測量設備在航空航天精密制造中的應用

中國實(shí)現宇航員太空行走，讓世人看到了中國人幾千年來(lái)征服月球的夢(mèng)想即將實(shí)現；大飛機項目的實(shí)施，并將在2016年翱翔藍天，使我們看到了中國屹立世界航空強國的希望將變?yōu)楝F實(shí)。這一切的巨大成就，都將印跡在中國的歷史長(cháng)河中。但是，我國航空航天事業(yè)的騰飛，離不開(kāi)從事航空航天事業(yè)的每一名員工的成長(cháng)和機床工具業(yè)的進(jìn)步，航空航天事業(yè)的發(fā)展也是對我國金屬加工業(yè)發(fā)展的有力見(jiàn)證。

　　航空航天產(chǎn)品質(zhì)量?jì)?yōu)良的保證，必須要有一定的檢測手段和標準，這就涉及到各種測量設備的應用了。眾所周知，三坐標測量機是這個(gè)行業(yè)中的必備工具，那么，除了三坐標測量機外，還有哪些測量設備的應用比較廣泛，工程師對測量設備在航空航天制造中的應用有什么見(jiàn)解？中國金屬加工在線(xiàn)特別邀請了三位工程師與我們分享經(jīng)驗。

　　航空航天制造業(yè)與普通制造業(yè)有著(zhù)巨大的區別，航空航天產(chǎn)品出現質(zhì)量問(wèn)題就會(huì )造成不可估量的后果，因此，測量設備的貢獻是不可磨滅的。那么航空航天企業(yè)中應用到的測量設備有哪些，這些設備有什么特點(diǎn)？

　孟憲明：按航空航天型號產(chǎn)品的結構、用途和特點(diǎn)，除選擇通用的檢測設備外，應用在航空航天機械制造上的測量設備還很多。主要有三類(lèi)：
①三坐標測量?jì)x，是航空航天機械制造常用的測量設備，主要進(jìn)行接觸式測量，可以自動(dòng)執行測量功能，具有高穩定性的測量系統，能夠快速有效地完成通用檢測，有效地提高檢測效率，確保測量精度及穩定性，可替代工具顯微鏡和投影儀，具有系統分析和自動(dòng)檢測等功能。

②數字影像測量?jì)x（視頻測量顯微鏡、CNC視頻測量?jì)x），能高效地檢測各種形狀復雜工件的輪廓和表面形狀及尺寸、角度和位置，特別是精密零部件的微觀(guān)檢測與質(zhì)量控制。

③光學(xué)比較儀，它是一種精度較高的光學(xué)機械式計量?jì)x器，在機械制造和儀器制造中有著(zhù)廣泛的應用，主要用于相對法測量。

　　張勝文：我公司測量設備中所用到的測量設備主要有：①?？怂箍倒镜膒erformance活動(dòng)橋式三坐標測量機，主要用于小型飛機機加結構件的檢測；大型高架橋式三坐標測量機，主要用于飛機大部件、飛機復合材料制件等工件的檢測。②韓國固定橋式DUKIN三坐標測量機，主要用于中小型飛機結構件的檢測。③美國CAUTIONGlobal三坐標測量機，主要用于大中型飛機結構件的檢測。④德國蔡司公司的精密三坐標測量機等計量型，用于高精度制件檢測以及計量校測。⑤接觸式關(guān)節臂測量?jì)x，用于飛機型架、模具測量。⑥激光雷達測量?jì)x，可進(jìn)行正面、背面全局測量。

　汪學(xué)斌：作為航天科研生產(chǎn)單位，我公司具備各種類(lèi)型的加工中心，其中包括高速加工中心、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、四軸聯(lián)動(dòng)加工中心等。同時(shí)，利用航天數控系統、賽維數控系統和FANUC、西門(mén)子經(jīng)濟型數控系統，將多臺普通加工檢測設備進(jìn)行了數控改造。在保證生產(chǎn)設備的同時(shí)，還擁有青島?？怂箍等鴺藴y量機、德國ZollERsmil600精密對刀儀、德國瓦爾特數控刀具刃磨機、英國雷尼激光干涉儀等輔助設備，并通過(guò)DNC網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了與數控設備的互聯(lián)，初步建立了數控設備集群控制平臺框架和管理模式。但是也有一些不足，例如三坐標測量機沒(méi)有配有逆向工程的應用軟件，僅用于精密零件的測量，浪費了設備的原有功能。目前，精密對刀儀設備（設備有聯(lián)網(wǎng)功能）也沒(méi)有聯(lián)入DNC網(wǎng)絡(luò )，刀具系統測量的全部過(guò)程都由人工手動(dòng)來(lái)完成，影響了檢測質(zhì)量和效率；激光干涉儀設備也僅用于數控設備定位精度和重復定位精度的檢測和補償，缺乏對機床在線(xiàn)工作情況下動(dòng)態(tài)特性快速診斷和檢測能力，難以實(shí)現誤差的自動(dòng)補償，難以保證其加工精度，而且目前對于加工系統的在線(xiàn)檢測技術(shù)的應用也是非常有限的。



　　國產(chǎn)產(chǎn)品具有價(jià)格相對便宜，售后服務(wù)較快，配件齊全的優(yōu)勢，但是總體高精度的設備與國外產(chǎn)品還是有差距，有些公司軟件的配置和應用不如國外。國外產(chǎn)品除了價(jià)格較貴，產(chǎn)品換件時(shí)需要國外進(jìn)口的劣勢外，也有一定的優(yōu)勢，比如測量精度高、性能穩定、使用壽命長(cháng)、軟件配置齊全等。

　　我們在測量軟件、逆向工程軟件方面幾乎都是國外產(chǎn)品，希望國內廠(chǎng)商在今后努力減小此方面的差距。


　航空航天產(chǎn)品零部件的結構越來(lái)越復雜，對加工設備和檢測技術(shù)也越來(lái)越高，對這種問(wèn)題，我們應當如何解決？

　　孟憲明：測量設備的性能直接影響型號產(chǎn)品的質(zhì)量，由于構成航空航天型號產(chǎn)品的零部件大多是單件小批量生產(chǎn)，要求測量設備功能性比較強、精度要求高。具體可以從四點(diǎn)考慮：①測量設備應根據被測產(chǎn)品的技術(shù)要求，對測量器具本身的**度進(jìn)行選擇。②根據工件尺寸大小的形狀確定測量設備的規格。③根據工件公差等級選擇測量設備的精度，要求測量設備產(chǎn)生的測量誤差必須小于1/3或1/2零部件的公差。④要求測量設備精度高、靈敏度高、穩定性好并方便可靠。

　　汪學(xué)斌：目前存在以下困難：
　?。?）高速數控刀具動(dòng)平衡檢測儀設備缺乏高速加工是一種與傳統加工有著(zhù)明顯區別的加工方式，其對刀具、刀柄組合后的刀具系統的動(dòng)平衡要求十分嚴格，在20 000～30000r/min的高轉速下，刀具系統微小的不平衡，就會(huì )對加工精度造成很大的影響，甚至對刀具系統和機床主軸造成嚴重損害，*終影響高速加工技術(shù)的應用。因此，開(kāi)展高速加工技術(shù)的工程運用，需要對高速加工刀具系統進(jìn)行嚴格的動(dòng)平衡檢測，才能達到高速加工的目的。因此，需要引進(jìn)高速動(dòng)平衡檢測儀及配套軟件，如德國Haimer。
　?。?）刀具系統檢測手段落后通常生產(chǎn)現場(chǎng)上刀柄由操作人員自己保管，刀具到庫房領(lǐng)用，然后將刀柄、刀具組合，在對刀儀上測量刀具參數，并將刀具參數手工輸入數控機床，這導致加工準備時(shí)間很長(cháng)，制約了加工零件的快速轉換。因此，需要建立數控刀具管理系統，將刀具、刀柄集中管理，集中裝配，刀具參數存入刀具管理服務(wù)器，在加工需要時(shí)，快速、準確地將DNC網(wǎng)絡(luò )上的刀具參數下載到數控系統中，縮短生產(chǎn)準備周期。
　?。?）在線(xiàn)檢測技術(shù)的應用不足在線(xiàn)測量技術(shù)應用于數控系統，其*直接的經(jīng)濟效益就在于既節省了工時(shí)又提高了測量精度。而且由于利用了機床數控系統的功能，又使得數控系統能及時(shí)得到檢測系統所反饋的信息，從而能及時(shí)修正系統誤差和隨機誤差，以改變機床的運動(dòng)參數，更好地保證加工質(zhì)量，促進(jìn)加工測量一體化的發(fā)展。因此，需要引進(jìn)在線(xiàn)檢測系統，同時(shí)對數控機床在線(xiàn)測量升級改造。

　?。?）刀具破損檢測系統的應用不足在產(chǎn)品加工過(guò)程中常常要面對刀具破損問(wèn)題，識別刀具破損的位置和原因是個(gè)難題，而廢品、再加工、機床停機和延誤這些因素又進(jìn)一步降低了生產(chǎn)效率，提高了成本。目前所配的RenishawMP12、OMP60等測頭不具有此功能。因此，在重要設備上需要采用更**的TRS檢測系統，這種新型刀具檢測識別系統能夠區分刀具、冷卻劑及切屑，在實(shí)際加工條件下系統將激光光束發(fā)射到刀具上，并監控反射回來(lái)的散射光，以確定刀具是否破損。需要引進(jìn)TRS檢測系統，實(shí)現數控機床用測頭系統的升級。
　?。?）CAD/CAM/CAE軟件診斷檢測功能不足隨著(zhù)計算機輔助技術(shù)的不斷發(fā)展，3C軟件的智能化、專(zhuān)業(yè)化不斷發(fā)展。目前所使用的PowerMill多軸編程軟件仿真模擬功能欠缺，尤其在五軸聯(lián)動(dòng)加工過(guò)程中，其刀具系統的碰撞問(wèn)題難以檢測，同時(shí)刀具的運動(dòng)軌跡難以實(shí)現優(yōu)化，都制約了3C技術(shù)在實(shí)踐加工中的應用。因此需要引進(jìn)專(zhuān)業(yè)的多軸模擬仿真軟件，如Vericut等。

　?。?）激光干涉儀亟待升級改造通常數控機床非正常的工作將造成重大損失，必須對數控機床的故障和動(dòng)態(tài)特性快速診斷和檢測，實(shí)現誤差的自動(dòng)補償，保證數控機床的精度保持性和穩定性。因此需要對現有的激光干涉儀進(jìn)行升級改造，增加必要的附件和軟件工具，以建立統一的數控機床及在線(xiàn)檢測設備精度等級、設備狀態(tài)管理、定期校準的數據庫，為提高數控機床的利用率奠定基礎。



　　如今服務(wù)質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量的高低是企業(yè)生存的根本，那么對測量企業(yè)的服務(wù)有哪些看法？

　　孟憲明：上等的機械制造產(chǎn)品離不開(kāi)測量技術(shù)，而測量技術(shù)需要高質(zhì)量的檢測設備。作為用戶(hù)而言，只要有好的信譽(yù)度和服務(wù)質(zhì)量，能滿(mǎn)足航空航天企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求，其檢測設備的性能、指標符合型號產(chǎn)品檢測技術(shù)要求，無(wú)論是國內的還是國外的設備都可選用。供應商除做到常規服務(wù)外，其宗旨是對檢測人員進(jìn)行設備操作和使用的培訓，對檢測設備提供終身維修服務(wù)。利用先進(jìn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)平臺，對設備進(jìn)行跟蹤服務(wù)、對話(huà)咨詢(xún)服務(wù)。積極對用戶(hù)所提的問(wèn)題進(jìn)行回復，及時(shí)進(jìn)行軟件的技術(shù)更新?lián)Q代和系統升級服務(wù)，供應商要生存和發(fā)展，首先要以產(chǎn)品質(zhì)量或工作的質(zhì)量取勝。

　　張勝文：在服務(wù)商的售后服務(wù)方面，國外產(chǎn)品有技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)勢，國外服務(wù)商更應加強本土化服務(wù)方式，增加國內各城市的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的建設，新的測量技術(shù)的推廣培訓工作。國內服務(wù)商應在產(chǎn)品引進(jìn)消化理解的基礎上多做技術(shù)改進(jìn)和技術(shù)**，同時(shí)更好地提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平，在測量技術(shù)、逆向建模、甚至數控加工等方面提供全方面的技術(shù)和售后服務(wù)。