測量設備在航空航天精密制造中的應用

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

　　航空航天產品質量優良的保證，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驗。

　　航空航天制造業與普通制造業有著巨大的區別，航空航天產品出現質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檢測等功能。

②數字影像測量儀（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海克斯康公司的performance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、五軸聯動加工中心、四軸聯動加工中心等。同時，利用航天數控系統、賽維數控系統和FANUC、西門子經濟型數控系統，將多臺普通加工檢測設備進行了數控改造。在保證生產設備的同時，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網絡實現了與數控設備的互聯，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（設備有聯網功能）也沒有聯入DNC網絡，刀具系統測量的全部過程都由人工手動來完成，影響了檢測質量和效率；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，缺乏對機床在線工作情況下動態特性快速診斷和檢測能力，難以實現誤差的自動補償，難以保證其加工精度，而且目前對于加工系統的在線檢測技術的應用也是非常有限的。



　　國產產品具有價格相對便宜，售后服務較快，配件齊全的優勢，但是總體高精度的設備與國外產品還是有差距，有些公司軟件的配置和應用不如國外。國外產品除了價格較貴，產品換件時需要國外進口的劣勢外，也有一定的優勢，比如測量精度高、性能穩定、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品，希望國內廠商在今后努力減小此方面的差距。


　航空航天產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品的質量，由于構成航空航天型號產品的零部件大多是單件小批量生產，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測量設備應根據被測產品的技術要求，對測量器具本身的**度進行選擇。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。

　　汪學斌：目前存在以下困難：
　　（1）高速數控刀具動平衡檢測儀設備缺乏高速加工是一種與傳統加工有著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。
　　（2）刀具系統檢測手段落后通常生產現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，并將刀具參數手工輸入數控機床，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器，在加工需要時，快速、準確地將DNC網絡上的刀具參數下載到數控系統中，縮短生產準備周期。
　　（3）在線檢測技術的應用不足在線測量技術應用于數控系統，其*直接的經濟效益就在于既節省了工時又提高了測量精度。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得到檢測系統所反饋的信息，從而能及時修正系統誤差和隨機誤差，以改變機床的運動參數，更好地保證加工質量，促進加工測量一體化的發展。因此，需要引進在線檢測系統，同時對數控機床在線測量升級改造。

　　（4）刀具破損檢測系統的應用不足在產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，在實際加工條件下系統將激光光束發射到刀具上，并監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，實現數控機床用測頭系統的升級。
　　（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展，3C軟件的智能化、專業化不斷發展。目前所使用的PowerMill多軸編程軟件仿真模擬功能欠缺，尤其在五軸聯動加工過程中，其刀具系統的碰撞問題難以檢測，同時刀具的運動軌跡難以實現優化，都制約了3C技術在實踐加工中的應用。因此需要引進專業的多軸模擬仿真軟件，如Vericut等。

　　（6）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態特性快速診斷和檢測，實現誤差的自動補償，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檢測設備精度等級、設備狀態管理、定期校準的數據庫，為提高數控機床的利用率奠定基礎。



　　如今服務質量和產品質量的高低是企業生存的根本，那么對測量企業的服務有哪些看法？

　　孟憲明：上等的機械制造產品離不開測量技術，而測量技術需要高質量的檢測設備。作為用戶而言，只要有好的信譽度和服務質量，能滿足航空航天企業產品質量要求，其檢測設備的性能、指標符合型號產品檢測技術要求，無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換代和系統升級服務，供應商要生存和發展，首先要以產品質量或工作的質量取勝。

　　張勝文：在服務商的售后服務方面，國外產品有技術和產品質量的優勢，國外服務商更應加強本土化服務方式，增加國內各城市的服務網點的建設，新的測量技術的推廣培訓工作。國內服務商應在產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務水平，在測量技術、逆向建模、甚至數控加工等方面提供全方面的技術和售后服務。