超聲測厚在機(jī)床上的應(yīng)用研究

王超　鄭小偉　杜剛

【摘??要】近年來受到多機(jī)種混線生產(chǎn)、產(chǎn)量增加帶來的沖擊，西飛公司在大型鋁合金零件的現(xiàn)有自動化加工水平的不足突顯出來。通過本項(xiàng)目研究，解決了大型鋁合金零件加工過程檢測手段落后和檢測過程費(fèi)時易出錯兩大問題，提升了大型鋁合金金屬構(gòu)件整體加工效率和加工可靠性，實(shí)現(xiàn)無人值守穩(wěn)健加工。

【關(guān)鍵詞】自動化;可靠性;加工過程檢測;無人值守

1引言

目前大型鋁合金壁板、鋁合金梁數(shù)控加工存在問題：零件腹板壁厚依賴人工檢測，檢測效率低且測量結(jié)果易出錯，存在測量盲區(qū);自動化加工程度低，加工質(zhì)量和加工效率依賴于操作工技能水平和精神狀態(tài)，產(chǎn)品質(zhì)量存在隱患，加工效率低加工周期不穩(wěn)定。

2實(shí)施過程

針對以上兩方面問題，基于新型柔性加工中心，開展大型零件新技術(shù)探索，預(yù)期實(shí)現(xiàn)無人工干預(yù)、高質(zhì)量和高可靠性的穩(wěn)健加工。主要研究內(nèi)容有：

1）大型零件壁厚自動檢測自動保證技術(shù)研究，為無人值守自動化加工打下基礎(chǔ);

2）開發(fā)參數(shù)化程編技術(shù)，大幅提高工藝準(zhǔn)備、設(shè)備操作效率和質(zhì)量，改變程編人員工藝準(zhǔn)備理念;

2.1設(shè)計了機(jī)床端壁厚自動測量和誤差報警程序

針對傳統(tǒng)手工鋁合金零件腹板壁厚測量方法效率低、測厚偏置值計算易出錯、測量存在盲區(qū)（翻板銑上較高處）等問題。在新SonicEye聲波測厚儀（帶HSK63-80刀柄）基礎(chǔ)上，通過子程序嵌套和參數(shù)化編程，開發(fā)了聲波測厚儀自動標(biāo)定、大型鋁合金零件壁厚自動測量和自動補(bǔ)償程序，當(dāng)出現(xiàn)異常測量及偏置量時，自動報警停止加工，避免造成零件質(zhì)量損失。測量結(jié)果以日志形式輸出，未來根據(jù)設(shè)備壁厚測量日志（測量儀器經(jīng)過標(biāo)定合格），可逐步申請零件腹板厚度免檢，提高交檢速率。

圖1?機(jī)床超聲測厚流程

傳統(tǒng)機(jī)床超聲測厚中，僅能對單一槽腔進(jìn)行測厚（無法同時對多個點(diǎn)位測量），測量后的誤差補(bǔ)償值僅在單一刀具長度磨損量中，在補(bǔ)償量較大時，在零件腹板根部會產(chǎn)生較大殘留或過切，該測量補(bǔ)償方法不可取。

創(chuàng)新設(shè)計了根據(jù)不同材料的多點(diǎn)測量和補(bǔ)償方法，通過測厚儀標(biāo)定保證測量值準(zhǔn)確性，可在機(jī)床不停機(jī)狀態(tài)下完成多槽腔壁厚自動測量和自動補(bǔ)償功能。解決了傳統(tǒng)手工和機(jī)床超聲測厚的弊端，為高可靠性的自動化加工方案提供技術(shù)支持。

2.2設(shè)計了工藝端超聲測厚循環(huán)程序

針對超聲測厚無專用后置處理問題，創(chuàng)新設(shè)計了免后置處理，僅僅需要生產(chǎn)測厚刀路軌跡APT文件，通過小程序處理流程，即可完成工藝端多點(diǎn)測厚程序。減少了后置編譯環(huán)節(jié)，避免了購買高昂的專用后置處理模塊。

圖2?工藝端超聲測厚流程

3實(shí)施效果

3.1大梁類零件壁厚自動測量和自動補(bǔ)償

零件壁厚自動測量和自動補(bǔ)償在試塊上、典型件、大梁類零件上逐步驗(yàn)證，已完全掌握機(jī)床在線測量壁厚（1～10mm）技術(shù)，測量結(jié)果誤差為±0.02mm，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要。目前該技術(shù)已在批產(chǎn)的英宇航中段后梁和072工程外翼中段前梁上充分驗(yàn)證。下一步將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于大型鋁合金壁板、梁、肋類零件中，同時將對機(jī)床測厚設(shè)備通過質(zhì)保體系驗(yàn)證，腹板測量結(jié)果可作為最終產(chǎn)品驗(yàn)收依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品壁厚免測量，提高產(chǎn)品交檢速率。

圖3?大梁類零件超聲測厚

3.2參數(shù)化程編廣泛應(yīng)用

以往銑平面程序、銑孔、攻絲程序靈活性低，當(dāng)現(xiàn)場毛料尺寸發(fā)生變化時不能及時調(diào)整，而通過參數(shù)化編制銑平面、銑孔程序后，進(jìn)行對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行修改（安全面、起始、終止面及切削參數(shù)等），即可滿足加工需求。通過參數(shù)傳遞方式，可實(shí)現(xiàn)靈活的帶參數(shù)傳遞子程序調(diào)用。目前該銑平面、銑孔、攻絲參數(shù)化程序已廣泛應(yīng)用于多項(xiàng)梁和壁板加工程序中，為工藝準(zhǔn)備節(jié)約寶貴時間。

4小結(jié)

大型鋁合金梁類零件加工中壁厚自動測量補(bǔ)償技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)的技術(shù)空白。通過高效高可靠無人干預(yù)加工技術(shù)應(yīng)用，大型鋁合金零件綜合加工效率提升15%以上，通過自動化監(jiān)測手段產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。該項(xiàng)目研究成果可推廣至其它大型長桁、肋、框的制造控制，形成大型鋁合金類型零件的高效高可靠無人干預(yù)加工核心技術(shù)。

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（作者單位：中航飛機(jī)股份有限公司）