赛车发动机测量技术精准到几微米

赛车项目对发动机制造商有着特殊的要求，也因此对测量技术提出了更加严苛的要求。这些与发动机相关的部件通过需要经过12道甚至更多的加工工艺的加工，整个过程还具有不断变化的特点，因此大量工作集中到了初始样品的制作和过程的测量中，这无疑为制造商造成了难题。



鉴于这些高要求且复杂的质量要求，Pankl Racing Systems 公司位于奥地利穆尔河畔的布鲁克（Bruck）工厂，使用ZEISS 坐标测量机取代了其原有的手动测量设备，因而节省了高达80%的测量时间。

当Sebastian Vettel 和Fernando Alonso 将他们的一级方程式（F1）赛车驶上赛道时，所有的细节将在决定胜负的赛车过程中发挥关键的作用。“战斗”早在他们坐在方向盘后面之前的很长一段时间就已经争分夺秒地开始了——真正的比赛始于发动机和驱动系统制造商的制造阶段。其中一家制造商就是Pankl Racing Systems 公司。该公司为参加所有国际性的赛车比赛的各个赛车队开发制造发动机和传动部件，其中包括F1、LeMans24小时车队、NASCAR 和MotoGP 车队（摩托车界的最高赛事），同时在布鲁克工厂里加工生产发动机的零部件。

数以克计

“更轻、更可靠、质量更好”，Pankl 发动机系统公司质量保证部的负责人Mario Pichler 先生的说法也正是对这种不断增长的需求现状的良好体现。赛车发动机的部件正在不断挖掘制造商的最大制造潜能——多少转rpm、多大的点火压力、最大扭矩是多少，以及钻孔直径和空程值是多少。一般情况下，这些数据都源于一张技术规格表，在这张表上设计师标注比赛过程中发动机部件所适合的各个参数。



Pankl 的工程师负责设计这些钛连杆或铝活塞部件，不仅要使这些部件尽可能轻，而且还要能够足以承受赛道上的极端作用力。“我们的工程师努力使部件达到最好的效果，重量和持续性之间往往一线之隔，”Pichler 说。

测量，测量，还是测量！

赛车的至高要求不仅针对设计和生产，而且也针对测量技术。首先，精准到几微米的精度要求是推动技术上可行限度必不可少的条件。第二，必须进行大量的测量工作。加工量少到80件甚至30件，而对零部件的要求不断变化是赛车中司空见惯的。因此，在Bruck 生产基地的工程师们常常在一天当中要面对15个新零件的初始样品质检。在进入生产线之前，Pankl 公司要对这些样品进行多次测量。不断进行随机抽检，并在加工过程中进行全部测量。

例如，一个连杆需要10-15个加工工艺，在每一个步骤中都要进行测量。几年以前，在Pankl 公司执行这些过程测量时，还是依靠人工测量设备，例如游标卡尺、快速检测和高度尺，以及千分尺和轮廓测量系统等。“人工检测不仅花费大量的时间，而且测量的精度在很大程度上还取决于操作人员的技术能力和经验，”Pichler 先生回忆说。因为每个人在使用工具时，都有着细微的差异，所以使用手动测量设备得到的结果会因人而异。因此Pankl 公司管理和质量保证部门考虑使用自动测量机，其首要目标就是希望通过检测过程中的测量自动化来提高检测速度并保证高重复精度。

“即插即用”

Pankl 先生决定尝试ZEISS 的DuraMax 三坐标测量机进行测试。
结构紧凑的测量机设计专为取代生产中的手动测量设备。机械振动和18-30℃ 之间温度波动对它都不会造成影响，占地面积仅一平方米。即使精度低到2.4µm，虽不如Pankl 公司测量实验室中使用的ZEISS PRISMO SACC 坐标测量机的精准度，但也大大高于手动测量。DuraMax 同样可以运行ZEISS CALYPSO 测量软件，Bruck 生产基地有八名测量技术员由于具有操作其它ZEISS 设备的经验，因此能够熟练掌握该软件的运行。“DuraMax 对我们来说简单得可以即插即用，”Pichler 说。测量技术员将已有的测量程序传送至该机器，就可以开始测量第一批工件并开始测试操作。当然，让许多生产工人相信自动测量机可以取代他们信赖的手动装置还需要时间。“但是，只使用了两个星期后，他们就一般不开这些自动测量机了。所以我们作出决定——我们要保留它，”Pichler 先生如是说。

测量时间减少了80%



DuraMax 帮助Pankl 公司实现了进行自动化测量的目标：“在过去我们通过手动测量，现在有了DuraMax 就完全进行自动测量了，”Pichler 先生说。这使得Pankl 公司节省下了80%的测量时间，大大减化的测量次数和工具切换。在以前，按照测量计划，一个连杆的轮廓铣必须执行大约80个特性测量。就象Pichler 先生，“在使用DuraMax 之前，我们需要六种不同的量规和一个测高计，还要有五个不同的夹具，才能完成所有的工作。测量过程需要1小时20分钟。现在一名工人将工件夹紧在一台ZEISS DuraMax 测量机上，按下按钮，探针自动测量工件，并能记录所有必要的数值。”——这仅需15分钟。在赛车制造过程中，由于实际的规划有众多的工艺步骤和大量的初始样品检查，这为Pankl 公司节省大量的生产成本。

DuraMax 的引进还为Pank 公司带来另一个好处，那就是在测量实验室和生产中得到的结果都值得信赖。在这之前，Pankl 公司只在测量实验室内对某些重要尺寸在坐标测量机上进行在线测量。其余的都是手工记录，因而受许多因素的影响，如生产工人不同的测量方法等。在极个别的情况下，只能在最后的检查中才能发现与理想尺寸的偏差，而在错误发现之前，已经为后续的生产过程投入了大量的时间和金钱。

今天，DuraMax 在每个项目的早期阶段就可以为产品提供大量的质量安全保证。能够实现这样的生产规划，唯一可能的措施就是坐标测量机的使用，就象量规一样，是最适合应用于生产环境中。

在生产线中直接使用

“这不是地震，而是我们的连杆消磁系统，”当建筑物摇晃了一下时，Pichler 先生对参观人员解释说。
因此一台能够承受机械振动的测量机，可以专门用来取代手动测量设备。“对于在生产车间进行的在线测量来说，这是非常必要的，”Pichler 先生说。在此之前，因为对某些随机抽样测量来说，由于采用人工测量设备不够准确，在测量实验室中对工件的测量需要等待很长的时间才能进行，因而非常耗费时间成本。
现在，几乎不再有在线测量必须在测量实验室中进行这一说。“今天，我们使用DuraMax 测量一切可以测量的东西。因此，在质量保证中大量减轻了我们工作中的繁缛步骤，并已经完全消除了等候时间。”在测量技术员和机器操作员之间，需要一些准备和明确的责任分配。今天，测量技术员准备夹紧工件的夹具，这样机器操作人员才能准确了解他们该如何在坐标测量机对工件进行定位。测量技术员使用离线测量站生成测量程序。在此基础上，生产人员自己就可以执行更多的在线测量，他们只需选择程序，然后按下启动按钮。
使用ZEISS DuraMax 所拥有丰富的愉快经验，促使Pankl 公司购买了另外四台这种紧凑型的测量机，其中两台只用于连杆生产。除了赛车零部件的小批量生产，Pankl 公司最近开始越来越多地生产豪华汽车如Ferrari、Porsche、McLaren 和Mercedes 上大量使用的连杆和其它零部件。

即使其他的车手们用不着迎头赶上Sebastian Vettel和Fernando Alonso，他们也同样对设计、生产和测量技术有相当多的要求。