自動車ホイールハブ加工におけるインプロセスプローブ計測の応用

I.クライアント・プロフィール

顧客は中国の大手アルミ合金ホイールメーカーで、20年近い生産経験を持つ。乗用車用、商用車用、高級二輪車用のホイールを中心に生産しています。.

フォルクスワーゲン、トヨタ、ホンダなど、複数の合弁OEMメーカーに長期的に供給している。年間生産量は約400万本で、30カ国以上に輸出されている。国内の中高級ホイール市場では、同社は依然としてトップクラスのサプライヤーである。.

同社のビジネスの大半はOEMプログラムによるものであるため、顧客は厳格な自動車品質基準に従っている。ホイール加工では、寸法精度、バッチの一貫性、安定した生産量を重視している。.

II.背景

近年、自動車産業は、より軽量な構造、より厳しい公差、より高い安全基準へと移行しています。その結果、OEMは、同心度、軸振れ、内径などの主要なホイール寸法の管理をより厳しく要求するようになりました。一部のモデルでは、公差が±0.05 mm以内に縮小されています。.

同時に、市場の需要も細分化している。ホイールのモデルチェンジはより頻繁に行われ、生産は短いサイクルで異なるタイプに移行することが多い。お客様は、全体的なスループットを高いレベルに保ちながら、柔軟性を維持しなければなりません。.

当初の生産方式では、2つの問題が次第に明らかになってきた。第一に、重力鋳造アルミニウム・ブランクは、加工代に大きなばらつきがあり、典型的には0.3～0.8mmであった。これは、金型の摩耗と不均一な冷却が原因であった。手動アライメントでは、これらのばらつきを安定的に補正することができなかった。.

第二に、寸法検査は主にオフラインのCMM測定に頼っていた。各部品を機械から取り外し、別の検査室に運ばなければならなかった。1回の検査に15分以上かかり、サンプリングに限られていた。フルバッチの品質をモニターすることはできず、逸脱の発見が遅すぎることもしばしばだった。.

機械加工と検査のギャップを埋めるため、顧客はインプロセス測定を導入し、機械加工、測定、補正をつなぐ閉ループシステムを構築することにした。.

III.主要課題

1.不正確な位置決めによるスクラップの多発

ブランクの位置合わせは、ダイヤル・インジケータを使って手動で行った。結果はオペレーターの経験に大きく左右された。1回のセットアップに必要な時間は約5分で、位置決め精度は±0.1mmにしか達しなかった。これでは、鋳造ブランクの不均一な加工代を相殺するには不十分だった。.

月平均300個以上のブランクが、材料不足や寸法公差外れのために廃棄された。ブランクの単価は150人民元で、年間損失は54万人民元を超えた。.

2.オフライン検査からのフィードバックの遅れ

各バッチの約5％しか検査されなかった。そのため、スピンドルの熱ドリフトや工具の摩耗、ブランクのずれによる変化をリアルタイムで検出することは不可能だった。.

あるケースでは、スピンドルの加熱により、1,000本以上の砥石バッチで0.1mmを超える同芯度誤差が発生しました。この問題が発覚したのは、すべての部品が完成した後でした。直接損失は15万人民元を超え、OEMへの納品スケジュールにも影響が出た。.

3.頻繁なモデルチェンジ時の一貫性の低さ

顧客は毎月20以上のホイールモデルを切り替えている。そのたびに新たなセットアップとパラメータ調整が必要となり、2～3時間を要していた。.

オペレーターによって機械の調整が異なるため、同じモデルでもロットによって主要寸法にばらつきが生じた。OEMからのクレーム率は3％に達し、品質管理へのプレッシャーとなった。.

IV.ソリューション

Qidu計量 は、同社の10台の立形マシニングセンタVMC850をベースにしたソリューションを顧客と共同で開発した。このシステムは DOP40 専用測定ソフトウェア付きCNCタッチプローブ。.

目標は、機械上で直接測定を行い、すぐに補正に使用できるプロセスを作ることだった。.

1.フィクスチャの位置補正

ブランクをクランプした後、CNCは自動的にCNCプローブサイクルを開始します。タッチプローブは、センターボアの内側に均等に配置された4点を測定します。その後、平坦度と高さ偏差を評価するために、取り付け面の5つの基準点を測定します。.

ソフトウェアが実際のワーク位置を計算し、プログラムされた座標と比較する。X、Y、Z軸の補正値が生成され、CNCコントロールに直接送られます。.

この方法では、手動調整なしで位置決め精度を±0.02mm以内に保つことができる。.

2.工程内寸法モニタリング

高付加価値のホイールモデルの場合、粗加工と仕上げ加工の間に追加チェックを行います。CNCプローブは、内径や段差の高さなどの重要な寸法を測定します。.

いずれかの値があらかじめ設定された公差±0.03 mmを超えた場合、システムは加工を停止し、アラームを発します。加工を続行する前に工具摩耗補正が提案され、不良部品の大量ロットを防止します。.

3.モデル間の素早い切り替え

モデルデータベースには、各ホイールタイプのプロービングポイント、補正ルール、公差限界が保存されています。生産が変更された場合、オペレーターは対応するプログラムを選択するだけです。.

手作業による再デバッグは不要。切り替え時間は2～3時間から15分未満に短縮。.

V.結果

DOP40CNCプローブの稼動後、顧客は測定可能な改善を達成しました。.

• 同芯度は0.1mmから0.04mmに改善
• アキシャル振れを±0.03mm以内に制御
• ファーストパス収量が96.5%から99.8%に増加
• ロット間の寸法ばらつきは60%によって低減された。
• OEM苦情率が0.2%を下回った

台あたりのセットアップ時間が5分から45秒以下に短縮された。シフトあたりの生産量は 22% 増加した。モデルチェンジの効率は87.5%向上し、全体の稼働率は95%に上昇した。.

スクラップ率は0.75%から0.1%に減少し、年間54万人民元以上の節約になった。オフライン検査作業量は70%減少した。切削補償がより均一になったため、工具寿命が20%増加した。.

VI.お客様の声

“「Qiduのプローブ計測システムは、精度管理と生産効率の間の長期的な問題を解決してくれました。位置決めの自動化により、手作業への依存度が下がり、寸法安定性も大幅に向上しました。同社の技術サポートチームは迅速に対応し、当社の工程に合わせたソリューションを提供してくれました。長期的なパートナーです。”- 生産技術部長