典型軸類零件加工質量控制技術的研究

陸序

（鎮江船艇學院，江蘇 鎮江 212000）

典型軸類零件加工質量控制技術的研究

陸序

（鎮江船艇學院，江蘇 鎮江 212000）

射孔彈頭是一種典型軸類零件，在其加工過程中需檢測產品質量特性很多，對所有特性都進行檢驗存在困難，需從中找尋少數關鍵的質量特性進行質量控制。本文在深入企業調查研究的基礎上提出問題及解決方法。

軸類零件；關鍵質量特性；馬氏田口法；質量控制系統

1 存在問題

射孔彈頭是一種典型的軸類零件，其質量間接影響油氣的開采效率。目前質量檢測的產品質量特性主要有：外徑、外高度、外長度、外角度、深度、同心度、內徑、內角度、弧長、內孔深度、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，其他指標均可基本滿足顧客現有需求。在測量同心度、平行度和粗糙度的過程中，經常出現以下幾方面問題。

（1）測量不準確，誤差很大，急需快速檢測的工具、方法來檢測同心度、平行度、粗糙度；測量數值重復、再現性差，經常出現同一產品由不同的人檢測會得出不同的結果。同心度目前主要采用三坐標來測量，而粗糙度則通過粗糙度儀來測量。企業希望能夠尋找到先進的測量方法、儀器能夠準確測量同心度、粗糙度等關鍵質量特，繼而保準產品質量，提升顧客的滿意度。除此以外，企業希望測量儀器可以滿足以下幾個方面的要求：①操作簡便。考慮檢測工人的文化水平不高，希望檢測步驟不要繁瑣；②成本低廉。考慮到射孔彈批量大，利潤有限，希望購置檢測儀器或者進行方法改進的成本不要太高；③快速檢驗。單個產品牌的檢驗時間越短，企業的生產量就越大，產生的利潤也就越高。具體要求單個產品的檢驗時間最好能控制在2s左右，越短越好。

（2）實施網絡化實時監控的需求。目前質量監控是通過1-13號數控加工線的自檢區域對產品關鍵特性進行手工檢測，檢測儀器陳舊、方法落后。為提高檢測效率，提高對檢測數據的實時監控，有必要對現有的監控流程進行信息化和網絡化的改進。企業對實時監控的需求是強烈的，但對網絡化實時監控的成本考慮更多。

2 提高軸類零件質量的若干質量控制技術

（1）基于馬氏田口法篩選零件關鍵質量特性。根據國國家標準《GB/T19030-2009 質量工程術語》和波音公司《D1-9000-1 AQS Tools》對于關鍵質量的特性定義，選取易產生波動的質量特性為關鍵質量特性。目前關鍵質量特性的選取方法主要有質量功能展開、主成分分析、數據挖掘、波音公司AQS中識別關鍵質量特性。通過對各方法的分析比較發現多元統計方法、歷史數據分析和試驗設計這幾種方法為自檢過程關鍵質量特性的識別提供了方向。馬氏田口法具有真正降低維度、提高選擇有效變量的效率、重視歷史數據分析，應用試驗設計等優點（圖1、圖2）。

圖1

圖2

馬氏田口法通過正常樣本構造合理的馬氏空間，在馬氏空間范圍內為合格產品，凡馬氏距離過大的質量特性及設定為關鍵質量特性，重點加以檢測。結合射孔彈頭精加工過程的實際情況實施馬氏田口法的三個步驟：①選取正常樣本和異常樣本并計算其馬氏距離。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），據此推斷構建的測量表數據有效。②通過正交試驗計算信噪比。通過計算，信噪比差值為正有11個變量（遠少于既定的32個檢測變量），即進行測量表的優化。③驗證優化后的測量表。通過相同異常數據的測定，優化后的異常樣本馬氏距離均值大于優化前的異常樣本馬氏距離均值（2.29>2.07），說明去掉21個變量后，新測量表異常情況的驗出性得到了加強。

圖3

圖4

（2）使用混合控制圖進行質量控制。通過對比休哈特控制圖與累積和控制圖的優缺點，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放入一張圖中的混合監控方案，并用軟件編程加以實現（如Delphi）。該方案對于過程均值的微小的、持續偏移以及過程均值較大的瞬間偏移都有不錯的驗出效果，如圖3，圖中發現第21個樣本點下偏稍大但總體正常。實施步驟如下：①確定監控方案流程。控制圖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計控制狀態，確定控制限；該控制限在控制階段被控制用控制圖沿用，對實時數據進行監控。②分析用控制圖（均值極差控制圖）的參數計算。包括設定組頻和子組大小、計算均值和極差、確定均值圖與極差圖的上限和下限，共4個參數。③控制用控制圖參數計算。包括確定組頻與子組大小，計算k、h的值。

3 質量控制系統研發

通過馬氏田口發篩選出了某型號射孔彈頭的大外圓直徑、外徑高度、銑槽高度等11個關鍵質量特性。特性的減少帶來抽檢次數的減少，繼而帶來檢驗時間的縮短。建立具備數據采集功能的質量控制系統。其主要功能有：關鍵質量特性選擇、過程能力評價、混合控制圖監控。要實現數據采集功能，同時考慮到CAN 總線的優點，最終建立以CAN 總線技術為基礎的質量控制系統。該系統包括硬件設計與軟件設計，可以完成能夠實現現場數據的采集、存儲、查詢、過程評價、監控等功能的質量控制系統研發。圖4為關鍵質量特性測量界面。

（1）硬件組成：①觸屏工業一體機；②快速輸入鍵盤；③CAN 總線接口卡；④RS232/CAN 轉換器；⑤帶 RS232 數據輸出的數顯游標卡尺。

（2）系統軟件設計。①功能模塊劃分；②設定檢驗編碼以保持產品的可追溯性，如上文提到的第21個樣本點，可通過編碼迅速定位；③基于iCAN協議實現數據通信。

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

[2]陸序.典 型軸類零件的關鍵質量特性及其質量控制技術研究[D].浙江大學碩士論文，2014.

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1671-0711（2016）12（上）-0132-02