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Anwendungsfall
Messung mit Messtastern bei der Bearbeitung von Automobilradnaben
I. Kundenprofil
Der Partner für dieses Projekt ist ein führender inländischer Hersteller von Radnaben aus Aluminiumlegierungen mit fast 20 Jahren Branchenerfahrung, der sich auf die Forschung und Entwicklung, die Produktion und den Vertrieb von Radnaben aus Aluminiumlegierungen für Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge und hochwertige Motorräder spezialisiert hat. Als Hauptlieferant für zahlreiche Joint-Venture-Automobilhersteller (z. B. Volkswagen, Toyota, Honda) verfügt der Kunde über eine jährliche Produktionskapazität von 4 Millionen Einheiten, wobei die Produkte in mehr als 30 Länder und Regionen weltweit exportiert werden. Das Unternehmen gehört zu den Top 10 des inländischen Marktanteils für Radnaben des mittleren bis oberen Segments und wurde mit dem Titel Industriequalität Benchmark Unternehmen für sein strenges Qualitätskontrollsystem und seine effizienten Produktionskapazitäten in großem Maßstab. Der Kunde hält sich an die höchsten Standards der Automobilhersteller und strebt nach höchster Qualität in Bezug auf Maßgenauigkeit, Konsistenz und Effizienz der Massenproduktion bei der Radnabenbearbeitung.
Ⅱ. Hintergrund
Angetrieben durch den Trend der Automobilindustrie zu geringes Gewicht, hohe Präzision und hohe Sicherheit, In den letzten Jahren haben die Automobilhersteller die Kontrollstandards für die wichtigsten Abmessungen von Radnaben (z. B. Rundlauf, Rundlaufabweichung, Toleranz des Bohrungsdurchmessers) kontinuierlich verschärft, wobei die Toleranzanforderungen für einige Kernindikatoren auf ±0,05 mm reduziert wurden. In der Zwischenzeit hat die Diversifizierung der Nachfrage auf dem Endkundenmarkt zu einer schnellen Iteration der Radnabenmodelle geführt. Der Kunde muss eine flexible Mehrserien- und Kleinserienproduktion aufrechterhalten und gleichzeitig eine effiziente Lieferkapazität sicherstellen.
Die ursprüngliche Produktionsweise des Kunden stand unter doppeltem Druck: Einerseits schwankte die Bearbeitungsgenauigkeit von Radnabenrohlingen aus Aluminiumlegierung nach dem Schwerkraftguss aufgrund von Formverschleiß, ungleichmäßiger Abkühlung und anderen Faktoren um 0,3-0,8 mm, was mit den herkömmlichen manuellen Ausrichtungsmethoden nicht zu beheben war. Andererseits erforderte die Offline-KMG-Inspektion (Koordinatenmessmaschine) den Transport der Werkstücke von den Werkzeugmaschinen in den Inspektionsraum, was mehr als 15 Minuten für eine einzige Inspektion dauerte und nur eine Stichprobenprüfung die nicht alle Produktchargen abdecken konnten. Dies führte zu einem hohen Risiko, dass nicht konforme Produkte in nachfolgende Prozesse einfließen, was die Nachbearbeitungskosten erhöhte und die Lieferzyklen beeinträchtigte. Zur Lösung des Widerspruchs zwischen Präzisionskontrolle und Effizienzsteigerung, musste der Kunde dringend eine Online-Messtechnik einführen und ein integriertes, prozessübergreifendes Dimensionskontrollsystem für Zerspanungsmessungs-Kompensation.
III. Kernherausforderungen
Die Probleme, mit denen der Kunde in der Großproduktion konfrontiert war, schränkten seine Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt unmittelbar ein:
- Hohe Verluste durch Spann- und Positionierabweichungen: Das manuelle Ausrichten von Rohlingen mit Messuhren beruht auf der Erfahrung der Bediener, was nicht nur bis zu 5 Minuten für das Einspannen auf einer einzelnen Werkzeugmaschine dauert, sondern auch nur eine Positioniergenauigkeit von ±0,1 mm erreicht, was die Auswirkungen ungleichmäßiger Bearbeitungszugaben von Rohlingen nicht ausgleichen kann. Zuvor war der durchschnittliche monatliche Ausschuss von Rohlingen aufgrund von unzureichende Bearbeitungszugabe und Maßabweichung erreichte mehr als 300 Stück. Ausgehend von den Kosten eines einzelnen Rohlings von 150 CNY beliefen sich die jährlichen Verlustkosten auf über 540.000 CNY.
- Verzögerung und Grenzen der Offline-Inspektion: Bei der Offline-Prüfung werden nur 5% der Lose geprüft, so dass dynamische Variablen wie die thermische Verformung der Maschine, der Werkzeugverschleiß und die Schwankung der Rohlingstoleranz nicht in Echtzeit erfasst werden können. Es gab einen Vorfall, bei dem die Rundlaufgenauigkeit von mehr als 1.000 Produkten in einer Charge aufgrund thermischer Verformung der Werkzeugmaschinenspindel außerhalb der Toleranz lag (>0,1 mm). Das Problem wurde erst bei der Offline-Prüfung entdeckt, nachdem alle Produkte bearbeitet worden waren. Dadurch entstand ein direkter Verlust von über 150.000 CNY, der sich auf den Lieferplan für die Automobilhersteller auswirkte und den Kunden dem Risiko von Schadensersatzansprüchen aussetzte.
Herausforderung der Konsistenz in der Multi-Batch-Produktion: Der Kunde muss jeden Monat mehr als 20 Radnabenmodelle austauschen. Im traditionellen Modus müssen die Ausrichtungsparameter nach jedem Modellwechsel neu abgestimmt werden, was einen Debugging-Zyklus von 2-3 Stunden erfordert. Darüber hinaus variiert die Genauigkeit der Fehlersuche zwischen den verschiedenen Bedienern, was zu großen Konsistenzabweichungen bei den Hauptabmessungen der gleichen Produktmodelle führt, was zu einer Beschwerdequote von 3% seitens der Automobilhersteller führt.
IV. Lösungen
Unser Unternehmen hat ein spezielles technisches Team zusammengestellt, das sich auf die Hauptprobleme des Kunden konzentriert und eine integrierte Lösung entwickelt, die Folgendes umfasst Messtaster für Werkzeugmaschinen + exklusive Messsoftware basierend auf den Ausrüstungsparametern der 10 Vertikal-Bearbeitungszentren des Kunden (Modell: VMC850) und den Radnabenbearbeitungsprozessen. Die Lösung deckt den gesamten Prozess der Kalibrierung der Bezugspunkte vor der Bearbeitung und der dynamischen Überwachung während des Prozesses ab, mit den folgenden spezifischen Maßnahmen:
Schnelle Anpassung von Modelländerungen für Multimodelle (hinzugefügt): Eine Modelldatenbank wird für den Kunden angepasst, wobei Messpunkte, Ausgleichslogik und Toleranzstandards verschiedener Radnaben im System voreingestellt sind. Bei einem Modellwechsel muss nur das entsprechende Modellprogramm auf dem Bedienfeld der Werkzeugmaschine aufgerufen werden, ohne dass ein erneutes Debugging erforderlich ist. Dadurch wird die Zeit für den Modellwechsel von 2-3 Stunden auf 15 Minuten verkürzt und die Produktionsflexibilität erheblich verbessert.
Dynamisches Ausgleichssystem zum Spannen und Positionieren: Nach dem Einspannen des Rohlings löst die Werkzeugmaschine automatisch das Messprogramm des Messtasters aus. Der Messtaster erfasst mit Hilfe eines Rubinstiftes 4 gleichmäßig verteilte Punkte auf der Innenwand der Radnabenbohrung, und das System berechnet die tatsächlichen Mittelpunktskoordinaten durch Einpassen. Es erfasst gleichzeitig 5 Bezugspunkte auf der Montage-Stirnfläche (einschließlich der Rand- und Mittelbereiche), analysiert die Ebenheit und Höhenabweichung der Stirnfläche und erzeugt vollständige Daten zur Positionierungsabweichung. Das System vergleicht die gemessenen Daten in Echtzeit mit den theoretischen Programmierkoordinaten, generiert automatisch X/Y/Z-Parameter für die Drei-Achsen-Kompensation und lädt sie in das Steuerungssystem der Werkzeugmaschine. Der gesamte Prozess erfordert keine manuellen Eingriffe und steuert die Positionierungsgenauigkeit des Spannnullpunkts innerhalb von ±0,02 mm.
Prozessbegleitende Echtzeit-Überwachung (hinzugefügt): Für hochwertige Radnabenmodelle wird eine zusätzliche Stichprobenfunktion für Schlüsselmaße während der Bearbeitung konfiguriert. Der Messtaster misst automatisch Kernmaße wie Bohrungsdurchmesser und Stufenhöhe nach der Vorbearbeitung und vor der Fertigbearbeitung. Wenn die Maßabweichung den voreingestellten Schwellenwert (±0,03 mm) überschreitet, unterbricht das System sofort die Bearbeitung und löst einen Alarm aus. Gleichzeitig werden Vorschläge zur Kompensation des Werkzeugverschleißes unterbreitet, um die Herstellung von nicht konformen Produkten in der Serie zu vermeiden.
V. Ergebnisse der Anwendung
Mit der Einführung des Werkzeugmaschinen-Tastsystems DOP40 hat der Kunde in drei Dimensionen bedeutende Durchbrüche erzielt: Qualität, Effizienz und Kosten:
Erhebliche Senkung der Produktionskosten: Die Ausschussrate für Rohlinge wird von ursprünglich 0,75% auf 0,1% gesenkt, was den monatlichen Ausschussverlust um etwa 45.000 CNY reduziert und mehr als 540.000 CNY an jährlichen Kosten einspart. Der Arbeitsaufwand für die Offline-Inspektion wird um 70% reduziert, wodurch 2 Inspektoren für Kernpositionen in der Produktion frei werden und indirekt die Arbeitskosten um 15% gesenkt werden. Der Werkzeugverschleiß ist aufgrund der dynamischen Kompensation gleichmäßiger, wodurch sich die Standzeit der Werkzeuge um 20% verlängert und die Kosten für Verschleißteile weiter gesenkt werden.
Zweifache Verbesserung der Qualität, Präzision und Konsistenz: Die Rundlaufgenauigkeit der Nabenabmessungen von Schlüsselrädern wurde von ursprünglich 0,1 mm auf 0,04 mm optimiert, der Endrundlauf wird innerhalb von ±0,03 mm kontrolliert, und die Qualifikationsrate der Kernabmessungen wurde von 96,5% auf 99,8% erhöht. Die Schwankungsbreite der Abmessungen von Mehrchargenprodukten wurde um 60% reduziert, die Reklamationsrate der Automobilhersteller wurde auf unter 0,2% gesenkt, und der Kunde hat erfolgreich die erweiterte Zertifizierung von Hochwertiger Lieferant durch ein Joint-Venture-Automobilunternehmen.
Erhebliche Optimierung der Produktionseffizienz: Die Spann- und Ausrichtzeit einer einzelnen Werkzeugmaschine wird von 5 Minuten auf weniger als 45 Sekunden verkürzt, was eine Steigerung der Produktionskapazität um 22% pro Schicht (8 Stunden) bedeutet. Die Effizienz des Modellwechsels wird um 87,5% verbessert, so dass der Kunde monatlich 3-5 Kleinserienaufträge mehr ausführen kann, und die Kapazitätsauslastung wird von ursprünglich 85% auf 95% erhöht.
VI. Kundenbewertung
“Die Messtasterlösung für Werkzeugmaschinen von Qidu hat den Widerspruch zwischen Präzision und Effizienz in unserer Großserienproduktion genau aufgelöst. Die Automatisierung und die hohe Präzision beim Spannen und Positionieren haben uns vollständig von der Abhängigkeit von qualifizierten Bedienern befreit, und die stetige Verbesserung der Qualifikationsrate von Schlüsselmaßen hat uns bei der Unterstützung von Automobilherstellern wettbewerbsfähiger gemacht. Der maßgeschneiderte Service und die schnelle Reaktion des technischen Teams haben uns eine tiefgreifende Erfahrung mit professioneller technischer Unterstützung vermittelt, und Qidu ist ein würdiger langfristiger Kooperationspartner.”— Herr Zhang, Leiter der Produktionstechnik des Kunden