基于Q-DAS分析的高精度曲軸磨床質(zhì)量控制

在曲軸軸頸外圓的磨削加工中，我公司采用的是德國勇克的CBN高速磨床。該磨床具有如下特點：采用跟隨擺動式（切點跟蹤）磨削連桿頸技術(shù)；通過兩個砂輪架進給軸與工件回轉(zhuǎn)軸及在線檢測進行數(shù)控聯(lián)動的全閉環(huán)控制；實現(xiàn)了曲軸兩個不同相位的連桿頸的同時磨削；實現(xiàn)了曲軸一次裝夾完成對連桿頸、主軸頸的精密加工。

在實際生產(chǎn)中，我們采用如下措施對勇克CBN高速磨床磨削曲軸進行質(zhì)量監(jiān)控：通過Q-DAS統(tǒng)計50件/次的線旁檢具；50件/次的三坐標檢測；下線MARPOSS測量儀100%全尺寸測量，數(shù)據(jù)生成Q-DAS描點圖進行跟蹤。

曲軸磨削加工質(zhì)量變異分析

1．測量值穩(wěn)定，機床修正值與實際相反
下圖為一個班次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)折點為員工干預調(diào)整。問題是：測量值穩(wěn)定，但是機床修正值與實際相反，越補越差。排除機械類中心支架或者測頭的問題，判斷可能為電氣方面出現(xiàn)故障，導致設(shè)備獲得假信號。最大的可能就是測頭及連接單元進水，導致機床信號失真的可能性比較大。為此，可檢查測頭是否進水，用替換法更換測頭與接線盒之間的傳感器線和接頭，判斷是否失效。

檢查發(fā)現(xiàn)，故障失效原因是磨削液水汽導致接頭產(chǎn)生電容效應，水汽作為容性媒介導致電壓信號記憶，從而導致尺寸異常。改進措施：將測頭連接模塊單元移出加工倉 ，減少水汽接觸。



一個班次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

2.測量值不準
通過線旁檢具測量工件尺寸和機床測量尺寸結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)，機床測量值有誤，進一步分析有確定原因可能來自以下兩個方面：

（1）主軸頸中值48.985mm，連桿頸中值39.985mm，直徑相差9mm。作用到半徑4.5mm基本為測頭的行程極限（測頭最大行程為5mm），可能測頭測量超程了，導致反饋不準。

（2）該測頭在正負極限處的線性度差，也會導致反饋值不準確。出現(xiàn)這種連續(xù)工件直徑偏大一段時間后又恢復正常，問題多數(shù)情況為測頭波紋管斷裂（見下圖）或者波紋管測量完一個行程后彈性恢復有卡滯。停機檢查測頭，用手壓或拉測頭頂部檢查是否有卡滯現(xiàn)象，檢查波紋管是否正常，可發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生原因。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，問題的原因是測頭連接波紋管斷裂。于是更換波紋管、量化調(diào)整標準，調(diào)整V型塊間隙2mm（限位），即下圖中藍色箭頭標記處。



測頭波紋管發(fā)生斷裂

3．連桿頸波動，連桿頸尺寸存在突變，主軸頸尺寸正常
該問題原因一般為隨動架隨動軌跡存在機械干涉，如常見的與噴嘴或工件的側(cè)臂存在干涉時的質(zhì)量表現(xiàn)（見下圖）。



主軸頸尺寸正常

分析確定，問題的根本原因就是測頭隨動架運動過程中有干涉。隨即對連桿頸測頭隨動架進行最高限位的調(diào)整（見下圖），問題得到解決。



對連桿頸測頭隨動架進行最高限位的調(diào)整

4.主軸頸加工不穩(wěn)定，尺寸波動大
該問題通常為測量主軸頸時測頭隨動架隨動軌跡存在機械干涉導致（隨動路徑與加工連桿頸不一樣，行程相對短，調(diào)整的限位機構(gòu)也不同），如常見的與噴嘴或工件的側(cè)臂存在干涉時的質(zhì)量表現(xiàn)。分析確定，測頭隨動架運動過程中有干涉，對測頭隨動架進行限位的調(diào)整隨即得到解決（見下圖）。



對測頭隨動架進行限位的調(diào)整隨

5.所有軸頸尺寸波動大
通過Q-DAS 50件過程能力數(shù)據(jù)分析，有兩臺機床的A5/A4直徑表現(xiàn)出正弦波動（14um左右），如下圖所示，對比另外兩臺機床發(fā)現(xiàn)有兩個變化點：兩臺機床切屑液溫度波動比另外兩臺溫度波動大4.5℃；尺寸存在正弦波動，以經(jīng)驗分析受主軸頭架跳動影響較大，經(jīng)過千分表測量發(fā)現(xiàn)與頭架主軸產(chǎn)生周期性正弦波動一致。

根本原因：頭架主軸球籠軸承內(nèi)軸表面磨損嚴重；磨削液水溫波動大，根據(jù)溫度補償公式算出會造成約2um的波動。解決辦法：更換頂尖球籠軸承，改進設(shè)備冷卻系統(tǒng)，減少磨削液溫度波動。



A5/A4軸頸尺寸波動

6.芯軸跳動超差
通過Q-DAS 50件過程能力數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)芯軸跳動超差為四臺磨床中的一臺。通過對機床主夾機構(gòu)帶MASTER測量發(fā)現(xiàn)芯軸端跳動大，多次調(diào)整未果。進一步分析芯軸端卡爪是否有問題，通過對比其他臺磨床發(fā)現(xiàn)芯軸夾緊端一卡爪磨損量偏大。確定問題原因：芯軸端卡爪磨損過大，導致加工時候產(chǎn)生徑跳。

改進措施：對磨損區(qū)域進行輪廓測量，及區(qū)域模擬圓弧半徑，卡爪半徑相差5mm以上，導致定位不準。針對此問題，制定PM更換周期，計劃2年更換。

7.某軸頸圓度超差
軸頸圓度偏大為生產(chǎn)中的常見問題，一般檢查完機床中心支架抬起度推出度（見下圖），確認主夾部分無問題后進行圓度補償。

造成此問題的原因很多，可通過Q-DAS跟蹤各軸頸圓度情況，及時人工干預調(diào)整。改進措施：進行圓度補償，單獨編寫三坐標圓度測量程序，可節(jié)省2/3（約10min）的測量時間。



中心支架抬起度推出度檢查

結(jié)語
曲軸磨削為曲軸生產(chǎn)過程中的重要加工工藝，磨床的穩(wěn)定性決定了最終下線產(chǎn)品的質(zhì)量合格率。磨床的高精度和機械結(jié)構(gòu)復雜性，溫度、測頭機械位置、電氣信號、壓力和中心支架的抬起度推出度等中的某一個因素（大部分時候為多個因素共同發(fā)生）的改變往往會引起大的質(zhì)量波動，需要花大量時間去查找原因解決問題，成為曲軸生產(chǎn)線的加工瓶頸。本文囊括了曲軸磨床大部分質(zhì)量超差情況，希望對大家曲軸磨床加工質(zhì)量改進有所幫助。