자동차 휠 허브 가공에 공정 중 프로브 측정 적용

I. 고객 프로필

이 고객은 중국의 대형 알루미늄 합금 휠 제조업체로, 20년 가까이 생산 경험을 보유하고 있습니다. 이 회사는 승용차, 상용차, 프리미엄 오토바이용 휠에 주력하고 있습니다.

폭스바겐, 도요타, 혼다를 비롯한 여러 합작 OEM의 장기 공급업체입니다. 연간 생산량은 약 400만 개의 휠로, 30개국 이상에 수출하고 있습니다. 국내 중고급 휠 시장에서는 상위 공급업체 중 하나입니다.

대부분의 비즈니스가 OEM 프로그램에서 발생하기 때문에 고객은 엄격한 자동차 품질 표준을 따릅니다. 휠 가공의 경우 치수 정확도, 배치 일관성, 안정적인 생산량에 중점을 두고 있습니다.

II. 배경

최근 몇 년 동안 자동차 산업은 더 가벼운 구조, 더 엄격한 공차, 더 높은 안전 표준을 향해 나아가고 있습니다. 그 결과 OEM은 이제 동심도, 축방향 런아웃, 보어 직경과 같은 주요 휠 치수를 훨씬 더 엄격하게 관리해야 합니다. 일부 모델의 경우 공차가 ±0.05mm 이내로 축소되었습니다.

동시에 시장 수요는 더욱 세분화되었습니다. 휠 모델은 더 자주 업데이트되고 생산은 짧은 주기로 다른 유형으로 전환되는 경우가 많습니다. 고객은 전체 처리량을 높은 수준으로 유지하면서 유연성을 유지해야 합니다.

기존 생산 방식에서는 두 가지 문제가 점점 더 명확해졌습니다. 첫째, 중력 주조 알루미늄 블랭크의 가공 공차는 일반적으로 0.3~0.8mm로 큰 편차를 보였습니다. 이는 금형 마모와 고르지 않은 냉각으로 인해 발생했습니다. 수동 정렬로는 이러한 편차를 안정적으로 보정할 수 없었습니다.

둘째, 치수 검사는 주로 오프라인 CMM 측정에 의존했습니다. 각 부품을 기계에서 분리하여 별도의 검사실로 가져가야 했습니다. 한 번 검사하는 데 15분 이상이 걸렸고 샘플링만 가능했습니다. 전체 배치 품질을 모니터링할 수 없었고 편차가 너무 늦게 발견되는 경우가 많았습니다.

가공과 검사 간의 격차를 줄이기 위해 고객은 공정 중 측정을 도입하고 가공, 측정, 보정을 연결하는 폐쇄 루프 시스템을 구축하기로 결정했습니다.

III. 주요 과제

1. 부정확한 위치 지정으로 인한 높은 스크랩 비율

공백은 다이얼 인디케이터를 사용하여 수동으로 정렬했습니다. 결과는 작업자의 경험에 따라 크게 달라졌습니다. 각 설정에는 약 5분이 소요되었지만 위치 정확도는 ±0.1mm에 불과했습니다. 이는 주조 블랭크의 불균일한 가공 공차를 상쇄하기에는 충분하지 않았습니다.

한 달 평균 300개 이상의 블랭크가 재료 부족 또는 허용 치수를 벗어난 치수로 인해 폐기되었습니다. 단위 블랭크 비용이 150위안으로 연간 손실액이 54만 위안을 초과했습니다.

2. 오프라인 검사로 인한 피드백 지연

각 배치의 약 5%만 검사했습니다. 이로 인해 스핀들 열 드리프트, 공구 마모 또는 블랭크 편차로 인한 변화를 실시간으로 감지하는 것이 불가능했습니다.

한 사례에서는 스핀들 가열로 인해 1,000개 이상의 휠 배치에서 0.1mm 이상의 동심도 오류가 발생했습니다. 이 문제는 모든 부품이 완성된 후에야 발견되었습니다. 직접적인 손실은 15만 위안이 넘었고 OEM에 대한 납품 일정에 영향을 미쳤습니다.

3. 잦은 모델 변경 시 일관성 저하

고객은 매달 20개 이상의 휠 모델을 교체합니다. 변경할 때마다 새로운 설정과 매개변수 조정이 필요했고, 2~3시간이 걸렸습니다.

작업자마다 기계를 조정하는 방식이 다르기 때문에 동일한 모델의 배치마다 주요 치수가 달랐습니다. OEM 불만율은 3%에 달해 품질 관리에 대한 압박이 가중되었습니다.

IV. 솔루션

Qidu Metrology 는 고객과 협력하여 10대의 VMC850 수직 머시닝 센터를 기반으로 한 솔루션을 개발했습니다. 이 시스템은 DOP40 전용 측정 소프트웨어가 포함된 CNC 터치 프로브.

목표는 기계에서 직접 측정이 수행되고 보정에 즉시 사용되는 프로세스를 만드는 것이었습니다.

1. 픽스처 위치 보정

블랭크가 고정되면 CNC가 자동으로 CNC 프로브 사이클을 시작합니다. 터치 프로브는 중심 보어 내부에 균등하게 분포된 4개의 지점을 측정합니다. 그런 다음 마운팅 페이스에서 5개의 기준점을 측정하여 평탄도와 높이 편차를 평가합니다.

소프트웨어가 실제 공작물 위치를 계산하고 프로그래밍된 좌표와 비교합니다. X, Y 및 Z 축에 대한 보정 값이 생성되어 CNC 제어 장치로 직접 전송됩니다.

이 방법을 사용하면 수동 조정 없이도 위치 정확도가 ±0.02mm 이내로 유지됩니다.

2. 프로세스 중 치수 모니터링

고가의 휠 모델의 경우 황삭 가공과 정삭 가공 사이에 추가 검사가 수행됩니다. CNC 프로브는 보어 직경 및 스텝 높이와 같은 중요한 치수를 측정합니다.

사전 설정된 허용 오차 ±0.03mm를 초과하는 값이 있으면 시스템이 공정을 중지하고 경보를 발령합니다. 가공을 계속하기 전에 공구 마모 보정이 제안되어 결함이 있는 부품이 대량으로 발생하는 것을 방지합니다.

3. 모델 간 빠른 전환

모델 데이터베이스에는 각 휠 유형에 대한 프로빙 포인트, 보정 규칙 및 허용 오차 한계가 저장됩니다. 생산이 변경되면 작업자는 해당 프로그램을 선택하기만 하면 됩니다.

수동 재디버깅이 필요하지 않습니다. 전환 시간이 2~3시간에서 15분 이내로 단축됩니다.

V. 결과

DOP40 CNC 프로브가 가동된 후 고객은 측정 가능한 개선 효과를 얻었습니다.

• 동심도가 0.1mm에서 0.04mm로 개선되었습니다.
• 이제 축 방향 런아웃이 ±0.03mm 이내로 제어됩니다.
• 첫 번째 통과 수율이 96.5%에서 99.8%로 증가했습니다.
• 배치 간 치수 편차가 60% 감소했습니다.
• OEM 불만 비율 0.2% 이하로 하락

장비당 설정 시간이 5분에서 45초 이내로 단축되었습니다. 교대당 생산량은 22% 증가했습니다. 모델 변경 효율은 87.5% 개선되었고, 전체 용량 활용도는 95%로 증가했습니다.

폐기율이 0.75%에서 0.1%로 감소하여 연간 540,000위안 이상을 절약할 수 있었습니다. 오프라인 검사 작업량이 70% 감소했습니다. 절삭 보정이 더 균일해졌기 때문에 공구 수명이 약 20% 증가했습니다.

VI. 고객 의견

“Qidu의 프로빙 시스템은 정밀 제어와 생산 효율성 사이의 장기적인 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다. 자동화된 포지셔닝 덕분에 수작업에 대한 의존도가 줄었고 치수 안정성이 크게 향상되었습니다. 기술 지원팀은 신속하게 대응하고 우리 공정에 맞는 솔루션을 제공했습니다. 우리는 그들을 장기적인 파트너로 생각하고 있습니다.” - 생산 기술 이사