典型轴类零件加工质量控制技术的研究

陆序

（镇江船艇学院，江苏 镇江 212000）

典型轴类零件加工质量控制技术的研究

陆序

（镇江船艇学院，江苏 镇江 212000）

射孔弹头是一种典型轴类零件，在其加工过程中需检测产品质量特性很多，对所有特性都进行检验存在困难，需从中找寻少数关键的质量特性进行质量控制。本文在深入企业调查研究的基础上提出问题及解决方法。

轴类零件；关键质量特性；马氏田口法；质量控制系统

1 存在问题

射孔弹头是一种典型的轴类零件，其质量间接影响油气的开采效率。目前质量检测的产品质量特性主要有：外径、外高度、外长度、外角度、深度、同心度、内径、内角度、弧长、内孔深度、表明粗糙度、倒角、孔径、平行度。除了同心度、平行度粗糙度之外，其他指标均可基本满足顾客现有需求。在测量同心度、平行度和粗糙度的过程中，经常出现以下几方面问题。

（1）测量不准确，误差很大，急需快速检测的工具、方法来检测同心度、平行度、粗糙度；测量数值重复、再现性差，经常出现同一产品由不同的人检测会得出不同的结果。同心度目前主要采用三坐标来测量，而粗糙度则通过粗糙度仪来测量。企业希望能够寻找到先进的测量方法、仪器能够准确测量同心度、粗糙度等关键质量特，继而保准产品质量，提升顾客的满意度。除此以外，企业希望测量仪器可以满足以下几个方面的要求：①操作简便。考虑检测工人的文化水平不高，希望检测步骤不要繁琐；②成本低廉。考虑到射孔弹批量大，利润有限，希望购置检测仪器或者进行方法改进的成本不要太高；③快速检验。单个产品牌的检验时间越短，企业的生产量就越大，产生的利润也就越高。具体要求单个产品的检验时间最好能控制在2s左右，越短越好。

（2）实施网络化实时监控的需求。目前质量监控是通过1-13号数控加工线的自检区域对产品关键特性进行手工检测，检测仪器陈旧、方法落后。为提高检测效率，提高对检测数据的实时监控，有必要对现有的监控流程进行信息化和网络化的改进。企业对实时监控的需求是强烈的，但对网络化实时监控的成本考虑更多。

2 提高轴类零件质量的若干质量控制技术

（1）基于马氏田口法筛选零件关键质量特性。根据国国家标准《GB/T19030-2009 质量工程术语》和波音公司《D1-9000-1 AQS Tools》对于关键质量的特性定义，选取易产生波动的质量特性为关键质量特性。目前关键质量特性的选取方法主要有质量功能展开、主成分分析、数据挖掘、波音公司AQS中识别关键质量特性。通过对各方法的分析比较发现多元统计方法、历史数据分析和试验设计这几种方法为自检过程关键质量特性的识别提供了方向。马氏田口法具有真正降低维度、提高选择有效变量的效率、重视历史数据分析，应用试验设计等优点（图1、图2）。

图1

图2

马氏田口法通过正常样本构造合理的马氏空间，在马氏空间范围内为合格产品，凡马氏距离过大的质量特性及设定为关键质量特性，重点加以检测。结合射孔弹头精加工过程的实际情况实施马氏田口法的三个步骤：①选取正常样本和异常样本并计算其马氏距离。异常样本马氏距离均值为 2.07 大于正常样本马氏距离均值（2.07>0.99），据此推断构建的测量表数据有效。②通过正交试验计算信噪比。通过计算，信噪比差值为正有11个变量（远少于既定的32个检测变量），即进行测量表的优化。③验证优化后的测量表。通过相同异常数据的测定，优化后的异常样本马氏距离均值大于优化前的异常样本马氏距离均值（2.29>2.07），说明去掉21个变量后，新测量表异常情况的验出性得到了加强。

图3

图4

（2）使用混合控制图进行质量控制。通过对比休哈特控制图与累积和控制图的优缺点，使用一种将休哈特控制图中的均值极差控制图与累积和控制图同时放入一张图中的混合监控方案，并用软件编程加以实现（如Delphi）。该方案对于过程均值的微小的、持续偏移以及过程均值较大的瞬间偏移都有不错的验出效果，如图3，图中发现第21个样本点下偏稍大但总体正常。实施步骤如下：①确定监控方案流程。控制图分分析用控制图与控制用控制图两种。分析用控制图用于找到统计控制状态，确定控制限；该控制限在控制阶段被控制用控制图沿用，对实时数据进行监控。②分析用控制图（均值极差控制图）的参数计算。包括设定组频和子组大小、计算均值和极差、确定均值图与极差图的上限和下限，共4个参数。③控制用控制图参数计算。包括确定组频与子组大小，计算k、h的值。

3 质量控制系统研发

通过马氏田口发筛选出了某型号射孔弹头的大外圆直径、外径高度、铣槽高度等11个关键质量特性。特性的减少带来抽检次数的减少，继而带来检验时间的缩短。建立具备数据采集功能的质量控制系统。其主要功能有：关键质量特性选择、过程能力评价、混合控制图监控。要实现数据采集功能，同时考虑到CAN 总线的优点，最终建立以CAN 总线技术为基础的质量控制系统。该系统包括硬件设计与软件设计，可以完成能够实现现场数据的采集、存储、查询、过程评价、监控等功能的质量控制系统研发。图4为关键质量特性测量界面。

（1）硬件组成：①触屏工业一体机；②快速输入键盘；③CAN 总线接口卡；④RS232/CAN 转换器；⑤带 RS232 数据输出的数显游标卡尺。

（2）系统软件设计。①功能模块划分；②设定检验编码以保持产品的可追溯性，如上文提到的第21个样本点，可通过编码迅速定位；③基于iCAN协议实现数据通信。

[1]D1-9 000,Advanced Quality System for Boeing Suppliers Section3,AQS Tools.USA,1998:37.

[2]陆序.典 型轴类零件的关键质量特性及其质量控制技术研究[D].浙江大学硕士论文，2014.

TH186

A

1671-0711（2016）12（上）-0132-02