航空發(fā)動機數(shù)控彎管加工工藝分析

田 野，曲文浩

（海軍駐沈陽導(dǎo)彈專業(yè)軍事代表室，沈陽 110043）

1 引言

導(dǎo)管系統(tǒng)是由導(dǎo)管將部件與附件以及發(fā)動機與飛機聯(lián)接起來、輸送各自規(guī)定的流體，完成飛機和發(fā)動機運行、控制、操縱等功能的系統(tǒng)，是航空發(fā)動機的重要組成部分，遍布于發(fā)動機全身。隨著結(jié)構(gòu)件數(shù)字化制造技術(shù)的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)手工彎管已經(jīng)無法滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求，數(shù)控彎管技術(shù)已被應(yīng)用于發(fā)動機導(dǎo)管制造中，導(dǎo)管的彎曲加工效率和精度得到極大提高，使排管周期得以有效縮短。

本文主要介紹了數(shù)控彎管工藝流程。

2 航空發(fā)動機導(dǎo)管數(shù)控彎曲加工

2.1 數(shù)控彎管機設(shè)備

數(shù)控彎管機是1種由NC程序驅(qū)動的先進管材加工設(shè)備，是按給定的工作程序、工作速度、壓力和軌跡自動控制加工的機床。主要由機床本體、伺服裝置、控制裝置、反饋裝置以及測量裝置5部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 數(shù)控彎管機結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)控彎管程序控制

數(shù)控彎管機是用數(shù)字代碼形式的信息來控制機床運動的，代碼信息包括YBC數(shù)據(jù)程序或矢量坐標點程序、機床的彎曲速度、壓模與助推的壓緊力、回彈量。

2.2.1 矢量彎管程序

將導(dǎo)管放在空間坐標系中，其管形可由每段直線段中心線所表示。相鄰2中心線延長后產(chǎn)生交點，相鄰2交點連線的距離和方向就表示了矢量的大小和方向，如圖2所示。

圖2 8個相交矢量代表1根導(dǎo)管

2.2.2 數(shù)控彎管程序編制方法

導(dǎo)管數(shù)控彎曲一般可采用坐標點（X,Y,Z）程序和增量管形數(shù)據(jù) YBC（DBB、POB、DOB）[2]數(shù)據(jù)程序進行，如圖3所示。直線送進距離 DBB（Distance Between Bend）是2圓弧之間的切點距離；空間轉(zhuǎn)角 POB（Plane Of Bend）是第 2個彎所在平面與第1個彎所在平面的夾角；彎曲角度DOB（Degree Of Bend）是第2個直線段與第1個直線段之間的夾角。

圖3 增量管形數(shù)據(jù)

2.2.3 數(shù)控彎管程序獲取

（1）按設(shè)計圖紙給定的尺寸，精確地計算出各彎曲處中心線交點坐標值（X,Y,Z）或增量管形數(shù)據(jù)YBC，直接獲取彎管數(shù)據(jù)程序。該方法只適用于尺寸管。

（2）利用管形測量機測量導(dǎo)管在發(fā)動機上排定的樣件獲取數(shù)據(jù)，再根據(jù)測得的回彈數(shù)據(jù)來編輯、修改管形數(shù)據(jù)。樣件可以用預(yù)制彎頭和直管在樣機裝配位置上組裝，然后定位焊接，做成樣管，或用直徑為6 mm的鋁絲在樣機裝配位置上排成樣管。該方法效率低，誤差較大[2]。

（3）UG模型彎管程序。近年來，信息技術(shù)飛速發(fā)展，使航空產(chǎn)品的虛擬開發(fā)和虛擬裝配取得很大進步。在UGNX3平臺上，建立航空發(fā)動機外部數(shù)字樣機，進行導(dǎo)管系統(tǒng)建模，利用導(dǎo)管件UG模型直接進行導(dǎo)管的數(shù)控彎曲加工，實現(xiàn)了導(dǎo)管彎曲加工的數(shù)字化制造；進行發(fā)動機導(dǎo)管連接件的裝配定位，可以快速完成排管。目前，已有多型發(fā)動機通過該方法實現(xiàn)了快速排管，并取得了良好效果。

首先，在UG環(huán)境下，在發(fā)動機外部數(shù)字樣機基礎(chǔ)上，用UG導(dǎo)管敷設(shè)模塊建模，完成數(shù)字樣機導(dǎo)管的虛擬裝配。外部數(shù)字樣機可以滿足對導(dǎo)管系統(tǒng)進行的空間結(jié)構(gòu)、運動機構(gòu)、裝配模擬和質(zhì)量特性分析，以及工藝性評估、維修性評估等的要求，并通過導(dǎo)管實物加工，最終實現(xiàn)設(shè)計方案規(guī)定的裝配驗證。應(yīng)用信息技術(shù)已經(jīng)解決了空間管形復(fù)雜、裝配關(guān)系繁瑣的導(dǎo)管件設(shè)計問題，從而極大地提高了設(shè)計效率，并降低了設(shè)計成本。

其次，通過PDM平臺，將設(shè)計方案付諸于工廠的導(dǎo)管UG模型上，利用計算機UG軟件的導(dǎo)管模塊直接提取導(dǎo)管折彎報告作為導(dǎo)管彎曲加工的原始數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可作為數(shù)控彎管機專用YBC數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4 導(dǎo)管YBC格式折彎報告

2.3 數(shù)控彎管工藝參數(shù)調(diào)整

對于1根導(dǎo)管來說，連續(xù)多次彎曲后，由于回彈變化，兩端的位置偏差是相當大的，如果不能有效補償導(dǎo)管回彈，則設(shè)計精度很難保證。

導(dǎo)管彎曲加工的回彈主要包括固定回彈（FSB）和比率回彈(PSB)。固定回彈是導(dǎo)管屈服強度特性造成的導(dǎo)管松弛的量或返回直線的狀態(tài)，其值隨材料類別和爐批次、導(dǎo)管規(guī)格、模具配置和機床設(shè)置的變化而改變；比率回彈取決于導(dǎo)管的彎曲角度，同1根管的比率回彈隨彎曲角度的增大而增大。因此，在調(diào)整機床彎曲速度、壓模與助推壓緊力的同時，有效補償導(dǎo)管回彈量，才能彎制出符合設(shè)計UG模型精度要求的產(chǎn)品，滿足裝配要求。

2.4 數(shù)控彎曲過程

在實際彎曲過程中，1根導(dǎo)管的具體加工步驟如下。

（1）彎曲前準備，包括模具安裝、管料回彈測定、管形彎曲程序輸入等。

（2）彎曲導(dǎo)管。

（3）導(dǎo)管切端。對彎好的導(dǎo)管，可以根據(jù)UG模型的兩端直線段劃切端線，并與發(fā)動機樣機的實際裝配位置對比，確認無誤后切斷導(dǎo)管，完成數(shù)控彎曲加工。

3 導(dǎo)管彎曲工藝流程分析

圖5 傳統(tǒng)彎管流程

圖6 UG模型彎管流程

導(dǎo)管彎曲的最大難點在于如何獲得1個理想的導(dǎo)管管形，整個彎曲過程主要是為數(shù)控彎管機提供合格的管形數(shù)據(jù)程序。導(dǎo)管彎曲的2種工藝流程如圖5、6所示。由彎管工藝流程圖中可看出，基于UG模型排管的彎曲加工數(shù)據(jù)直接來自于UG模型，從而取消了導(dǎo)管在發(fā)動機上人工反復(fù)取樣、調(diào)整的過程，同時也避免了受工作人員經(jīng)驗、水平影響而出現(xiàn)的數(shù)據(jù)偏差，提高了生產(chǎn)效率，縮短了整機外部導(dǎo)管的排管周期。

4 結(jié)束語

數(shù)控彎管技術(shù)在航空發(fā)動機導(dǎo)管加工工程化應(yīng)用上的技術(shù)優(yōu)勢是巨大的，改變了航空發(fā)動機整機彎管人工操作的傳統(tǒng)模式，大大縮短了整機排管研制周期，并降低了研制成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量?；赨G模型的彎管技術(shù)實現(xiàn)了整機外部管路系統(tǒng)布局和導(dǎo)管管形設(shè)計，2項技術(shù)的結(jié)合實現(xiàn)了導(dǎo)管彎曲加工過程的數(shù)字化制造，從而使航空發(fā)動機整機外部管路系統(tǒng)排管技術(shù)水平實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

某系列航空發(fā)動機改型機和某新型航空發(fā)動機的整機排管驗證，證明導(dǎo)管數(shù)控彎曲首次加工精度較高，驗證了航空發(fā)動機外部管路彎曲數(shù)字化加工的能力，為全面實現(xiàn)航空發(fā)動機外部管路數(shù)字化制造奠定了基礎(chǔ)。

[1]Lightspeed VB操作系統(tǒng)操作手冊[Z].940211.

[2]LASERVISION,XL和OPTIMA測量機操作手冊[Z].940071:1-14.