胡年孫，江德鳳，蔣偉，鄭少華，廖利波

1. 中電科技集團重慶聲光電有限公司 重慶 400060

2. 重慶市立信職業(yè)教育中心 重慶 400036

1 序言

5M1E的理論基礎(chǔ)來源于“全方位的質(zhì)量控制”，是零部件研制生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的重要方法。5M1E引發(fā)零部件研制生產(chǎn)過程現(xiàn)場質(zhì)量問題的6個因素如下[1]。

人員（Man)：操作人員的專業(yè)知識、技能水平、質(zhì)量意識與態(tài)度等。

設(shè)備（Machine)：數(shù)控機床、配套工裝及根據(jù)零件特點合理選用等。

物料（Material)：毛坯的表面質(zhì)量、尺寸、力學(xué)性能和理化性質(zhì)等。

方法（Method)：加工工藝路線、方法的合理性、經(jīng)濟性和匹配性等。

測量（Measure)：測試方法、試驗手段、儀器設(shè)備的服役狀態(tài)和精度等。

環(huán)境（Environment)：機械加工現(xiàn)場的溫度、濕度、地面振動和機床切削液等。

2 5M1E控制現(xiàn)場質(zhì)量的方法

2.1 人員

在電子機械產(chǎn)品制造過程中，涉及的人員包括設(shè)計人員、工藝人員、加工人員、裝配人員及檢驗人員等[2]?？紤]到研制生產(chǎn)現(xiàn)場的影響因素，主要對工藝人員、加工人員和裝配人員提出控制措施。需不斷加強工藝人員的專業(yè)技術(shù)及經(jīng)驗，提升加工人員和裝配人員的操作技能、對圖樣等現(xiàn)場文件的認(rèn)識及零件加工工藝的認(rèn)知等。

2.2 設(shè)備

作為現(xiàn)場生產(chǎn)過程中用于零部件成形的機器設(shè)備，其影響因素包括：加工時使用的工具、機床等各種設(shè)備[3]。設(shè)備的服役狀態(tài)、性能衰退都會直接影響到它所加工的零部件，在某種程度上最終映射在制造的機械零部件產(chǎn)品中，故對設(shè)備的控制是十分必要的。

例如，每天上班后在正式加工前數(shù)控設(shè)備需提前熱機15min，待機床主軸、絲杠等關(guān)鍵傳動部件調(diào)整合適再開始加工零件，這樣才能保證首件和后續(xù)零件的精度一致。

2.3 物料

加工過程物料指的是毛坯、半成品零件等。選用不同的物料、材料在不同情況下的變化均會導(dǎo)致機械產(chǎn)品的不一致性的產(chǎn)生?？梢姡刂飘a(chǎn)品質(zhì)量也要控制制造過程的原材料因素。

例如，蓋板類零件多次出現(xiàn)表面處理后有表面劃痕、明顯凹坑的現(xiàn)象，尤其是大尺寸蓋板在黃色導(dǎo)電氧化后外觀有缺陷，在視覺上有放大效應(yīng)，導(dǎo)致黃色導(dǎo)電氧化類大蓋板長期良品率較低。即使對線切割、加工中心及鉗工等工序進行多次質(zhì)量改進，表面質(zhì)量也提升不大。經(jīng)后續(xù)再次排查發(fā)現(xiàn)，由于蓋板的毛坯料為超大尺寸薄板，不易搬運，且又是硬度較低的鋁材，所以在運輸或保存過程中容易被異物侵入表面，出現(xiàn)凹坑、劃痕等。由于蓋板上下表面屬于非加工表面，物料本身的缺陷會不可避免地反映在零件表面，因此后續(xù)規(guī)定購置的薄板類毛坯料需在出廠前上下表面貼保護膜，直到線切割工序才能撕下保護膜，從而使該問題得到了有效解決。

2.4 方法

研制生產(chǎn)現(xiàn)場零件制造過程的方法是根據(jù)產(chǎn)品使用要求、零件結(jié)構(gòu)特點、操作人員技能水平、零件要求以及現(xiàn)場設(shè)備而定。它的選擇并無唯一標(biāo)準(zhǔn)，可以有達到要求的不同方法，但要在眾多方法中選擇最有效、最經(jīng)濟的方法也并非易事。對導(dǎo)致制造過程質(zhì)量異常的因素進行控制是一項長期的探索工作。

例如，切削液是加工中心必備的，但是其配備方法長期不受重視。切削液主要作用為冷卻和潤滑，但是冷卻和潤滑是存在矛盾的，切削液中含油量高則潤滑效果好，但是因流動性較低而導(dǎo)致冷卻效果較差，在對冷卻速度要求較高的深孔鉆過程中容易折斷鉆頭；切削液中含油量低則冷卻效果好，但是潤滑效果較差，攻螺紋時尤其是擠壓攻螺紋時絲錐容易折斷。由于加工中心需同時具備銑、鉆、鏜、鉸及攻螺紋等功能，故對切削液要求也較高，需要同時滿足上述功能。經(jīng)過多年加工經(jīng)驗，摸索出不同刀具的加工方式對切削液的冷卻和潤滑兩大功能的要求情況（見表1）。

表1 不同加工方式對切削液的要求

加工中心一般是把桶裝的水溶性切削油和現(xiàn)場的自來水混合后形成乳化性切削液，使用一段時間后濃度會變低，有的操作人員直接將水溶性切削油傾倒在機床工作臺上，再開機讓切削液循環(huán)。該方式容易因切削液乳化不夠而降低使用壽命，正確的方式為：若切削液濃度低于6%，應(yīng)添加水溶性切削油。具體方法如下：取一個較大的潔凈容器置于機床工作臺上，注入一定量的自來水后，再一邊灌注自來水，一邊向容器內(nèi)緩慢倒入水溶性切削油（切記：順序是向水里倒水溶性切削油），利用自來水沖力混配形成均勻的乳白色懸浮液，加入的速度以混合液中不出現(xiàn)水溶性切削油為準(zhǔn)，之后起動機床，讓切削液循環(huán)流動10min后才能正式加工零件[4]。

2.5 測量

測量過程貫穿于研制生產(chǎn)現(xiàn)場的各個工序中，它是上一道工序加工、裝配、處理完成后對下一道工序的保證，是工序之間的過渡過程。雖然測量并非影響制造過程參數(shù)變異的主導(dǎo)因素，但對它的控制也是必須執(zhí)行的。只有良好的測量方法、測量結(jié)果才能保證機械產(chǎn)品最終的可靠性與質(zhì)量。

例如，螺紋孔經(jīng)過通止規(guī)檢驗及螺釘安裝各項試驗均合格，但在后續(xù)產(chǎn)品調(diào)試過程中容易出現(xiàn)螺紋滑絲問題。經(jīng)多方查找資料，判定是牙型高度不夠所致，后續(xù)針對螺紋底孔增加了光滑極限量規(guī)的檢驗要求，從而解決了該問題[5]。

測量不僅僅針對檢驗人員，操作人員也要對設(shè)備、刀具、切削液等進行維護和檢查，以確保工藝狀態(tài)穩(wěn)定。在有中央空調(diào)的生產(chǎn)車間，需要每7天使用折光儀對切削液進行檢測和監(jiān)控（見圖1），而在沒有中央空調(diào)的生產(chǎn)車間，則至少需每4天對切削液進行檢查；在南方高溫季節(jié)，切削液容易變質(zhì)加速，則需操作人員每2天對切削液進行檢查。

圖1 折光儀檢測切削液濃度

2.6 環(huán)境

制造過程所處的環(huán)境受到不同程度的污染破壞顯然會成為參數(shù)變異的隱患之一，所以對環(huán)境因素進行控制也是必要的。有些環(huán)境因素較大程度上取決于研制生產(chǎn)現(xiàn)場的大環(huán)境，需對這些易變因素加以控制。

例如，螺紋底孔在檢驗過程中出現(xiàn)同一臺設(shè)備幾天前加工的螺紋底孔在合格范圍內(nèi)，幾天后卻出現(xiàn)超差的問題，經(jīng)工藝人員在現(xiàn)場觀察一個多月，發(fā)現(xiàn)問題出在切削液上。為了滿足加工中心冷卻、潤滑、防銹和沖洗等多項要求，摒棄了純油切削液，選用綜合性能較好的乳化液，而乳化液一個明顯的缺點就是在室溫下各種微生物綜合作用容易發(fā)酵，嚴(yán)重情況下甚至?xí)l(fā)生破乳反應(yīng)，從而影響潤滑效果，導(dǎo)致擠壓出的螺紋孔底孔偏大。為了解決該問題，需盡快清理從機床內(nèi)排出的微生物含量較高的粗加工毛坯切屑，并使用折光儀定期監(jiān)控切削液濃度，普通加工時切削液濃度需控制在6%左右，航天產(chǎn)品或單個零件螺紋孔數(shù)在100個以上的零件，切削液濃度需控制在8%左右。通過采取以上措施，螺紋孔底孔偏大的問題得到有效解決。

加工現(xiàn)場的質(zhì)量問題有時候需要解決5M1E中的一個影響因素，如蓋板毛坯料貼保護膜控制表面質(zhì)量，但更多的時候需多個因素共同發(fā)揮作用才能解決，例如，為了獲得較好的螺紋孔，需要操作人員仔細操作、機床刀庫上的刀具無破損、選用合理的鉆孔啄鉆Q值和擠壓速度等，另外，機床內(nèi)環(huán)境好，溫度、濕度合適及微生物含量少才能將切削液濃度長期控制在合理范圍內(nèi)，還需要檢驗人員積極準(zhǔn)確檢驗等[5]。

3 5M1E在加工現(xiàn)場的應(yīng)用實例

在圓周上進行孔加工一直是加工行業(yè)的一個難點，普遍存在效率低、尺寸精度難以控制和批次性不一致等問題，僅有圓周孔均布的簡單類型較易得到解決，非均布類型一直是困擾車間的一大難題。圖2所示零件共有18個M2沉頭螺釘安裝孔，其中有6個孔是依豎直線或者水平線分布，剩下12個孔分4排，分布在與豎直線呈41°夾角和與水平線呈38°夾角的圓周上。

圖2 圓周零件示意

該零件利用空心圓管作為毛坯開始加工。加工工序為：線切割切出長度50mm→加工中心點鉆第1排2處沉孔位→加工中心點鉆第2排2處沉孔位→加工中心點鉆第3排2處沉孔位→加工中心點鉆第1排3處沉孔位→加工中心點鉆第2排3處沉孔位→加工中心點鉆第3排3處沉孔位→加工中心點鉆第4排3處沉孔位→線切割切出缺口至尺寸70mm。關(guān)鍵工序質(zhì)量點為加工中心點鉆沉孔位，需操作人員手工轉(zhuǎn)動點孔夾具，使待加工角度與主軸垂直，并調(diào)用對應(yīng)程序才能加工正確，因圓周孔位非均布，加工中心利用夾具按照程序分3次依次翻面加工2處孔（見圖3）；再分4次調(diào)用程序依次翻面加工41°夾角和38°夾角的一排3處孔位（見圖4）。加工該零件需操作人員分7次裝夾，調(diào)用2種加工程序，加工時間一般需40min，主要消耗在裝夾上，每個零件需完成21次正確的夾具轉(zhuǎn)動與程序匹配，否則容易發(fā)生孔位偏、漏加工或者與殼體裝配后尺寸超差的問題。另外由于角度區(qū)別較小，不容易發(fā)現(xiàn)該錯誤，所以加工現(xiàn)場的合格率經(jīng)常不到80%，每次批量加工該圓周零件對現(xiàn)場操作人員和檢驗人員都是一次巨大的考驗。

圖3 依次翻面加工2處孔

圖4 依次翻面加工3處孔

由于該產(chǎn)品需求出現(xiàn)大幅增加，原有加工方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的加工質(zhì)量及進度要求。該零件為類圓形零件，優(yōu)先考慮使用車削中心加工，工藝人員和車工操作人員共同討論解決方案。由于普通車削中心只能加工直徑及端面結(jié)構(gòu)要素，所以需配備側(cè)面加工動力頭的車削中心才能完成這類加工，而側(cè)加工動力頭價格不菲，整個現(xiàn)場僅有2個。沉頭螺釘安裝孔加工工藝一般為：先利用中心鉆點出孔位，再用鉆頭將孔鉆穿，最后用沉孔鉆頭將孔沉到位，需3把刀具依次加工，加工中心刀庫容量一般都多于20把刀，所以完全能滿足3把刀的需求，但是車削中心側(cè)加工動力頭精度較高的僅有1個，為了解決該問題，提出了定制特種的階梯鉆（見圖5）一次性完成點孔、鉆孔及沉孔的加工方案，只需1把刀就能完成加工。經(jīng)過多次調(diào)整刀具及鉆孔參數(shù)，并現(xiàn)場試驗，得到了能滿足加工要求的尺寸參數(shù)。

圖5 定制的特種階梯鉆

為了解決因空心圓管切破后會與殼體存在較大間隙而導(dǎo)致裝配后縫隙不勻、尺寸超差及部分孔難以安裝螺釘?shù)膯栴}，工藝人員利用誤差均分原理，將間隙誤差均勻分至各排孔上，并改變孔加工順序，編程時使車床主軸順時針及逆時針方向交替旋轉(zhuǎn)加工，將角度誤差分解在各排孔中，從而避免了從單個方向加工造成的誤差累積。改進前、后的車削中心孔加工順序如圖6、圖7所示。

圖6 改進前的車削中心孔加工順序

圖7 改進后的車削中心孔加工順序

使用帶動力頭的車削中心加工圓周孔零件后，從原理上避免了孔位漏加工的問題。

成品率從原來的不到80%上升到99.5%以上，加工用時從原來的超過40min降低至5min以內(nèi)，效率提升了8倍以上，極大地減輕了現(xiàn)場操作人員和檢驗人員的生產(chǎn)壓力。

4 結(jié)束語

零部件機械加工現(xiàn)場的質(zhì)量問題比較復(fù)雜，影響因素較多，運用5M1E分析法有時只需解決其中的一個問題，但更多時候需多個因素共同考慮，綜合運用各種方式才能解決質(zhì)量問題。

加工現(xiàn)場遇到質(zhì)量難題時，更需要調(diào)動現(xiàn)場人員的積極性，利用現(xiàn)場的機器設(shè)備，維護現(xiàn)有的加工環(huán)境，尋找更優(yōu)的工藝路線方法，利用先進的檢測手段，從而使生產(chǎn)制造現(xiàn)場的質(zhì)量問題得到有效控制。