測量設備在航空航天精密制造中的應用

中國實現(xiàn)宇航員太空行走，讓世人看到了中國人幾千年來征服月球的夢想即將實現(xiàn)；大飛機項目的實施，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(xiàn)實。這一切的巨大成就，都將印跡在中國的歷史長河中。但是，我國航空航天事業(yè)的騰飛，離不開從事航空航天事業(yè)的每一名員工的成長和機床工具業(yè)的進步，航空航天事業(yè)的發(fā)展也是對我國金屬加工業(yè)發(fā)展的有力見證。

　　航空航天產(chǎn)品質(zhì)量優(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解？中國金屬加工在線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)有著巨大的區(qū)別，航空航天產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題就會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？

　孟憲明：按航空航天型號產(chǎn)品的結構、用途和特點，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：
①三坐標測量儀，是航空航天機械制造常用的測量設備，主要進行接觸式測量，可以自動執(zhí)行測量功能，具有高穩(wěn)定性的測量系統(tǒng)，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(wěn)定性，可替代工具顯微鏡和投影儀，具有系統(tǒng)分析和自動檢測等功能。

②數(shù)字影像測量儀（視頻測量顯微鏡、CNC視頻測量儀），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檢測與質(zhì)量控制。

③光學比較儀，它是一種精度較高的光學機械式計量儀器，在機械制造和儀器制造中有著廣泛的應用，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接觸式關節(jié)臂測量儀，用于飛機型架、模具測量。⑥激光雷達測量儀，可進行正面、背面全局測量。

　汪學斌：作為航天科研生產(chǎn)單位，我公司具備各種類型的加工中心，其中包括高速加工中心、五軸聯(lián)動加工中心、四軸聯(lián)動加工中心等。同時，利用航天數(shù)控系統(tǒng)、賽維數(shù)控系統(tǒng)和FANUC、西門子經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，將多臺普通加工檢測設備進行了數(shù)控改造。在保證生產(chǎn)設備的同時，還擁有青島海克斯康三坐標測量機、德國ZollERsmil600精密對刀儀、德國瓦爾特數(shù)控刀具刃磨機、英國雷尼激光干涉儀等輔助設備，并通過DNC網(wǎng)絡實現(xiàn)了與數(shù)控設備的互聯(lián)，初步建立了數(shù)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）也沒有聯(lián)入DNC網(wǎng)絡，刀具系統(tǒng)測量的全部過程都由人工手動來完成，影響了檢測質(zhì)量和效率；激光干涉儀設備也僅用于數(shù)控設備定位精度和重復定位精度的檢測和補償，缺乏對機床在線工作情況下動態(tài)特性快速診斷和檢測能力，難以實現(xiàn)誤差的自動補償，難以保證其加工精度，而且目前對于加工系統(tǒng)的在線檢測技術的應用也是非常有限的。



　　國產(chǎn)產(chǎn)品具有價格相對便宜，售后服務較快，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)品除了價格較貴，產(chǎn)品換件時需要國外進口的劣勢外，也有一定的優(yōu)勢，比如測量精度高、性能穩(wěn)定、使用壽命長、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(nèi)廠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越復雜，對加工設備和檢測技術也越來越高，對這種問題，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。具體可以從四點考慮：①測量設備應根據(jù)被測產(chǎn)品的技術要求，對測量器具本身的**度進行選擇。②根據(jù)工件尺寸大小的形狀確定測量設備的規(guī)格。③根據(jù)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(wěn)定性好并方便可靠。

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

　?。?）刀具破損檢測系統(tǒng)的應用不足在產(chǎn)品加工過程中常常要面對刀具破損問題，識別刀具破損的位置和原因是個難題，而廢品、再加工、機床停機和延誤這些因素又進一步降低了生產(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(tǒng)，這種新型刀具檢測識別系統(tǒng)能夠區(qū)分刀具、冷卻劑及切屑，在實際加工條件下系統(tǒng)將激光光束發(fā)射到刀具上，并監(jiān)控反射回來的散射光，以確定刀具是否破損。需要引進TRS檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)控機床用測頭系統(tǒng)的升級。
　　（5）CAD/CAM/CAE軟件診斷檢測功能不足隨著計算機輔助技術的不斷發(fā)展，3C軟件的智能化、專業(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)動加工過程中，其刀具系統(tǒng)的碰撞問題難以檢測，同時刀具的運動軌跡難以實現(xiàn)優(yōu)化，都制約了3C技術在實踐加工中的應用。因此需要引進專業(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(shù)控機床非正常的工作將造成重大損失，必須對數(shù)控機床的故障和動態(tài)特性快速診斷和檢測，實現(xiàn)誤差的自動補償，保證數(shù)控機床的精度保持性和穩(wěn)定性。因此需要對現(xiàn)有的激光干涉儀進行升級改造，增加必要的附件和軟件工具，以建立統(tǒng)一的數(shù)控機床及在線檢測設備精度等級、設備狀態(tài)管理、定期校準的數(shù)據(jù)庫，為提高數(shù)控機床的利用率奠定基礎。



　　如今服務質(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)的服務有哪些看法？

　　孟憲明：上等的機械制造產(chǎn)品離不開測量技術，而測量技術需要高質(zhì)量的檢測設備。作為用戶而言，只要有好的信譽度和服務質(zhì)量，能滿足航空航天企業(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)品檢測技術要求，無論是國內(nèi)的還是國外的設備都可選用。供應商除做到常規(guī)服務外，其宗旨是對檢測人員進行設備操作和使用的培訓，對檢測設備提供終身維修服務。利用先進技術、網(wǎng)絡服務平臺，對設備進行跟蹤服務、對話咨詢服務。積極對用戶所提的問題進行回復，及時進行軟件的技術更新?lián)Q代和系統(tǒng)升級服務，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：在服務商的售后服務方面，國外產(chǎn)品有技術和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)勢，國外服務商更應加強本土化服務方式，增加國內(nèi)各城市的服務網(wǎng)點的建設，新的測量技術的推廣培訓工作。國內(nèi)服務商應在產(chǎn)品引進消化理解的基礎上多做技術改進和技術**，同時更好地提高技術人員的業(yè)務水平，在測量技術、逆向建模、甚至數(shù)控加工等方面提供全方面的技術和售后服務。