优化凸轮轴线OP60产品换型的测头校准方法

作者：南京汽车集团有限公司 胡劲松

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 如何优化测头校准方法是一个有意义的话题，它对提高生产效率和产品质量均有很大的帮助。本文通过一个技术攻关案例，分享了优化凸轮轴线OP60产品换型的测头校准方法。 凸轮轴是发动机的主要零件之一（见图1），它的作用是通过传动机构（链轮、正时链条、挺柱等），准确地按一定时间控制气门的开启与关闭，保证发动机按一定规律进行换气。NSE凸轮轴线主要生产四种机型的进排气凸轮轴，人们习惯上把进气凸轮轴简称为“长轴”；把排气凸轮轴简称为“短轴”。 NSE凸轮轴线是一条高度自动化的生产线，共有12道加工工序（见图2），涉及本次课题的是OP60，工序名称为“磨削凸轮轴前端面”，加工机床是德国Junke的斜切式磨床。 加工工艺 OP60通过换型可完成对长轴和短轴的柔性加工。加工短轴时，成型砂轮斜向进给，完成前端面和凸台外圆的磨削（见图3）；加工长轴时，成型砂轮斜向进给，完成前端面和倒角的磨削（见图4）。 斜切式磨床（见图5）在磨削短轴的凸台外圆时，Marposs直径测量仪（见图6）的上、下测头始终接触在加工面上，进行在线测量，并将测量数据传递给控制装置，控制装置根据测量数据自动调整加工过程，发出粗磨、精磨、光磨和尺寸到位的控制信号。尺寸到位后，自动完成磨削加工。 现状调查 凸轮轴线是机加工生产部产品换型用时最长的生产线。我们对2014年1-3月份凸轮轴线长-短轴换型进行了时间统计：OP60是瓶颈工序（见图7），换型时间高达180分钟，在换型过程中会对其它工序造成严重的堵料和待料，明显不符合精益生产的管理要求。 我们对2014年1-3月份OP60长-短轴换型进行了统计：共有11个操作步骤（见表1），其中测头校准耗时高达74分钟，占总耗时（180分钟）的比例高达41.1%，它包括：3次测头校准(1次成功，2次不成功)、2次试加工和2次尺寸检查（见表2），后两项均是由前期2次不成功的测头校准造成的： 1， 测头校准的步骤：装夹标准件 → 安装测头 → 调整测头； 2， 测头校准的要求：上、下测头均接触在标准件凸台宽度的中间（见图8）； 标准件凸台的宽度为2.5±0.1，标准件凸台的外圆为Φ27（-0.007，-0.020），接触区域窄，测量精度要求高，这对测头的布置和调整带来很大难度。仅凭目测和感觉，往往要经过多次调整，方能达到要求。 在部门大力推行精益生产的前提下， 鉴于凸轮轴线的产品换型时间最长，而OP60是凸轮轴线产品换型的瓶颈工序，所以工厂选定“优化OP60产品换型的测头校准方法 ”作为攻关课题。 提出方案 如何优化测头校准方法呢？通过头脑风暴法，工程师们提出了3个解决方案：用靠尺调整 、用红丹粉调整、用专用工具调整。针对这些方案，我们通过亲和图，把大家的看法和建议进行了归纳和整理（见图9）。我们把三种方案的优缺点进行了罗列和分析，制定了方案对比表（见表3）。 从可实施性、经济性、时间性、有效性等方面进行了系统评估，将专用工具调整法选为最佳方案。设计一个衬套：内孔与标准件的轴颈配合；壁厚与测头高度一致。校准测头时：衬套左端面与标准件的止推面进行第一次轴向定位；测头左侧面与衬套右端面进行第二次轴向定位。借助上述两次定位，我们通过对衬套长度的精确计算，可确保上、下测头均接触在标准件凸台宽度的中间（见图10）。 设计要求：测头接触在凸台宽度的中间。 设计结果：衬套长度=20.80。 计算公式：L1-L2-L3/2-L4/2=26.9-4-2.5/2-1.7/2=20.80（见图11）。 L1：前端面到止推面左侧距离；L2：止推面宽度 L3：凸台宽度；L4：测头宽度。 设计要求：内孔与标准件轴颈间隙配合；配合间隙为0.06。 设计结果：衬套内径=Ф27.98。 计算公式：d（标准件轴颈直径）+δ（配合间隙）=27.92 +0.06 =27.98。 设计要求：衬套壁厚与测头的高度一致。 设计结果：衬套外径=Ф34.18 。 计算公式：D（衬套内径）+2×h（测头高度）=27.98+2×2.95=34.18 。 设计思路和主要尺寸确定后，我们按照相关的技术标准标注了尺寸公差、表面粗糙度、热处理及零件材料等技术要求，最终完成了零件图纸的绘制工作（见图12）。 图纸设计完毕后，工厂委托供应商进行加工。由于该零件结构简单，技术要求也不高，他们很快就通过下料、车削、热处理、磨削等工序完成了成品的制造（见图13）。 在计量室对零件进行了全尺寸检查后，检查结果全部合格，满足图纸要求。6 月12 日工厂进行了OP60 长-短轴换型，首次用衬套作为测头校准的辅助工具。验证流程为：装夹标准件、测头安装、测头调整、试加工和线边检查。验证结果为：测头校准一次性完成，用时14 分钟左右，加工尺寸满足工艺要求。 6 月12 日-7 月25 日工厂在OP60 进行了6 次长-短轴换型，采用专用工具调整法后，测头校准均一次性成功，平均用时13.8 分钟，远远低于改善前的74 分钟，达到了本次活动的攻关目标。 对OP60 长-短轴换型进行的时间统计显示：总耗时已降低到119.8 分钟。鉴于OP60 是凸轮轴线产品换型的瓶颈工序，所以凸轮轴线换型时间由改善前的180 分钟降低到改善后的119.8 分钟。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/16/2015)