脫機(jī)編程在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件智能檢測(cè)中的應(yīng)用

中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 李海泳 劉德生 唐秀梅 單純利

需求背景

近年來(lái)，在數(shù)控加工領(lǐng)域，迫切需要通過(guò)發(fā)展CAD快速建模技術(shù)、CAM高效編程技術(shù)、數(shù)控加工仿真技術(shù)、智能檢測(cè)技術(shù)等數(shù)字化制造技術(shù)來(lái)提升工藝準(zhǔn)備能力，不斷提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造、生產(chǎn)、服務(wù)整個(gè)PLM過(guò)程的研制體系能力，增強(qiáng)型號(hào)自主創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展能力。

傳統(tǒng)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)模式采取依據(jù)二維圖紙手工檢驗(yàn)和依據(jù)3D數(shù)模數(shù)控檢測(cè)相結(jié)合的方式。對(duì)于規(guī)則的幾何元素，檢驗(yàn)人員根據(jù)二維圖紙的標(biāo)注，進(jìn)行手工測(cè)量、人工筆錄測(cè)量值的方式，檢測(cè)過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大、精度偏低、效率低下，難以滿足公司產(chǎn)品升級(jí)換代、型號(hào)快速發(fā)展要求，也無(wú)法適應(yīng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理信息化對(duì)大量基礎(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)歸集需求。對(duì)于產(chǎn)品形狀復(fù)雜，空間幾何要素多，二維圖紙不能表達(dá)清楚，就需要在3D數(shù)模上采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行在機(jī)編程和檢測(cè)，在機(jī)編程不但檢測(cè)效率低、產(chǎn)品一致性難以保證，而且對(duì)技術(shù)人員有較高的技能要求，同時(shí)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measure Machine，CMM）作為一種典型的通用高精度數(shù)控測(cè)量?jī)x器，廣泛用于機(jī)械制造領(lǐng)域[1]。因此，研究脫機(jī)編程取代現(xiàn)行的三坐標(biāo)在機(jī)編程檢測(cè)非常必要。

智能檢測(cè)工藝模式

產(chǎn)品檢測(cè)是驗(yàn)證機(jī)械制造工程質(zhì)量的基本手段，在產(chǎn)品制造過(guò)程中發(fā)揮著極其重要的作用，其自動(dòng)化程度是航空制造業(yè)質(zhì)量管理水平的重要標(biāo)志。智能檢測(cè)作為產(chǎn)品檢測(cè)自動(dòng)化核心技術(shù)，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航空制造領(lǐng)域，強(qiáng)力支撐航空制造業(yè)數(shù)字化工廠建設(shè)。

智能檢測(cè)是以產(chǎn)品質(zhì)量特征信息為檢測(cè)對(duì)象，以信息化測(cè)試設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)為實(shí)施手段，以網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞反饋檢測(cè)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)測(cè)試業(yè)務(wù)模式，用以滿足零件檢測(cè)結(jié)果判定、存儲(chǔ)、查詢、質(zhì)量追溯需求。智能檢測(cè)可提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)檢測(cè)資源綜合整體利用率，也可增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件質(zhì)量控制數(shù)字化加工匹配能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝和檢測(cè)信息的無(wú)縫連接與共享，保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)快速交付。

基于模型特征智能檢測(cè)工藝模式主要包括制定檢測(cè)工藝規(guī)劃、后置處理設(shè)計(jì)以及檢測(cè)程序管理，可參見(jiàn)圖1。

圖1 基于模型數(shù)字化智能檢測(cè)工藝模式

坐標(biāo)檢測(cè)脫機(jī)編程技術(shù)

坐標(biāo)檢測(cè)脫機(jī)編程就是將現(xiàn)行的測(cè)量機(jī)在機(jī)編程和在機(jī)檢測(cè)分開(kāi)，通過(guò)設(shè)計(jì)部門將CAD模型理論數(shù)據(jù)信息傳遞到制造和檢測(cè)部門[2]，檢測(cè)部門直接由相應(yīng)的CAD接口獲取相關(guān)檢測(cè)模型特征信息, 利用模型中的尺寸、公差、形狀、位置公差等標(biāo)注特征信息來(lái)自動(dòng)生成檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)路徑, 并對(duì)路徑進(jìn)行碰撞檢查和規(guī)避,在仿真確定無(wú)碰撞后形成符合尺寸測(cè)量接口標(biāo)準(zhǔn)(DMIS)的測(cè)量程序，傳送至三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)[3]，具體流程可見(jiàn)圖2。

圖2 三坐標(biāo)檢測(cè)脫機(jī)編程流程

依據(jù)某項(xiàng)目業(yè)務(wù)需求，結(jié)合不同工具軟件的自身優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目組采取如圖3所示兩種方案進(jìn)行攻關(guān)驗(yàn)證。

兩種實(shí)施方案比較

如圖3（a）所示，方案1基于NX軟件生成的帶PMI標(biāo)注的工序模型，通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量軟件DMIS 的IP模塊識(shí)別帶有PMI尺寸信息的模型，系統(tǒng)生成三坐標(biāo)檢測(cè)規(guī)劃文件，然后基于測(cè)量軟件,讀取規(guī)劃文件，自動(dòng)生成三坐標(biāo)程序。本方案是目前比較適用的三坐標(biāo)檢測(cè)脫機(jī)編程解決方案，但是目前存在的問(wèn)題是NX生成的帶PMI標(biāo)注的檢驗(yàn)特征不能全部識(shí)別，這就要求在NX軟件中反復(fù)修改標(biāo)注，直至符合能識(shí)別的的檢驗(yàn)特征。

如圖3（b）所示，方案2是基于NX CMM 模塊,將帶 PMI檢驗(yàn)特征信息的檢驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)生成三坐標(biāo)檢測(cè)刀軌文件，通過(guò)定制專用后置處理模塊，自動(dòng)生成符合三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)識(shí)別的三坐標(biāo)測(cè)量程序，目前存在的問(wèn)題是生成三坐標(biāo)測(cè)量程序雖然符合測(cè)量接口標(biāo)準(zhǔn)(DMIS），但是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)某些語(yǔ)句還是不能完全翻譯解讀。

圖3 三坐標(biāo)脫機(jī)編程采用技術(shù)方案

航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣三坐標(biāo)檢測(cè)脫機(jī)編程實(shí)施應(yīng)用

（1） 針對(duì)各種機(jī)匣復(fù)雜型面、凸臺(tái)、型孔及空間尺寸、各種GD&T 和尺寸公差等特征完成機(jī)匣檢驗(yàn)?zāi)Ｐ投x，見(jiàn)圖4。

圖4 某典型機(jī)匣檢驗(yàn)?zāi)Ｐ投x

（2） 基于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，編制機(jī)匣零件的三坐標(biāo)檢測(cè)工藝，檢測(cè)內(nèi)容主要包括：測(cè)量基準(zhǔn)的建立方法、零件裝夾方式、所選用的測(cè)量探針、測(cè)量的具體內(nèi)容及測(cè)量順序、測(cè)量結(jié)果的計(jì)算方法、測(cè)量報(bào)告的輸出格式等。

（3） 機(jī)匣特征的三坐標(biāo)檢測(cè)脫機(jī)編程（仿真）。

直接讀取檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿?shù)據(jù)，對(duì)檢測(cè)尺寸要素進(jìn)行特征識(shí)別，針對(duì)各種機(jī)匣復(fù)雜型面、凸臺(tái)、型孔及空間尺寸、各種形狀、位置公差和尺寸公差等特征，制定可操作有效的幾何特征檢測(cè)策略，多次驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)典型機(jī)匣零件檢測(cè)路徑規(guī)劃以及檢測(cè)參數(shù)優(yōu)化。

（4） 根據(jù)零件數(shù)模檢測(cè)特征與實(shí)體特征綜合判定，完成機(jī)匣零件檢測(cè)特征綜合檢測(cè)程序評(píng)價(jià)。

結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，公司更多的型號(hào)研制任務(wù)，對(duì)產(chǎn)品制造周期、加工質(zhì)量、加工成本的要求越來(lái)越高，迫切需要我們提高檢測(cè)效率和質(zhì)量，滿足科研生產(chǎn)要求，基于模型特征智能檢測(cè)脫機(jī)編程可脫離零件實(shí)物和測(cè)量機(jī)的制約，減少了零件在檢驗(yàn)過(guò)程滯留的時(shí)間，降低了測(cè)量機(jī)的非增值占用時(shí)間，改變以往測(cè)量機(jī)在機(jī)編程模式，將發(fā)動(dòng)機(jī)典型零部件工藝準(zhǔn)備由串行改為并行，縮短了工藝準(zhǔn)備周期，但其工程化深度應(yīng)用還需從技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新考慮如下問(wèn)題：（1） 規(guī)范產(chǎn)品檢驗(yàn)PMI標(biāo)注特征，通過(guò)典型零組件數(shù)字化檢測(cè)業(yè)務(wù)實(shí)施，明確產(chǎn)品檢驗(yàn)特征數(shù)模表達(dá)樣式，確保零件檢測(cè)信息的特征識(shí)別與獲取。（2） 確定工藝人員和檢驗(yàn)人員分工，將檢測(cè)工藝和機(jī)加工藝分離，同時(shí)從技術(shù)管理制度上明確檢驗(yàn)工藝是工藝人員還是檢驗(yàn)人員編制。（3） 根據(jù)檢測(cè)需求確定檢測(cè)工藝規(guī)程樣式，明確檢測(cè)工藝內(nèi)容，同時(shí)在機(jī)加工藝中弱化檢測(cè)工藝內(nèi)容。

[1]房建國(guó).精密坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 . 航空制造技術(shù)，2015(7)∶38-41.

[2]鄭小暉.CAD模型引導(dǎo)數(shù)字化測(cè)量編程.航空制造技術(shù)，2010(3)：54-55.

[3]劉達(dá)新.基于三維CAD和CMM的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)規(guī)劃系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).中國(guó)機(jī)械工程，2009(18)：2207-2208.