陸序

（鎮(zhèn)江船艇學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

典型軸類零件加工質(zhì)量控制技術(shù)的研究

陸序

（鎮(zhèn)江船艇學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

射孔彈頭是一種典型軸類零件，在其加工過(guò)程中需檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量特性很多，對(duì)所有特性都進(jìn)行檢驗(yàn)存在困難，需從中找尋少數(shù)關(guān)鍵的質(zhì)量特性進(jìn)行質(zhì)量控制。本文在深入企業(yè)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上提出問(wèn)題及解決方法。

軸類零件；關(guān)鍵質(zhì)量特性；馬氏田口法；質(zhì)量控制系統(tǒng)

1 存在問(wèn)題

射孔彈頭是一種典型的軸類零件，其質(zhì)量間接影響油氣的開(kāi)采效率。目前質(zhì)量檢測(cè)的產(chǎn)品質(zhì)量特性主要有：外徑、外高度、外長(zhǎng)度、外角度、深度、同心度、內(nèi)徑、內(nèi)角度、弧長(zhǎng)、內(nèi)孔深度、表明粗糙度、倒角、孔徑、平行度。除了同心度、平行度粗糙度之外，其他指標(biāo)均可基本滿足顧客現(xiàn)有需求。在測(cè)量同心度、平行度和粗糙度的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)以下幾方面問(wèn)題。

（1）測(cè)量不準(zhǔn)確，誤差很大，急需快速檢測(cè)的工具、方法來(lái)檢測(cè)同心度、平行度、粗糙度；測(cè)量數(shù)值重復(fù)、再現(xiàn)性差，經(jīng)常出現(xiàn)同一產(chǎn)品由不同的人檢測(cè)會(huì)得出不同的結(jié)果。同心度目前主要采用三坐標(biāo)來(lái)測(cè)量，而粗糙度則通過(guò)粗糙度儀來(lái)測(cè)量。企業(yè)希望能夠?qū)ふ业较冗M(jìn)的測(cè)量方法、儀器能夠準(zhǔn)確測(cè)量同心度、粗糙度等關(guān)鍵質(zhì)量特，繼而保準(zhǔn)產(chǎn)品質(zhì)量，提升顧客的滿意度。除此以外，企業(yè)希望測(cè)量?jī)x器可以滿足以下幾個(gè)方面的要求：①操作簡(jiǎn)便。考慮檢測(cè)工人的文化水平不高，希望檢測(cè)步驟不要繁瑣；②成本低廉。考慮到射孔彈批量大，利潤(rùn)有限，希望購(gòu)置檢測(cè)儀器或者進(jìn)行方法改進(jìn)的成本不要太高；③快速檢驗(yàn)。單個(gè)產(chǎn)品牌的檢驗(yàn)時(shí)間越短，企業(yè)的生產(chǎn)量就越大，產(chǎn)生的利潤(rùn)也就越高。具體要求單個(gè)產(chǎn)品的檢驗(yàn)時(shí)間最好能控制在2s左右，越短越好。

（2）實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求。目前質(zhì)量監(jiān)控是通過(guò)1-13號(hào)數(shù)控加工線的自檢區(qū)域?qū)Ξa(chǎn)品關(guān)鍵特性進(jìn)行手工檢測(cè)，檢測(cè)儀器陳舊、方法落后。為提高檢測(cè)效率，提高對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有必要對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)控流程進(jìn)行信息化和網(wǎng)絡(luò)化的改進(jìn)。企業(yè)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求是強(qiáng)烈的，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)監(jiān)控的成本考慮更多。

2 提高軸類零件質(zhì)量的若干質(zhì)量控制技術(shù)

（1）基于馬氏田口法篩選零件關(guān)鍵質(zhì)量特性。根據(jù)國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T19030-2009 質(zhì)量工程術(shù)語(yǔ)》和波音公司《D1-9000-1 AQS Tools》對(duì)于關(guān)鍵質(zhì)量的特性定義，選取易產(chǎn)生波動(dòng)的質(zhì)量特性為關(guān)鍵質(zhì)量特性。目前關(guān)鍵質(zhì)量特性的選取方法主要有質(zhì)量功能展開(kāi)、主成分分析、數(shù)據(jù)挖掘、波音公司AQS中識(shí)別關(guān)鍵質(zhì)量特性。通過(guò)對(duì)各方法的分析比較發(fā)現(xiàn)多元統(tǒng)計(jì)方法、歷史數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)設(shè)計(jì)這幾種方法為自檢過(guò)程關(guān)鍵質(zhì)量特性的識(shí)別提供了方向。馬氏田口法具有真正降低維度、提高選擇有效變量的效率、重視歷史數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)（圖1、圖2）。

圖1

圖2

馬氏田口法通過(guò)正常樣本構(gòu)造合理的馬氏空間，在馬氏空間范圍內(nèi)為合格產(chǎn)品，凡馬氏距離過(guò)大的質(zhì)量特性及設(shè)定為關(guān)鍵質(zhì)量特性，重點(diǎn)加以檢測(cè)。結(jié)合射孔彈頭精加工過(guò)程的實(shí)際情況實(shí)施馬氏田口法的三個(gè)步驟：①選取正常樣本和異常樣本并計(jì)算其馬氏距離。異常樣本馬氏距離均值為 2.07 大于正常樣本馬氏距離均值（2.07>0.99），據(jù)此推斷構(gòu)建的測(cè)量表數(shù)據(jù)有效。②通過(guò)正交試驗(yàn)計(jì)算信噪比。通過(guò)計(jì)算，信噪比差值為正有11個(gè)變量（遠(yuǎn)少于既定的32個(gè)檢測(cè)變量），即進(jìn)行測(cè)量表的優(yōu)化。③驗(yàn)證優(yōu)化后的測(cè)量表。通過(guò)相同異常數(shù)據(jù)的測(cè)定，優(yōu)化后的異常樣本馬氏距離均值大于優(yōu)化前的異常樣本馬氏距離均值（2.29>2.07），說(shuō)明去掉21個(gè)變量后，新測(cè)量表異常情況的驗(yàn)出性得到了加強(qiáng)。

圖3

圖4

（2）使用混合控制圖進(jìn)行質(zhì)量控制。通過(guò)對(duì)比休哈特控制圖與累積和控制圖的優(yōu)缺點(diǎn)，使用一種將休哈特控制圖中的均值極差控制圖與累積和控制圖同時(shí)放入一張圖中的混合監(jiān)控方案，并用軟件編程加以實(shí)現(xiàn)（如Delphi）。該方案對(duì)于過(guò)程均值的微小的、持續(xù)偏移以及過(guò)程均值較大的瞬間偏移都有不錯(cuò)的驗(yàn)出效果，如圖3，圖中發(fā)現(xiàn)第21個(gè)樣本點(diǎn)下偏稍大但總體正常。實(shí)施步驟如下：①確定監(jiān)控方案流程?？刂茍D分分析用控制圖與控制用控制圖兩種。分析用控制圖用于找到統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，確定控制限；該控制限在控制階段被控制用控制圖沿用，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。②分析用控制圖（均值極差控制圖）的參數(shù)計(jì)算。包括設(shè)定組頻和子組大小、計(jì)算均值和極差、確定均值圖與極差圖的上限和下限，共4個(gè)參數(shù)。③控制用控制圖參數(shù)計(jì)算。包括確定組頻與子組大小，計(jì)算k、h的值。

3 質(zhì)量控制系統(tǒng)研發(fā)

通過(guò)馬氏田口發(fā)篩選出了某型號(hào)射孔彈頭的大外圓直徑、外徑高度、銑槽高度等11個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量特性。特性的減少帶來(lái)抽檢次數(shù)的減少，繼而帶來(lái)檢驗(yàn)時(shí)間的縮短。建立具備數(shù)據(jù)采集功能的質(zhì)量控制系統(tǒng)。其主要功能有：關(guān)鍵質(zhì)量特性選擇、過(guò)程能力評(píng)價(jià)、混合控制圖監(jiān)控。要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，同時(shí)考慮到CAN 總線的優(yōu)點(diǎn)，最終建立以CAN 總線技術(shù)為基礎(chǔ)的質(zhì)量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，可以完成能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、查詢、過(guò)程評(píng)價(jià)、監(jiān)控等功能的質(zhì)量控制系統(tǒng)研發(fā)。圖4為關(guān)鍵質(zhì)量特性測(cè)量界面。

（1）硬件組成：①觸屏工業(yè)一體機(jī)；②快速輸入鍵盤(pán)；③CAN 總線接口卡；④RS232/CAN 轉(zhuǎn)換器；⑤帶 RS232 數(shù)據(jù)輸出的數(shù)顯游標(biāo)卡尺。

（2）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。①功能模塊劃分；②設(shè)定檢驗(yàn)編碼以保持產(chǎn)品的可追溯性，如上文提到的第21個(gè)樣本點(diǎn)，可通過(guò)編碼迅速定位；③基于iCAN協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

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

[2]陸序.典 型軸類零件的關(guān)鍵質(zhì)量特性及其質(zhì)量控制技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)碩士論文，2014.

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1671-0711（2016）12（上）-0132-02