航空發(fā)動機(jī)金屬導(dǎo)管數(shù)控彎曲程序自動修正技術(shù)研究

段聰毅 王忠巍 李東

摘 要：航空發(fā)動機(jī)導(dǎo)管規(guī)格各異，外形多樣，常被比作“發(fā)動機(jī)的血管”。導(dǎo)管裝配精度要求較高，在裝配過程中部分導(dǎo)管時常需要人工校形，從而延長了裝配周期。導(dǎo)管彎曲成形的精確度直接影響管路制造整體質(zhì)量，考慮到金屬導(dǎo)管在彎曲過程中必然發(fā)生回彈變形，開發(fā)彎管程序自動修正系統(tǒng)在彎曲程序中合理給定補(bǔ)償值以保證彎管外形符合設(shè)計圖尺寸公差要求。

關(guān)鍵詞：數(shù)控彎管；程序修正；應(yīng)用技術(shù)

目前，發(fā)動機(jī)導(dǎo)管的管子材料大體包括不銹鋼、高溫合金以及鈦合金，外徑規(guī)格范圍為Φ6～Φ53。傳統(tǒng)彎管生產(chǎn)方式為：在設(shè)計模型初始YBC數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，操作工人憑工作經(jīng)驗根據(jù)管料材料和規(guī)格設(shè)置回彈系數(shù)，然后直接進(jìn)行彎管試驗，彎曲完成后將彎管置于相應(yīng)的專用量具上進(jìn)行比對，并根據(jù)實際比對情況對彎管程序進(jìn)行人工調(diào)整，在經(jīng)過3～5次彎管調(diào)試后使管形最終符合專用量具。這種生產(chǎn)方式存在過程繁瑣、程序調(diào)試時間過長以及過度依賴現(xiàn)場操作者工作經(jīng)驗的缺點?，F(xiàn)開發(fā)數(shù)控彎管機(jī)及激光管形測量機(jī)的彎管程序聯(lián)合修正功能，通過最少的彎管試驗次數(shù)使彎管管形符合設(shè)計圖精度要求。

一、研究背景

目前國內(nèi)外導(dǎo)管制造廠商越來越多的應(yīng)用高度集成化的彎管生產(chǎn)系統(tǒng)，矢量彎管技術(shù)作為導(dǎo)管彎曲生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)，為導(dǎo)管的設(shè)計制造一體化創(chuàng)造了必要的條件。美國麥克唐納·道格拉斯飛機(jī)公司在導(dǎo)管的設(shè)計制造一體化方面邁出了一步。它將VECTOR系統(tǒng)與設(shè)計部門的大型計算機(jī)相連接，根據(jù)生產(chǎn)部門安排，VECTOR系統(tǒng)接收儲存在計算機(jī)存儲器內(nèi)的管形數(shù)據(jù)，并編制彎管程序，進(jìn)行導(dǎo)管生產(chǎn)，效率顯著提高[1]。而為了在保證生產(chǎn)高效的同時控制并提升產(chǎn)品質(zhì)量，數(shù)控彎管程序自動修正技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

二、研究目標(biāo)

對于基于設(shè)計三維管路模型制造的導(dǎo)管類零件，全面實現(xiàn)數(shù)字化精確彎曲成形。大幅降低管子在制造過程以及裝配過程中的人工校形量，降低導(dǎo)管校正報廢率。

三、導(dǎo)管數(shù)控彎曲程序修正技術(shù)開發(fā)

（一）研究對象

航空發(fā)動機(jī)彎曲成形類金屬導(dǎo)管。

（二）具體方案

1、獲取管形數(shù)據(jù)

使用三維建模軟件提取設(shè)計三維模型管形數(shù)據(jù)，并以YBC彎管程序形式輸出至測量機(jī)電腦中。

2、彎管機(jī)接收數(shù)據(jù)

開啟彎管機(jī)和測量機(jī)的信號通訊，將YBC彎管程序傳輸至數(shù)控彎管機(jī)中。

3、彎曲試件

調(diào)試彎管機(jī)保證穩(wěn)定運(yùn)行，依據(jù)導(dǎo)管試件材料和規(guī)格初步設(shè)置彎管參數(shù)（回彈系數(shù)、壓模力、釋放間隙等），彎曲首件試驗件。

4、彎曲程序修正

將試彎管件送至管形測量機(jī)處采集管形數(shù)據(jù)。使用開發(fā)的自動修正模塊將采集到的管形數(shù)據(jù)與理論模型管形數(shù)據(jù)進(jìn)行Best-fit擬合比對，評價其管形符合程度。另外精確測算每個折彎點的位置偏差，智能反饋輸出程序補(bǔ)償值。通過測量機(jī)與彎管機(jī)的數(shù)據(jù)連通將補(bǔ)償數(shù)據(jù)與原彎管程序進(jìn)行數(shù)值疊加以實現(xiàn)彎管程序的自修正。修正后的程序?qū)霃澒軝C(jī)進(jìn)行下一次試彎，循環(huán)修正直至管形合格。

5、彎曲程序固化

通過1～2次采集對比試彎件與理論三維模型的管形數(shù)據(jù)，最終獲得一個能夠彎曲符合管形輪廓度要求的YBC彎管程序，并將此程序與三維模型管形數(shù)據(jù)一同保存在“.prt”格式文件中，待下次生產(chǎn)該導(dǎo)管零件時直接調(diào)用進(jìn)行彎曲。

（三）技術(shù)要點

1、人工干預(yù)少、數(shù)字化程度高

采用該方案生產(chǎn)導(dǎo)管零件，可以打破以往只能依賴操作者工作經(jīng)驗給定導(dǎo)管回彈系數(shù)及彎管機(jī)參數(shù)的傳統(tǒng)程序修正方法的束縛。實現(xiàn)彎管過程數(shù)字化，彎后管形檢測數(shù)字化。

2、產(chǎn)品研制效率高

應(yīng)用導(dǎo)管管形自動開發(fā)模塊可精確、迅速測算彎管管形與三維模型的差異并立即通過計算得出補(bǔ)償值，實現(xiàn)彎管程序快速修正。

3、科學(xué)的在線檢測生產(chǎn)模式

采用“邊生產(chǎn)，邊檢測”的生產(chǎn)模式，在線檢測彎管尺寸，及時將尺寸偏差反饋給加工設(shè)備，能根據(jù)不同生產(chǎn)狀態(tài)即時修正彎管程序，從而有效避免彎管成批報廢，有效控制廢品率。

四、實施方案過程記錄

（一）對象

1Cr18Ni9Ti不銹鋼導(dǎo)管（規(guī)格Φ16×1）-2件

（二）設(shè)備

CNC數(shù)控彎管機(jī)、激光管形測量機(jī)

（三）目的

導(dǎo)管彎后管形控制在設(shè)計模型外廓增加1.5mm的輪廓范圍內(nèi)，并符合設(shè)計技術(shù)要求（圓度、波紋度等）。

（四）試驗過程

1、由試彎導(dǎo)管理論管形LRA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彎管程序。

2、將YBC彎管程序傳入數(shù)控后，在彎管機(jī)控制器輸入回彈系數(shù)（固定回彈1°，比率回彈2%）。彎曲首件導(dǎo)管，測量管形LRA數(shù)據(jù)。

3、測量機(jī)反饋彎管程序補(bǔ)償值，與原程序進(jìn)行疊加計算，獲得補(bǔ)償修正程序。

4、彎管機(jī)接收補(bǔ)償修正數(shù)據(jù)后，彎曲第二件導(dǎo)管，測量管形數(shù)據(jù)。

5、在測定第二件導(dǎo)管后輸出其管形檢測報告。在報告中可以查詢每個管形控制點與設(shè)計模型控制點的偏差值，另外還可以查看導(dǎo)管端端點點的徑向和軸向偏差。通過在報告中檢查上述指標(biāo)（見表1）就可以判定該導(dǎo)管零件的管形符合設(shè)計要求。

五、結(jié)束語

采用CNC數(shù)控彎管機(jī)和管形測量機(jī)的協(xié)同運(yùn)行對管子程序進(jìn)行修正補(bǔ)償，可實現(xiàn)金屬導(dǎo)管精確彎曲成形，滿足設(shè)計管形要求。應(yīng)用該項技術(shù)取代人工修正、校正管形的生產(chǎn)方式可減少研制導(dǎo)管產(chǎn)品彎曲程序的修正次數(shù)，縮短研制周期，大幅提升導(dǎo)管彎曲合格率，同時用會顯著提高導(dǎo)管彎曲精度，減少導(dǎo)管生產(chǎn)及裝配過程中的校正量并降低校正廢品率，降低生產(chǎn)成本。該技術(shù)的成功應(yīng)用意味著金屬導(dǎo)管彎曲成形進(jìn)入了數(shù)字化制造階段，為未來基于三維模型的無樣機(jī)管路智能制造提供了堅實的理論和生產(chǎn)實踐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒華杰，數(shù)控彎管機(jī)應(yīng)用與技術(shù)要點[J]洪都航空工業(yè)集團(tuán)，2005（5）.