在发动机曲轴加工线上，应用检测技术进行在线质量控制，可以保证曲轴尺寸达到加工要求，通过数据反馈及时控制加工过程可能超差的趋势，达到追求零缺陷制造的目标。
零缺陷制造主要由“不接受缺陷、不制造缺陷和不传递缺陷”三部分组成。在实际生产中，通过管理和技术两方面的改进可以提高零缺陷的实施。随着技术的进步，从硬件的角度达到零缺陷制造已经成为可能。在发动机曲轴加工线上，应用检测技术进行在线质量控制可以达到追求零缺陷制造的目标。其基本原理是在曲轴的加工过程中进行及时的加工尺寸检测，并通过“即时”和“事后”两种数据反馈方式，对加工过程可能超差的趋势进行有效控制，保证零件的加工尺寸在公差范围内，从而避免废品的产生。
加工工艺及要求
曲轴是发动机五大关键零部件之一。如今，高速、高效、复合加工的曲轴制造方式已经得到广泛应用。
图1是我厂的一条直列四缸发动机曲轴线的工艺流程和设备的平面布置图。这是一条比较精简的曲轴加工生产线，由机械手连接各加工工序，并且在生产线上穿插了多处在线检测装置。OP110、OP140、OP240工序都具备即时测量、闭环反馈的功能，OP165和OP250是串联在工序内的专用在线检测设备，起到事后反馈的作用。这些在线检测装置是保证曲轴的相关尺寸达到加工要求的必备条件，也是追求零缺陷制造的可靠保障。
图2是曲轴加工中的几个关键尺寸。其中，连杆轴颈和主轴颈的外径及圆度有很高的要求，公差通常控制在10μm左右，止推面宽度公差一般控制在50μm以内。
在线检测技术的应用
产品的制造离不开尺寸的控制。生产线上使用在线检测装置能够迅速调整工件的加工质量。在实际生产中，常常因刀具磨损和热变形引起刀具尺寸发生变化继而造成加工零件尺寸出现误差，在线检具的自动补偿功能，可以有效解决这个问题，保证连续稳定加工。而且这种在线检测装置避免了频繁的人工调整补偿尺寸，从根本上杜绝了不可修复废品的出现。这是一种最主动、最经济、能够预见并防止错误的控制技术。
目前，曲轴生产线上加工质量的控制手段有如下3种：
●加工后的最终特性在线检测
用于验证零件加工后的质量，通常串联于生产线中，100%检测工件。一旦零件不合格可以立刻发现。
●加工后过程特性的在线检测
对过程加工尺寸进行实时监控和反馈，可有效防止不合格品的产生。
●离线抽样检测
通常根据《机加工工序检查记录表》的要求，由操作工使用离线检具台完成检测工作。此种方法一般不用来对设备进行补偿。nextpage
在图1所示的曲轴加工线中，在线检测技术的应用主要表现在4个方面：
1、精车在线检测仪的运用
图1中OP165工序的精车在线检测仪的主要特点如下：
●可利用短期设备能力分析的方法完成设备的能力验收工作；
●设备调试初期，并不一定需要使用在线检测反馈系统来制造合格工件；
●使用检测数据反馈系统，可以解决一些统计学无法解决的问题，如刀片崩刃以及由于换刀造成的刀补设置错误、刀片错装等误差。
因为是单独的工位串联在生产线中，测量节拍比加工节拍短，所以OP165对生产能力没有影响。由于测量节拍非常短，设置两台或以上的车床，可以使用同一台在线检测仪而不影响产量。
OP165具有对OP160加工尺寸进行补偿的功能。OP160开机后加工首件的过程可分为两步执行：第一步，设备设定不切削到最终尺寸，留有一定的余量；零件经OP165测量后，将实际加工尺寸与设定值的偏差反馈给机床，作为机床加工的补偿量。第二步，设备根据前次加工反馈的修正量，将零件加工到最终尺寸。并且，在正常加工过程中，每次加工完零件，设备都将实际加工尺寸与设定值的偏差反馈给机床，作为补偿量对下一次加工过程进行补偿。这样，就有效地实现了零件加工质量的自动控制。
2、在线最终检测仪的运用
图1中OP250工序是曲轴的最终检测工位，即测量曲轴轴径的工位。
此工序的主要特点是：
●测头为标准件，放置在生产线的最后一道工序，用于100%对成品进行质量检验；
● 该工序有一段滚道缓冲区，主要用以存放reject零件（检测判定为不合格的零件）。通常操作工在重新清洁、冲洗零件后，进行再次测量，对于仍不合尺寸要求的零件视为废品；对测量合格的零件，激光打标机将打上记号，这些信息可以用来零件追溯；
●使用PFMEA（工艺潜在失效模式）分析工具，针对高风险的某些特征值，在设备制造时增加一些测头，以检测产品的这些特征值，进行防错；
● 在线检测的温度补偿功能。曲轴在OP240抛光工序使用的冷却液温度为20℃，而OP245清洗机清洗后的曲轴表面温度平均为33℃，前后工序的温度差异，导致零件热胀，测得的直径有较大偏差。OP240抛光后测得的主轴颈平均直径为直径56.0010－0.0026 mm，而零件经OP245清洗后，终检OP250的Marposs设备若关上温度补偿功能，测得的直径平均为直径 56.0010+0.0072mm；而若打开温度补偿功能，测得的直径平均为直径56.0010－0.0028mm。由此可见，温度补偿功能可以最大限度地减少因温度变化造成的对零件尺寸的影响。
●对产量的影响
因为是单独的工位串联在生产线中，节拍时间较短，所以对产量的输出基本没有影响。
●对设备投资成本的影响
最后一道加工完成后，零件清洗、测量和成品下料机械手系统仍可使用一个控制单元，因此对整线的自动联接系统成本影响极小。
3、在线检测在磨削及抛光工艺中的运用
OP110工序和OP140工序为粗精磨削主轴径和连杆径，其粗精磨加工过程连在一起，通过调整砂轮的进给量的方法来达到粗精磨的要求。Landis磨床随机带有在线的Marposs测量检具（见图3），用于控制磨削加工时零件的直径、圆度和锥度。当完成粗磨后，Marposs测头移动并检测工件直径，如0.20mm≤磨削余量≤0.50mm，则设备继续执行精磨，完成对零件的加工；如磨削余量＜0.20mm或磨削余量＞0.50mm，则机床停止，不再执行剩余的精磨步骤。
图3 Landis磨床随机带有在线的Marposs测量检具
磨削在线检测仪的主要特点：精密控制零件的最终尺寸；作为防错装置；在精磨时测头进给跟踪记录外径尺寸变化。主轴颈多砂轮磨床通常同时使用两套测量仪，分别控制曲轴前后两端的主轴颈。连杆颈磨床测量仪控制每档连杆颈的磨削尺寸。nextpage
OP240工序为曲轴的抛光工位。第一道工序为粗抛，使用粒子较粗的抛光带，由在线测量仪（见图4）控制抛光尺寸。第二道工序为精抛，目的为提高表面光洁度。
图4 抛光在线检测仪
抛光在线检测仪的主要特点：
●在线测量粗抛光的尺寸，根据抛光以后的尺寸变化来测量轴径尺寸，实施即时测量；
●测头及整套测量单元为行业的标准件。
4、部分离线检具的运用
●粗加工外形检测
其工作原理类似于实验室使用的投影仪，主要适用于粗加工后连杆颈和主轴颈外形检测。其特点是测量时间短、效率高，属非接触式测量，可延长设备的使用寿命。被测零件必须经过严格的清洁才可测量，而通常清洗后由于冷却液不干净或有残余液体留在零件上，当用无纺布擦拭曲轴时会有毛绒黏附在零件上造成测量不准，因此建议此时使用工业用麂皮进行曲轴清洁。
●精加工外形检测
双头轴类外形测量仪可允许同时使用不同类型的测头分别测量同心及偏心轴颈。连杆颈的测量必须使用宽型测头，比较昂贵；主轴颈的测量可使用滚轮型测量头，使用寿命较长；双测头同时测量可节省测量时间。对于精加工公差小的零件测量，必须使用此类高精度测量技术。
●表面粗糙度检测仪
整个测量过程实现全自动，无需操作工参与。另外，还具有柔性编程功能，可测量连杆颈、主轴颈和止推面表面粗糙度。
在线检具的维护与保养
在线检测测量结果的准确与否取决于在线检具的日常维护与保养的完善成度。一般在线检测的测头由设备上面的冷却液自动冲洗或者压缩空气冲吹，但是使用时间一久，测头表面和测量检具的Master均有可能存在污染。故在线检具需要定期清洗与保养，做好日常的TPM（全员预防性保养），保证测量过程反馈数据的真实性。
结语
综上所述，在线检测的最大优点是可以实现“零缺陷”的可能，消除无法通过数理统计来解决的质量问题，随之可以带来制造成本的下降，最终达到精益生产的目的。但是检测零件只是事后动作，追求零缺陷应树立“质量是制造出来的”理念，避免陷入“质量是检验出来”的误区。
随着发动机技术含量的不断提高以及企业增效降本理念的深化，必然带动制造技术的提升，在线检测技术必将越来越受到重视。当前，曲轴制造过程中的粗糙度和圆度等关键要点的控制已有了新突破。如在线粗糙度测量防错装置，主要用于磨削中监控漏加工或未达到完整加工的零件；能进行连杆颈圆度自动补偿的在线圆度补偿仪，已由设备供应商研制出来。这些在线检测新检具必定给未来的零缺陷曲轴制造带来进一步的条件保证。
