Применение зондовых измерений в процессе обработки ступиц автомобильных колес

I. Профиль клиента

Заказчик - крупный производитель колес из алюминиевого сплава в Китае, имеющий почти двадцатилетний опыт производства. Компания специализируется на производстве колес для легковых и коммерческих автомобилей, а также мотоциклов премиум-класса.

Они являются долгосрочным поставщиком для нескольких совместных OEM-производителей, включая Volkswagen, Toyota и Honda. Ежегодный объем производства составляет около четырех миллионов колес, которые экспортируются в более чем тридцать стран. На внутреннем рынке колес среднего и высокого класса компания остается одним из ведущих поставщиков.

Поскольку большая часть их бизнеса приходится на OEM-программы, заказчик придерживается строгих автомобильных стандартов качества. При обработке колес они уделяют особое внимание точности размеров, согласованности партий и стабильности производства.

II. Справочная информация

В последние годы автомобильная промышленность перешла на более легкие конструкции, более жесткие допуски и более высокие стандарты безопасности. В результате OEM-производители теперь требуют более строгого контроля основных размеров колес, таких как концентричность, осевое биение и диаметр отверстия. Для некоторых моделей допуски были снижены до ±0,05 мм.

В то же время спрос на рынке стал более фрагментированным. Модели колес обновляются все чаще, а производство часто переключается с одного типа на другой в течение короткого цикла. Заказчик должен сохранять гибкость, поддерживая общую производительность на высоком уровне.

При первоначальном способе производства все более очевидными становились две проблемы. Во-первых, литые под действием силы тяжести алюминиевые заготовки имели большой разброс припусков на обработку, как правило, от 0,3 до 0,8 мм. Это было вызвано износом пресс-формы и неравномерным охлаждением. Ручное выравнивание не могло стабильно компенсировать эти колебания.

Во-вторых, контроль размеров в основном опирался на автономные измерения на КИМ. Каждую деталь нужно было снимать со станка и отвозить в отдельную комнату для контроля. Одна проверка занимала более пятнадцати минут и ограничивалась только отбором образцов. Невозможно было контролировать качество всей партии, и отклонения часто обнаруживались слишком поздно.

Чтобы устранить разрыв между обработкой и контролем, заказчик решил внедрить технологические измерения и построить замкнутую систему, объединяющую обработку, измерения и компенсацию.

III. Основные проблемы

1. Большое количество брака из-за неточного позиционирования

Заготовки выравнивались вручную с помощью циферблатных индикаторов. Результат в значительной степени зависел от опыта оператора. На каждую настройку требовалось около пяти минут, однако точность позиционирования достигала лишь ±0,1 мм. Этого было недостаточно, чтобы компенсировать неравномерный припуск на обработку литых заготовок.

В среднем более 300 заготовок в месяц отбраковывались из-за недостатка материала или нестандартных размеров. При стоимости единицы заготовки в 150 юаней годовой убыток превысил 540 000 юаней.

2. Несвоевременная обратная связь по результатам автономной проверки

Проверке подвергалось лишь около пяти процентов каждой партии. Это делало невозможным выявление изменений, вызванных тепловым дрейфом шпинделя, износом инструмента или отклонением заготовки в режиме реального времени.

В одном случае нагрев шпинделя привел к ошибкам концентричности более 0,1 мм в партии из более чем 1 000 колес. Проблема была обнаружена только после того, как все детали были изготовлены. Прямые убытки превысили 150 000 юаней, и были нарушены графики поставок OEM-производителю.

3. Плохая согласованность при частой смене моделей

Заказчик ежемесячно меняет более двадцати моделей колес. Каждое изменение требовало новой настройки и регулировки параметров, что занимало от двух до трех часов.

Поскольку разные операторы по-разному настраивали станки, ключевые размеры в партиях одной и той же модели различались. Количество рекламаций от производителей достигало трех процентов, что создавало давление на управление качеством.

IV. Решение

Метрология Qidu Совместно с заказчиком мы разработали решение на базе десяти вертикальных обрабатывающих центров VMC850. Система сочетает в себе ДОП40 Сенсорный датчик с ЧПУ и специальным программным обеспечением для измерений.

Цель заключалась в том, чтобы создать процесс, при котором измерения выполняются непосредственно на станке и сразу же используются для компенсации.

1. Компенсация позиционирования приспособления

После зажима заготовки система ЧПУ автоматически запускает цикл измерений. Контактный датчик измеряет четыре равномерно распределенные точки внутри центрального отверстия. Затем измеряются пять опорных точек на монтажной поверхности для оценки плоскостности и отклонения по высоте.

Программное обеспечение рассчитывает реальное положение заготовки и сравнивает его с запрограммированными координатами. Компенсационные значения для осей X, Y и Z генерируются и передаются непосредственно в систему ЧПУ.

Благодаря этому методу точность позиционирования поддерживается в пределах ±0,02 мм без ручной настройки.

2. Контроль размеров в процессе производства

Для дорогостоящих моделей колес проводится дополнительная проверка между черновой и чистовой обработкой. С помощью датчика ЧПУ измеряются критические размеры, такие как диаметр отверстия и высота ступеньки.

Если какое-либо значение превышает установленный допуск ±0,03 мм, система останавливает процесс и выдает сигнал тревоги. Перед продолжением обработки предлагается компенсировать износ инструмента, что позволяет предотвратить выпуск больших партий бракованных деталей.

3. Быстрая переналадка между моделями

В базе данных моделей хранятся точки измерения, правила компенсации и пределы допусков для каждого типа колес. При изменении условий производства оператор просто выбирает соответствующую программу.

Не требуется ручная отладка. Время переналадки сокращается с двух-трех часов до менее чем пятнадцати минут.

V. Результаты

После ввода в эксплуатацию датчика DOP40 заказчик добился ощутимых улучшений.

• Концентрация улучшена с 0,1 мм до 0,04 мм
• Осевое биение теперь контролируется в пределах ±0,03 мм
• Выход первого продукта увеличился с 96,5% до 99,8%
• Размерные различия между партиями были уменьшены благодаря 60%
• Коэффициент рекламаций производителей оборудования упал ниже 0,2%

Время наладки одного станка сократилось с пяти минут до менее чем сорока пяти секунд. Производительность за смену увеличилась на 22%. Эффективность смены моделей повысилась на 87,5%, а общая загрузка производственных мощностей выросла до 95%.

Количество брака снизилось с 0,75% до 0,1%, что позволило сэкономить более 540 000 юаней в год. Объем работы по автономному контролю сократился на 70%. Благодаря тому, что компенсация резания стала более равномерной, срок службы инструмента увеличился примерно на 20%.

VI. Комментарий клиента

“Система измерения Qidu помогла нам решить долгосрочные проблемы между контролем точности и эффективностью производства. Автоматизированное позиционирование уменьшило нашу зависимость от ручного труда, а стабильность размеров значительно улучшилась. Команда технической поддержки быстро отреагировала и предложила решения, адаптированные к нашему процессу. Мы видим в них долгосрочного партнера”. - Директор по производственным технологиям