測(cè)量設(shè)備在航空航天精密制造中的應(yīng)用

中國(guó)實(shí)現(xiàn)宇航員太空行走，讓世人看到了中國(guó)人幾千年來征服月球的夢(mèng)想即將實(shí)現(xiàn)；大飛機(jī)項(xiàng)目的實(shí)施，并將在2016年翱翔藍(lán)天，使我們看到了中國(guó)屹立世界航空強(qiáng)國(guó)的希望將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這一切的巨大成就，都將印跡在中國(guó)的歷史長(zhǎng)河中。但是，我國(guó)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(zhǎng)和機(jī)床工具業(yè)的進(jìn)步，航空航天事業(yè)的發(fā)展也是對(duì)我國(guó)金屬加工業(yè)發(fā)展的有力見證。

　　航空航天產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的保證，必須要有一定的檢測(cè)手段和標(biāo)準(zhǔn)，這就涉及到各種測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用了。眾所周知，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是這個(gè)行業(yè)中的必備工具，那么，除了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)外，還有哪些測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用比較廣泛，工程師對(duì)測(cè)量設(shè)備在航空航天制造中的應(yīng)用有什么見解？中國(guó)金屬加工在線特別邀請(qǐng)了三位工程師與我們分享經(jīng)驗(yàn)。

　　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(huì)造成不可估量的后果，因此，測(cè)量設(shè)備的貢獻(xiàn)是不可磨滅的。那么航空航天企業(yè)中應(yīng)用到的測(cè)量設(shè)備有哪些，這些設(shè)備有什么特點(diǎn)？

　孟憲明：按航空航天型號(hào)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、用途和特點(diǎn)，除選擇通用的檢測(cè)設(shè)備外，應(yīng)用在航空航天機(jī)械制造上的測(cè)量設(shè)備還很多。主要有三類：
①三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，是航空航天機(jī)械制造常用的測(cè)量設(shè)備，主要進(jìn)行接觸式測(cè)量，可以自動(dòng)執(zhí)行測(cè)量功能，具有高穩(wěn)定性的測(cè)量系統(tǒng)，能夠快速有效地完成通用檢測(cè)，有效地提高檢測(cè)效率，確保測(cè)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(dòng)檢測(cè)等功能。

②數(shù)字影像測(cè)量?jī)x（視頻測(cè)量顯微鏡、CNC視頻測(cè)量?jī)x），能高效地檢測(cè)各種形狀復(fù)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(cè)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(jī)械式計(jì)量?jī)x器，在機(jī)械制造和儀器制造中有著廣泛的應(yīng)用，主要用于相對(duì)法測(cè)量。

　　張勝文：我公司測(cè)量設(shè)備中所用到的測(cè)量設(shè)備主要有：①海克斯康公司的performance活動(dòng)橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要用于小型飛機(jī)機(jī)加結(jié)構(gòu)件的檢測(cè)；大型高架橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要用于飛機(jī)大部件、飛機(jī)復(fù)合材料制件等工件的檢測(cè)。②韓國(guó)固定橋式DUKIN三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要用于中小型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的檢測(cè)。③美國(guó)CAUTIONGlobal三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要用于大中型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的檢測(cè)。④德國(guó)蔡司公司的精密三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等計(jì)量型，用于高精度制件檢測(cè)以及計(jì)量校測(cè)。⑤接觸式關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x，用于飛機(jī)型架、模具測(cè)量。⑥激光雷達(dá)測(cè)量?jī)x，可進(jìn)行正面、背面全局測(cè)量。

　汪學(xué)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(dòng)加工中心、四軸聯(lián)動(dòng)加工中心等。同時(shí)，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(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，將多臺(tái)普通加工檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行了數(shù)控改造。在保證生產(chǎn)設(shè)備的同時(shí)，還擁有青島海克斯康三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、德國(guó)ZollERsmil600精密對(duì)刀儀、德國(guó)瓦爾特?cái)?shù)控刀具刃磨機(jī)、英國(guó)雷尼激光干涉儀等輔助設(shè)備，并通過DNC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了與數(shù)控設(shè)備的互聯(lián)，初步建立了數(shù)控設(shè)備集群控制平臺(tái)框架和管理模式。但是也有一些不足，例如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)沒有配有逆向工程的應(yīng)用軟件，僅用于精密零件的測(cè)量，浪費(fèi)了設(shè)備的原有功能。目前，精密對(duì)刀儀設(shè)備（設(shè)備有聯(lián)網(wǎng)功能）也沒有聯(lián)入DNC網(wǎng)絡(luò)，刀具系統(tǒng)測(cè)量的全部過程都由人工手動(dòng)來完成，影響了檢測(cè)質(zhì)量和效率；激光干涉儀設(shè)備也僅用于數(shù)控設(shè)備定位精度和重復(fù)定位精度的檢測(cè)和補(bǔ)償，缺乏對(duì)機(jī)床在線工作情況下動(dòng)態(tài)特性快速診斷和檢測(cè)能力，難以實(shí)現(xiàn)誤差的自動(dòng)補(bǔ)償，難以保證其加工精度，而且目前對(duì)于加工系統(tǒng)的在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也是非常有限的。



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

　　我們?cè)跍y(cè)量軟件、逆向工程軟件方面幾乎都是國(guó)外產(chǎn)品，希望國(guó)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(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對(duì)加工設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)也越來越高，對(duì)這種問題，我們應(yīng)當(dāng)如何解決？

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

　　汪學(xué)斌：目前存在以下困難：
　　（1）高速數(shù)控刀具動(dòng)平衡檢測(cè)儀設(shè)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(duì)刀具、刀柄組合后的刀具系統(tǒng)的動(dòng)平衡要求十分嚴(yán)格，在20 000～30000r/min的高轉(zhuǎn)速下，刀具系統(tǒng)微小的不平衡，就會(huì)對(duì)加工精度造成很大的影響，甚至對(duì)刀具系統(tǒng)和機(jī)床主軸造成嚴(yán)重?fù)p害，*終影響高速加工技術(shù)的應(yīng)用。因此，開展高速加工技術(shù)的工程運(yùn)用，需要對(duì)高速加工刀具系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡檢測(cè)，才能達(dá)到高速加工的目的。因此，需要引進(jìn)高速動(dòng)平衡檢測(cè)儀及配套軟件，如德國(guó)Haimer。
　　（2）刀具系統(tǒng)檢測(cè)手段落后通常生產(chǎn)現(xiàn)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(duì)刀儀上測(cè)量刀具參數(shù)，并將刀具參數(shù)手工輸入數(shù)控機(jī)床，這導(dǎo)致加工準(zhǔn)備時(shí)間很長(zhǎng)，制約了加工零件的快速轉(zhuǎn)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(wù)器，在加工需要時(shí)，快速、準(zhǔn)確地將DNC網(wǎng)絡(luò)上的刀具參數(shù)下載到數(shù)控系統(tǒng)中，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
　　（3）在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不足在線測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，其*直接的經(jīng)濟(jì)效益就在于既節(jié)省了工時(shí)又提高了測(cè)量精度。而且由于利用了機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的功能，又使得數(shù)控系統(tǒng)能及時(shí)得到檢測(cè)系統(tǒng)所反饋的信息，從而能及時(shí)修正系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，以改變機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，更好地保證加工質(zhì)量，促進(jìn)加工測(cè)量一體化的發(fā)展。因此，需要引進(jìn)在線檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床在線測(cè)量升級(jí)改造。

　　（4）刀具破損檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用不足在產(chǎn)品加工過程中常常要面對(duì)刀具破損問題，識(shí)別刀具破損的位置和原因是個(gè)難題，而廢品、再加工、機(jī)床停機(jī)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(cè)頭不具有此功能。因此，在重要設(shè)備上需要采用更**的TRS檢測(cè)系統(tǒng)，這種新型刀具檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)能夠區(qū)分刀具、冷卻劑及切屑，在實(shí)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(jìn)TRS檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床用測(cè)頭系統(tǒng)的升級(jí)。
　　（5）CAD/CAM/CAE軟件診斷檢測(cè)功能不足隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)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(dòng)加工過程中，其刀具系統(tǒng)的碰撞問題難以檢測(cè)，同時(shí)刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，都制約了3C技術(shù)在實(shí)踐加工中的應(yīng)用。因此需要引進(jìn)專業(yè)的多軸模擬仿真軟件，如Vericut等。

　　（6）激光干涉儀亟待升級(jí)改造通常數(shù)控機(jī)床非正常的工作將造成重大損失，必須對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障和動(dòng)態(tài)特性快速診斷和檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)誤差的自動(dòng)補(bǔ)償，保證數(shù)控機(jī)床的精度保持性和穩(wěn)定性。因此需要對(duì)現(xiàn)有的激光干涉儀進(jìn)行升級(jí)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(jī)床及在線檢測(cè)設(shè)備精度等級(jí)、設(shè)備狀態(tài)管理、定期校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫，為提高數(shù)控機(jī)床的利用率奠定基礎(chǔ)。



　　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(duì)測(cè)量企業(yè)的服務(wù)有哪些看法？

　　孟憲明：上等的機(jī)械制造產(chǎn)品離不開測(cè)量技術(shù)，而測(cè)量技術(shù)需要高質(zhì)量的檢測(cè)設(shè)備。作為用戶而言，只要有好的信譽(yù)度和服務(wù)質(zhì)量，能滿足航空航天企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求，其檢測(cè)設(shè)備的性能、指標(biāo)符合型號(hào)產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)要求，無論是國(guó)內(nèi)的還是國(guó)外的設(shè)備都可選用。供應(yīng)商除做到常規(guī)服務(wù)外，其宗旨是對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行設(shè)備操作和使用的培訓(xùn)，對(duì)檢測(cè)設(shè)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(tái)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行跟蹤服務(wù)、對(duì)話咨詢服務(wù)。積極對(duì)用戶所提的問題進(jìn)行回復(fù)，及時(shí)進(jìn)行軟件的技術(shù)更新?lián)Q代和系統(tǒng)升級(jí)服務(wù)，供應(yīng)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(guó)外產(chǎn)品有技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)，國(guó)外服務(wù)商更應(yīng)加強(qiáng)本土化服務(wù)方式，增加國(guó)內(nèi)各城市的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的建設(shè)，新的測(cè)量技術(shù)的推廣培訓(xùn)工作。國(guó)內(nèi)服務(wù)商應(yīng)在產(chǎn)品引進(jìn)消化理解的基礎(chǔ)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(cè)量技術(shù)、逆向建模、甚至數(shù)控加工等方面提供全方面的技術(shù)和售后服務(wù)。