無級變速器帶輪軸端面跳動超差問題分析

姚勝良

摘 要：汽車行業是國民經濟重要的支柱產業，在當前汽車行業機遇及挑戰并存的情況下，六西格瑪方法，作為一種突破性的持續改進方法，可以幫助企業增強過程管控能力，持續改進產品質量，提升產品合格率。本文介紹運用DMAIC方法改進公司無級變速器帶輪軸端面跳動超差率的項目案例，實現了端面跳動超差率的降低，降低了質量內部損失成本，為同行業軸類零件的加工質量管理有一定借鑒作用和參考意義。

關鍵詞：DMAIC工具 CVT 帶輪軸端面跳動

1 引言

無級變速器（CVT）結構簡單，動力傳遞平順，工作速比范圍寬，容易與發動機形成理想的匹配，進而降低油耗和排放。同時具有較高的傳送效率，功率損失少，經濟性高。CVT的核心零部件為控制速比的帶輪組，通過推力鋼帶及主從動帶輪組，實現無級變速。核心零件帶輪軸端面的尺寸精度控制水平也直接影響著與其裝配配合的軸承工作工況，若端面跳動超差，軸承與端面裝配精度下降，軸向游隙大小不均，產生應力集中，軸承壽命、旋轉精度降低，同時引起其振動和噪聲。游隙過小的部位，會增加軸承磨擦發熱和磨損，更會導致軸承壽命的降低。本文基于公司CVT帶輪軸端面跳動超差問題，運用DMAIC質量工具分析問題原因并進行改進控制。

2 定義階段

定義階段主要是確認顧客的關鍵需求并識別需要改進的產品或流程，組成項目團隊，制定項目計劃，確定要進行測量、分析、改進及控制的關鍵質量特性（CTQ），將項目完善于合理的區間范圍。

2020年7月本司CVT機加工線主動帶輪軸線一次下線合格率僅97.8%，嚴重低于公司質量目標要求（≥98.5%）。將主軸線加工質量缺陷問題使用柏拉圖展開，E02端面跳動超差問題占比高達50%，嚴重影響產線加工合格率及工廢成本。最終確定，關鍵需求及輸出變量Y為主動帶輪軸線E02端面跳動超差率，據此展開六西格瑪項目進行問題分析。（圖1）

SIPOC表示產品實現過程的主要活動，包括定義的范圍和過程的關鍵因素。通過供應商、輸入、過程、輸出、客戶5個步驟進行分解，得到毛坯、工藝、車床、磨床、最終測量5個區域的可考慮因素，為后續階段提供解決問題的方向。

根據產線缺陷率的縱向對比，確認項目目標為：超差率由50%降至10%，并制定5個階段的相應時間計劃。

3 測量階段

測量階段是定義階段的后續活動，也是連接分析階段的橋梁，是事實和數據的具體表現。通過流程圖梳理，加深對過程的理解，發現其中潛在的問題，對產生問題和缺陷的重點區域進行定位。通過測量評估，驗證測量系統的有效性。

3.1 工藝流程圖（圖２）

經過流程圖的梳理及分析，確定了9個可能影響因素，并結合現有產線控制計劃及實際產品和測量設備進行分析，確定了每個可能影響因素的測量確認方法并逐個展開確認。

3.2 測量系統分析MSA

為保證測量數據的質量，團隊從正常生產過程中隨機選取10個零件，選取3個操作員，每位操作員按隨機順序對全部零件使用最終測量機測量2遍，針對最終測量機進行Xbar/R法 MSA。

利用Minitab軟件對測量系統的重復性和再現性分析，驗證本項目量具的誤差。根據計算結果，測量系統分辨力為16，＞5，具備足夠的分辨力；且R&R%=8.72%≤10%，測量系統能力良好。本項目測量系統分析MSA順利通過。

4 分析階段

分析階段是對CTQ進行預測，分解出影響的要因，增強對過程和問題的理解。通過對自變量與因變量的關系進行統計分析，展示兩個變量的因果關系圖，識別出問題的根本原因。團隊開展頭腦風暴，從5M1E展開初步分析，一共得出8個要因。（圖３）

4.1 原因X1：OP20頂尖磨損

團隊使用輪廓儀，測量了OP20車床頂尖工作面輪廓最大高度差為5um，小于備件使用磨損后的要求（≤10um）。且更換新頂尖加工驗證，跟蹤連續兩個班次E02端面跳動超差率仍高達51%，使用時間序列圖統計超差率無改善。因此X1為非要因。

4.2 原因X2：OP20夾爪跳動超上差

現場使用OP20夾爪夾持標準件并勻速旋轉，使用千分表對夾爪跳動進行了測量，結果最大為15um，在設備要求范圍內（≤30um）。因此X2為非要因。

4.3 原因X3：OP20頂尖同軸度超上差

團隊使用OP20夾爪夾持標準件后使用千分表沿著母線進行測量，兩頂尖同軸度結果最大為6um，在設備要求范圍內（≤15um）。因此X3為非要因。

4.4 原因X4：OP30卡盤跳動超上差

現場將OP30車床卡盤勻速旋轉，使用千分表對卡盤跳動進行了測量，結果最大為17um，超出設備要求范圍（≤8um）。團隊進一步拆裝并調整卡盤跳動至6um，使用Minitab軟件對跳動調整前后加工尺寸的過程能力進行對比：（圖４）

OP30卡盤跳動調整至要求范圍內后，跟蹤機床加工E02端面跳動過程能力CPK由調整前0.49提升至0.9，因此X4為要因。

4.5 原因X5：OP30上料卡爪與卡盤不對中

團隊現場檢查上料卡爪將工件頂升至卡盤高度，工件隨后被尾架頂尖推入OP30漲套內夾緊，卡盤三個定位點與工件錐面理論上應接觸并完全貼合。使用塞尺測量定位點與工件錐面間距最大100um，有肉眼可見縫隙，工件未與定位點完全貼合，說明上料卡爪與卡盤不對中。

經過進一步分析，更換已磨損的卡爪，并調整至與卡盤對中，加工驗證后使用箱線圖進行數據對比：（圖５）

由以上箱線圖分析可知，更換卡爪并調整后E02端面跳動加工趨勢離散程度明顯收斂，且未超公差上限，超差率及趨勢波動明顯變好，因此X5為要因。

4.6 原因X6：OP30漲套磨損

團隊使用輪廓儀，測量了OP30車床漲套工作面輪廓最大高度差7um，小于備件使用磨損后的要求（≤10um）。且更換新漲套加工驗證，跟蹤連續兩個班次E02端面跳動超差率仍高達49%，使用時間序列圖統計超差率無改善。因此X6為非要因。

4.7 原因X7：OP40漲套磨損

團隊使用輪廓儀，測量了OP40磨床漲套工作面輪廓最大高度差8um，小于備件使用磨損后的要求（≤10um）。且更換新漲套加工驗證，跟蹤連續兩個班次E02端面跳動超差率仍高達50%，使用時間序列圖統計超差率無改善。因此X7為非要因。

4.8 原因X8：毛坯尺寸超上差

團隊使用CMM對來料毛坯每批次隨機抽取2件進行測量，結果均符合半成品圖紙要求。且跟蹤連續5天合格毛坯加工超差率無改善，平均超差率49%，因此X8為非要因。

根據以上分析，得到2組要因：原因X4：OP30卡盤跳動超上差及原因X5：OP30上料卡爪與卡盤不對中，下階段針對要因采取對策進行改進。

5 改進階段

進入關鍵的改進階段，針對分析的要因X進行根本原因的整改，形成最佳的解決方案，并驗證有效性。

5.1 要因X4改進

通過千分表打表旋轉測量OP30車床卡盤跳動值，進而拆卸并清潔卡盤、漲套，逐步上緊卡盤緊固頂絲，經過調整可將卡盤跳動值調至8um內。

5.2 要因X5改進

經進一步檢查發現OP30車床上料卡爪磨損，導致上料后卡盤三個定位點與工件錐面未完全貼合。團隊更換磨損的卡爪并調整與卡盤對中，驗證定位點與工件錐面間隙為0um。

經過對要因采取的措施改進，統計月度跟蹤數據，跟蹤2021年2月份和3月份主軸線加工缺陷情況，主軸E02端面跳動超差率降至10%及以內，實現了E02端面跳動超差率由50%降至10%的攻關目標。（圖６）

6 控制階段

控制階段是項目固化改進成果的重要步驟，將成功經驗標準化、制度化、文檔化，建立過程控制系統，從而形成新的工作方式并加以保持。

針對改進階段的2個措施，將有效措施進行標準化控制：

1、將OP30卡盤跳動檢查及調整列入PM計劃，按1次/6月進行檢查調整，確保跳動滿足≤8um的要求；

2、將OP30卡盤三個定位點與工件錐面間隙的測量檢查，以及上料卡爪的磨損情況檢查均列入PM計劃，確保三個定位點與錐面間隙均保持0um。

7 結束語

本文通過無級變速器帶輪軸E02端面跳動超差問題的分析解決，介紹了六西格瑪DMAIC的實施過程，驗證了六西格瑪在產品質量改進上的有效性?；诹鞲瘳數慕y計工具，分析和解決問題更加科學，可形成經驗教訓指導同行業同類型零件的加工質量管理，對項目問題解決、尺寸控制方法同樣具有較好的指導意義。

參考文獻：

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