau halten.

Bei der ursprünglichen Produktionsweise traten zwei Probleme immer deutlicher zutage. Erstens wiesen Aluminium-Kokillenguss-Rohlinge große Schwankungen in der Bearbeitungszugabe auf, typischerweise zwischen 0,3 und 0,8 mm. Dies wurde durch Formverschleiß und ungleichmäßige Abkühlung verursacht. Die manuelle Ausrichtung konnte diese Schwankungen nicht stabil kompensieren.

Zweitens stützte sich die Maßprüfung hauptsächlich auf Offline-KMG-Messungen. Jedes Teil musste aus der Maschine genommen und in einen separaten Prüfraum gebracht werden. Eine einzige Prüfung dauerte mehr als fünfzehn Minuten und beschränkte sich auf Stichproben. Die Qualität der gesamten Charge konnte nicht überwacht werden, und Abweichungen wurden oft zu spät entdeckt.

Um die Lücke zwischen Bearbeitung und Inspektion zu schließen, beschloss der Kunde, eine prozessbegleitende Messung einzuführen und ein geschlossenes System aufzubauen, das Bearbeitung, Messung und Kompensation miteinander verbindet.

III. Zentrale Herausforderungen

1. Hoher Ausschuss durch ungenaue Positionierung

Die Rohlinge wurden manuell mit Messuhren ausgerichtet. Das Ergebnis hing stark von der Erfahrung des Bedieners ab. Jedes Einrichten dauerte etwa fünf Minuten, wobei die Positioniergenauigkeit nur ±0,1 mm betragen konnte. Dies reichte nicht aus, um die ungleichmäßige Bearbeitungszugabe der Gussrohlinge auszugleichen.

Im Durchschnitt wurden mehr als 300 Rohlinge pro Monat aufgrund von Materialmangel oder Maßabweichungen verschrottet. Bei Stückkosten von 150 RMB betrug der jährliche Verlust über 540.000 RMB.

2. Verspätete Rückmeldungen von Offline-Inspektionen

Von jeder Charge wurden nur etwa fünf Prozent geprüft. Dadurch war es unmöglich, Veränderungen, die durch die thermische Drift der Spindel, den Werkzeugverschleiß oder die Abweichung der Rohlinge verursacht wurden, in Echtzeit zu erkennen.

In einem Fall verursachte die Erwärmung der Spindel Konzentrizitätsfehler von mehr als 0,1 mm bei einer Charge von mehr als 1.000 Rädern. Das Problem wurde erst entdeckt, nachdem alle Teile fertiggestellt worden waren. Die direkten Verluste beliefen sich auf über 150.000 RMB, und die Liefertermine für den OEM wurden beeinträchtigt.

3. Schlechte Konsistenz bei häufigen Modellwechseln

Der Kunde wechselt jeden Monat zwischen mehr als zwanzig Radmodellen. Jeder Wechsel erforderte eine neue Einrichtung und Parameteranpassung, was zwei bis drei Stunden dauerte.

Da verschiedene Bediener die Maschinen unterschiedlich einstellten, variierten die Schlüsselmaße zwischen den Chargen desselben Modells. Die Reklamationsquote der OEMs erreichte drei Prozent und setzte das Qualitätsmanagement unter Druck.

IV. Lösung

Qidu Metrologie hat gemeinsam mit dem Kunden eine Lösung entwickelt, die auf den zehn vertikalen Bearbeitungszentren VMC850 basiert. Das System kombiniert die DOP40 cnc-Tastsystem mit spezieller Messsoftware.

Ziel war es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Messung direkt an der Maschine durchgeführt und sofort zur Kompensation genutzt wird.

1. Kompensation der Positionierung der Vorrichtungen

Nachdem der Rohling eingespannt ist, startet die CNC automatisch den Messzyklus. Das Tastsystem misst vier gleichmäßig verteilte Punkte innerhalb der Mittelbohrung. Anschließend werden fünf Referenzpunkte auf der Montagefläche gemessen, um Ebenheit und Höhenabweichung zu bewerten.

Die Software berechnet die tatsächliche Position des Werkstücks und vergleicht sie mit den programmierten Koordinaten. Kompensationswerte für die X-, Y- und Z-Achse werden erzeugt und direkt an die CNC-Steuerung gesendet.

Mit dieser Methode wird die Positioniergenauigkeit innerhalb von ±0,02 mm gehalten, ohne dass eine manuelle Einstellung erforderlich ist.

2. Überwachung der Abmessungen während des Prozesses

Bei hochwertigen Rädermodellen wird eine zusätzliche Kontrolle zwischen Schrupp- und Schlichtbearbeitung durchgeführt. Der CNC-Taster misst kritische Maße wie Bohrungsdurchmesser und Stufenhöhe.

Wenn ein Wert die voreingestellte Toleranz von ±0,03 mm überschreitet, hält das System den Prozess an und gibt einen Alarm aus. Bevor die Bearbeitung fortgesetzt wird, wird eine Kompensation des Werkzeugverschleißes vorgeschlagen, um große Chargen fehlerhafter Teile zu vermeiden.

3. Schnelles Umschalten zwischen den Modellen

Eine Modelldatenbank speichert Messpunkte, Ausgleichsregeln und Toleranzgrenzen für jeden Radtyp. Wenn sich die Produktion ändert, wählt der Bediener einfach das entsprechende Programm aus.

Ein manuelles Re-Debugging ist nicht erforderlich. Die Umstellungszeit wird von zwei bis drei Stunden auf weniger als fünfzehn Minuten reduziert.

V. Ergebnisse

Nachdem der DOP40 cnc-Taster in Betrieb genommen wurde, erzielte der Kunde messbare Verbesserungen.

• Verbesserung der Rundlaufgenauigkeit von 0,1 mm auf 0,04 mm
• Der Axialschlag wird jetzt innerhalb von ±0,03 mm kontrolliert.
• Der First-Pass-Ertrag stieg von 96,5% auf 99,8%
• Die Maßabweichungen zwischen den Chargen wurden durch 60%
• OEM-Beschwerdequote fiel unter 0,2%

Die Rüstzeit pro Maschine wurde von fünf Minuten auf unter fünfundvierzig Sekunden reduziert. Der Ausstoß pro Schicht stieg um 22%. Die Effizienz des Modellwechsels verbesserte sich um 87,5%, und die Gesamtkapazitätsauslastung stieg auf 95%.

Die Ausschussrate sank von 0,75% auf 0,1%, was Einsparungen von mehr als 540.000 RMB pro Jahr bedeutet. Der Arbeitsaufwand für Offline-Inspektionen wurde um 70% reduziert. Da die Schnittkompensation nun gleichmäßiger ist, erhöhte sich die Werkzeugstandzeit um 20%.

VI. Kundenkommentar

“Das Qidu-Tastsystem hat uns geholfen, langfristige Probleme zwischen Präzisionskontrolle und Produktionseffizienz zu lösen. Die automatisierte Positionierung hat unsere Abhängigkeit von manuellen Fertigkeiten verringert, und die Maßhaltigkeit hat sich deutlich verbessert. Das technische Supportteam von Qidu reagierte schnell und bot Lösungen an, die auf unseren Prozess zugeschnitten waren. Wir sehen sie als einen langfristigen Partner.” - Leiter der Produktionstechnik