單曲度化銑蒙皮數(shù)字化精確制造技術(shù)

王惜晨 鐘李欣 張釗

摘 ?要：目前，在飛機(jī)單曲度化銑蒙皮制造過(guò)程中，還未完全做到數(shù)字量傳遞，多是采用數(shù)字量加模擬量的協(xié)調(diào)方法生產(chǎn)零件。本文主要論述了如何通過(guò)全數(shù)字量協(xié)調(diào)、制造達(dá)到單曲度化銑蒙皮精確制造的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)鈑金行業(yè)數(shù)字化制造能力的提升。以某新機(jī)型研制為契機(jī)，本文闡述了技術(shù)人員應(yīng)用全數(shù)字量協(xié)調(diào)法，采用先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)單曲度化銑蒙皮精確制造的方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字量協(xié)調(diào);數(shù)字化制造;銑切

中圖分類(lèi)號(hào)：TG54 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）12-0168-02

Abstract：At present，in the manufacturing process of aircraft single curvature milling skin，digital quantity transfer has not been achieved completely，and most parts are produced by the coordinated method of digital quantity plus analog quantity. This paper mainly discusses how to achieve the goal of precise manufacturing of single curvature milling skin through full digital coordination and manufacturing，and how to improve the digital manufacturing capability of aircraft sheet metal industry. Taking the development of a new type of machine as an opportunity，this paper expounds the method that technicians use full digital coordination method and advanced digital equipment to realize the precise manufacturing of single curvature milling skin.

Keywords：digital quantity coordination;digital manufacturing;milling

0 ?引 ?言

當(dāng)前數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用已經(jīng)廣泛涉及各行各業(yè)，同樣也給航空制造技術(shù)帶來(lái)深刻的變革，引領(lǐng)航空制造技術(shù)飛速發(fā)展。但受諸多因素影響，一方面，鈑金件制造的數(shù)字化發(fā)展相對(duì)滯后，傳統(tǒng)的“機(jī)械作業(yè)+手工敲打”模式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代飛機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)外形的高要求，要實(shí)現(xiàn)飛機(jī)制造技術(shù)的整體發(fā)展，鈑金件制造技術(shù)必須有所突破;另一方面，隨著航空企業(yè)的不斷發(fā)展，鈑金行業(yè)擁有先進(jìn)數(shù)字化制造設(shè)備，像五坐標(biāo)數(shù)控鈑金輪廓銑銑切、數(shù)控龍門(mén)激光刻型機(jī)及其柔性托架設(shè)備的引用、應(yīng)用也大大提升了鈑金蒙皮零件數(shù)字化制造能力。以蒙皮類(lèi)零件作為數(shù)字化鈑金件制造發(fā)展的突破口，結(jié)合新機(jī)研制契機(jī)，在單曲度化銑蒙皮制造過(guò)程中，通過(guò)全數(shù)字量協(xié)調(diào)、制造淘汰了數(shù)字量加模擬量協(xié)調(diào)、制造，實(shí)現(xiàn)單曲度化銑蒙皮精確制造技術(shù)，滿足型號(hào)發(fā)展需求。

1 ?現(xiàn)狀概述

某型機(jī)部件裝配采用蒙皮凈邊無(wú)余量裝配方式，零件裝配定位孔孔位公差為0.2mm。嚴(yán)格的裝配需求，給化銑蒙皮零件的制造提出了更高的要求。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于各環(huán)節(jié)的公差積累以及零件回彈問(wèn)題，給單曲度化銑蒙皮的精確制造提出難題。

在現(xiàn)有的數(shù)字化產(chǎn)品定義條件下，單曲度化銑蒙皮目前采用的加工方法為：下料滾彎成形→按化銑樣板制兩定位孔→激光刻型→激光跟蹤儀檢測(cè)→化銑→化銑區(qū)檢測(cè)→輪廓銑銑切→用明膠圖或樣板檢查輪廓。

這樣的單曲度化銑蒙皮制造過(guò)程，并未完全做到數(shù)字量傳遞，而是采用數(shù)字量加模擬量的協(xié)調(diào)方法來(lái)制造零件，零件制造過(guò)程必須使用展開(kāi)樣板、切鉆樣板、化銑樣板、切面樣板等工藝裝備來(lái)制造、協(xié)調(diào)或驗(yàn)收，即通過(guò)展開(kāi)樣板和切面樣板的共同協(xié)調(diào)使用，保證零件的外形準(zhǔn)確性;使用零件外形和切鉆樣板協(xié)調(diào)取制零件定位孔，作為協(xié)調(diào)化銑樣板的依據(jù)，并在激光刻線中作為外形定位的依據(jù)，成為協(xié)調(diào)化學(xué)銑切的基準(zhǔn)孔。而在零件交檢時(shí)因缺乏數(shù)控測(cè)量技術(shù)，將切鉆樣板、明膠板作為最終零件交檢依據(jù)?；姌影搴颓秀@樣板屬于工作樣板，是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)樣板手工研合的，在傳統(tǒng)的模擬量協(xié)調(diào)法中是傳遞零件化銑刻線以及切割零件輪廓、制孔用的。在數(shù)字化制造過(guò)程中，先進(jìn)的激光刻型技術(shù)已經(jīng)淘汰了傳統(tǒng)的手工刻線，化銑過(guò)程中不再需要化銑樣板，同時(shí)五坐標(biāo)數(shù)控輪廓銑也取代了手工切割，只要采用數(shù)字量傳遞法，CAD/CAM工作法協(xié)調(diào)即可達(dá)到單曲度化銑蒙皮精確制造的目的。

2 ?技術(shù)方案

2.1 ?研究對(duì)象

對(duì)傳統(tǒng)的采用數(shù)字量加模擬量協(xié)調(diào)制造的單曲度化銑蒙皮零件，以及采用化銑樣板/明膠板作為交檢依據(jù)的單曲度化銑蒙皮零件，采用CAD/CAM工作法協(xié)調(diào)，通過(guò)零件的CAE仿真、數(shù)字化成形、數(shù)控輪廓銑切、數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)，去除其中的協(xié)調(diào)檢測(cè)實(shí)物樣板，全面實(shí)現(xiàn)單曲度化銑蒙皮零件的全數(shù)字化加工。

中機(jī)身單曲度化銑蒙皮精確制造過(guò)程中存在以下問(wèn)題：如何數(shù)字化協(xié)調(diào)蒙皮定位基準(zhǔn)及孔的取制;蒙皮成形回彈對(duì)精確制造的影響;激光刻型、輪廓銑加工完后，在柔性托架上的數(shù)字化檢測(cè)方法。

2.2 ?全數(shù)字化協(xié)調(diào)法

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化產(chǎn)品定義的單曲度化銑蒙皮精確制造技術(shù)，以及減少化銑樣板的應(yīng)用，降低零件的制造成本，提供一種全數(shù)字量協(xié)調(diào)的適用于單曲度化銑蒙皮精確制造的方法，其特征在于采用數(shù)字量傳遞法，CAD/CAM工作法協(xié)調(diào)零件，取消化銑樣板、切鉆樣板帶來(lái)的制造和使用誤差。

2.3 ?滾彎成形回彈

滾彎成形應(yīng)用于機(jī)身、機(jī)翼蒙皮、副油箱外蒙皮等單曲度零件，是航空制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種板材成形方法，通過(guò)設(shè)置三軸滾床滾軸的中心距，調(diào)整板材彎曲角度，使板材發(fā)生塑性變形，最終達(dá)到預(yù)期理論型面的過(guò)程。

2.4 ?數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)

航空領(lǐng)域常用的現(xiàn)有數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備有關(guān)節(jié)臂、激光跟蹤儀、激光雷達(dá)、照相測(cè)量系統(tǒng)、三維掃描儀等等。

關(guān)節(jié)臂FARO Q08，關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)由多個(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)成，安裝有測(cè)量探頭的測(cè)量臂為測(cè)量端，可由人牽引在物體表面滑動(dòng)掃描。有效測(cè)量半徑為2.4m，取點(diǎn)測(cè)頭最小為3mm。具有操作方便，靈活性強(qiáng)，測(cè)量精度高，成本低等特點(diǎn)。目前主要應(yīng)用于檢測(cè)小零件的孔距、倒角等。對(duì)于大尺寸的蒙皮類(lèi)零件，存在以下問(wèn)題：因測(cè)量范圍局限，需多次轉(zhuǎn)站才能完成蒙皮零件信息獲取，轉(zhuǎn)站次數(shù)多勢(shì)必導(dǎo)致測(cè)量精度降低;再有就是球形測(cè)頭很難識(shí)別化銑刻線。

激光跟蹤儀是空間大尺寸三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，具有高精度、高效率。也是目前唯一在化銑蒙皮零件上開(kāi)展應(yīng)用的測(cè)量設(shè)備。主要應(yīng)用激光跟蹤儀對(duì)單曲度蒙皮零件激光刻型準(zhǔn)確度進(jìn)行檢測(cè)，技術(shù)較成熟，以應(yīng)用在各機(jī)型化銑蒙皮激光刻型檢測(cè)中。

三維數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)是建立在數(shù)字成像、圖像處理和精密測(cè)量原理基礎(chǔ)上的新型精密測(cè)量技術(shù)。它是一種高精度、非接觸式測(cè)量的數(shù)字化測(cè)量手段，其具有測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)工作量小、快速、高效和不易受溫度變化、振動(dòng)等外界因素的干擾等優(yōu)點(diǎn)。

手持式激光掃描儀通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，大面積高分辨率的快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。并且可以快速、大量的采集空間點(diǎn)位信息，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。

3 ?實(shí)施應(yīng)用

以某型機(jī)中機(jī)身側(cè)上左蒙皮為例，它是一種單曲度化銑蒙皮，材料為2524-T3-δ0.10。傳統(tǒng)數(shù)字量加模擬量協(xié)調(diào)時(shí)，以零件定位基準(zhǔn)孔、化銑區(qū)以及邊緣線、窗框開(kāi)口制造、檢驗(yàn)依據(jù)為樣板，公差積累大，難以滿足部件無(wú)余量裝配及定位孔0.2mm位置度需求。而采用單曲度化銑蒙皮精確制造協(xié)調(diào)方法，是基于數(shù)字化產(chǎn)品定義的CAD/CAM工作法，能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字量傳遞，提高零件制造精確度，滿足裝配需求。

3.1 ?工藝數(shù)模建立

在產(chǎn)品數(shù)?；A(chǔ)上取制零件定位基準(zhǔn)孔，為了更好地定位及防差錯(cuò)，一般在零件外毛料上取制3個(gè)定位基準(zhǔn)孔（A、B、C）。A、B孔為主定位孔，取在零件長(zhǎng)度方向兩端外延等寬線中點(diǎn)，定位孔中心距零件邊緣至少40mm;C孔為從定位孔取在A或B孔同側(cè)，間距100mm以上;3孔均為點(diǎn)的法向孔，直徑為Φ8。

3.2 ?蒙皮毛坯展開(kāi)計(jì)算

按工藝數(shù)模中性層半徑計(jì)算展開(kāi)長(zhǎng)度。提取中性層曲面，利用CATIA V5曲面展開(kāi)模塊展開(kāi)，;展開(kāi)毛坯周邊增加30mm化銑余量;長(zhǎng)度方向兩端沿化銑余量再增加70mm余量，用于取制定位孔。數(shù)控銑切加工零件毛坯，同時(shí)取制出零件上3個(gè)定位基準(zhǔn)孔（A、B、C），毛坯上窗框內(nèi)孔不開(kāi)通。

3.4 ?化學(xué)銑切

使用工藝數(shù)模構(gòu)建激光刻型模型、編制數(shù)控程序;柔性立柱位姿調(diào)整至最佳理論外形，以A、B、C基準(zhǔn)孔定位，蒙皮理論外形貼合、吸附在柔性立柱上保型，進(jìn)行零件所有化銑區(qū)域的精確刻型。在蒙皮內(nèi)表面取化銑區(qū)域特征點(diǎn)，應(yīng)用激光跟蹤儀對(duì)蒙皮刻線特征點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，其X、Y方向公差滿足±0.5mm（包含設(shè)備誤差、測(cè)量誤差）。完成零件化學(xué)銑切，使用測(cè)量工具（卡尺、鋼板尺）檢查化銑筋條寬度，公差滿足±0.75mm。

3.5 ?數(shù)控銑切

使用工藝數(shù)模編制數(shù)控銑切模型及程序，柔性立柱位姿調(diào)整至最佳理論外形，以A、B、C基準(zhǔn)孔定位，蒙皮理論外形貼合、吸附在柔性立柱上保型，通過(guò)數(shù)控銑切粗加工和精加工分步實(shí)現(xiàn)零件輪廓銑切、定位孔取制，加工完成。零件依托于柔性立柱保型，使用激光跟蹤儀等數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備，匹配坐標(biāo)系對(duì)零件進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量，其型面及輪廓線公差滿足±0.5mm以內(nèi)。

4 ?結(jié) ?論

通過(guò)數(shù)字化協(xié)調(diào)、制造實(shí)現(xiàn)單曲度化銑蒙皮精確制造技術(shù)，推進(jìn)鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)發(fā)展能力。但在蒙皮件數(shù)字化發(fā)展過(guò)程中，數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)仍是瓶頸。檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)降噪處理、輪廓點(diǎn)的數(shù)量及密度、柔性立柱位姿分布對(duì)保型的影響等都是需要進(jìn)一步細(xì)化研究的內(nèi)容。隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展，新型號(hào)產(chǎn)品中的鈑金件復(fù)雜性不斷增加，新材料不斷應(yīng)用，新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，同時(shí)對(duì)制造周期和質(zhì)量要求不斷提高，鈑金件制造面臨著層出不窮的新挑戰(zhàn)、新突破，以數(shù)字化為核心不斷發(fā)展鈑金件制造技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王惜晨（1983-），女，漢族，陜西西安人，主管工藝，工程師，本科，研究方向：鈑金成形。