基于試件的模線樣板檢驗方法研究

孟翔鵬

摘 要：當前基于MBD技術的飛機設計及數(shù)字化制造技術已經(jīng)在整個航空制造領域全面應用。數(shù)字化條件下，樣板采用激光切割設備進行下料切割，使用膠版進行檢驗。但膠板的采購成本高，易變形，嚴重影響樣板檢驗。為解決這一問題，試件檢驗方式應運而生。該樣板檢驗方式有效降低了膠版采購成本和設備維護成本，也提升了樣板設計效率。

關鍵詞：MBD；膠版；試件

中圖分類號：V262 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0080-02

當前基于MBD技術的飛機設計及數(shù)字化制造技術已經(jīng)在整個航空制造領域全面應用。數(shù)字化條件下樣板在其功能上產(chǎn)生了根本的變化。模擬量條件下，樣板起到的是數(shù)據(jù)傳遞和互換協(xié)調(diào)的作用，離開了模線樣板就無法進行飛機制造的全過程[1]。數(shù)字化條件下，樣板功能性已經(jīng)弱化成為了零件檢驗的效率工具，原有用于工裝制造的夾具樣板和切面樣板已經(jīng)完全取消。目前樣板90%以上是僅用于零件檢驗，余下不足10%的樣板是用于輔助零件制造和裝配鉆孔?，F(xiàn)階段，樣板作為特殊的剛性量具由于其直觀、便捷、效率高、經(jīng)濟性的原因，在零件的制造和檢驗過程中依舊存在，如某機型使用樣板的零件占總零件數(shù)量近1/4[2]。

1 現(xiàn)狀

傳統(tǒng)以手工的方式加工樣板，效率低、精度差。目前的樣板加工一般采用激光切割機進行板料切割，激光切割設備加工取代了樣板的手工加工（特殊的成型樣板除外），樣板的制造精度和效率得到了提高，加工精度可以達到0.04mm（樣板加工精度±0.15mm），同時通過繪制膠版，檢驗員將樣板平鋪在膠版上完成樣板檢驗。但隨著時間推移，此種方式的弊端逐步暴露出來：

（1）每年檢驗用膠板的損耗費用約計近百萬，使用成本居高不下。

（2）膠板使用后需要大量儲存空間，無形中造成空間資源占用。

（3）膠板易受溫、濕度影響發(fā)生變形，膠版在繪制后需要在加工現(xiàn)場使用，而使用環(huán)境的溫、濕度極不穩(wěn)定，膠版易變形，此時需要重新繪制新膠版，繼續(xù)增加了成本消耗。

（4）繪制膠版的繪圖機精度低于激光切割機，時有出現(xiàn)的樣板檢驗偏差問題多是由膠版繪制偏差引起的，實際上不存在問題。

因此，改變目前模線樣板檢驗方式勢在必行。

2 總體思路

采用激光切割樣板不但提升了樣板加工的效率，還杜絕了由于手工加工而產(chǎn)生的樣板制造錯誤問題的發(fā)生。經(jīng)過對近幾年來的統(tǒng)計結(jié)果分析，樣板錯誤主要產(chǎn)生于設計環(huán)節(jié)，樣板的制造過程中因加工導致樣板錯誤或超差的案例為零。因此，樣板變更檢驗方法主要是基于樣板數(shù)字化設計及數(shù)字化制造的過程，只要設計過程及激光切割設備的運行狀態(tài)符合要求并可控，加工出來的樣板就是合格的。

試件檢驗方式是依靠激光切割設備對同一規(guī)格的試切件進行一定數(shù)量和頻次的切割，通過檢測試切件的尺寸波動，判斷激光切割設備是否穩(wěn)定，若試件尺寸符合要求，則判定激光切割設備加工的樣板合格，符合總體思路要求。

3 技術方案和流程

原有的檢驗方式是設計模線后再繪制成膠版，由檢驗員將膠版與樣板實物進行比對，完成檢驗過程。現(xiàn)在的試件檢驗方式下，膠版只作為電子數(shù)據(jù)進行存檔，或者作為臨時輔助手段配合樣板檢驗。

3.1 編程排版

編程員首先從PLM系統(tǒng)內(nèi)導出激光程序，并在激光切割機處理軟件內(nèi)進行排版，完成后按排版程序進行切割。編程員將排版區(qū)均分為9個區(qū)域，共取1到3個試件，試件所在區(qū)域橫縱向延伸不應交叉，如圖1。

激光切割程序排版區(qū)域數(shù)（以Q表示）與試件數(shù)對應關系為：Q≤3，切割一個試件；3

3.2 試件的檢驗

試件切割完成、編程員去除毛刺和表面污物后，由檢驗員使用膠板、卡尺或數(shù)控測量設備等檢測試件的幾何形狀和劃線，使用卡尺檢測的試件具體檢測尺寸如圖2。

檢測對比試件與理論尺寸的偏差具體范圍如下：

（1）對直線段輪廓允許偏差在±0.1mm。

（2）對樣條曲線部位允許偏差±0.15mm。

（3）圓及圓弧應比對圓心位置及半徑，圓心位置和半徑允許偏差±0.1mm。

（4）劃線部位允許偏差±0.1mm。

檢測結(jié)果在偏差范圍內(nèi)的試件為合格狀態(tài)。

3.3 樣板的抽檢

在進行試件切割后，需要進行樣板的隨機抽檢，作為試件檢驗方式的補充完善。由編程員在每張待切割鋼板內(nèi)隨機抽檢樣板圖號并填寫至激光切割記錄表中，同時繪制膠板，將膠版和激光切割記錄表交給檢驗員進行樣板抽檢，檢驗員核對膠版和激光切割記錄表中圖號的一致性，按公差要求進行檢驗，符合要求即為合格，否則將對問題項進行重新切割并檢查切割設備狀態(tài)。

4 實施效果

4.1 檢驗工作效率顯著提升

膠板檢驗方式下，檢驗員需要將零件鋪在膠板之上進行樣板與模線的符合性檢查，平均檢查時間約2分鐘，而試件檢驗方式下，平均每項樣板檢查時間不到10秒。新的樣板檢驗方式使交檢效率提升達90%以上。

4.2 膠版耗費成本大幅下降

原有的膠版檢驗方式下，其平均幅面規(guī)格為2000mm×900mm，此幅面膠板換算成本為500元。而采用試件檢驗方式的新機型，全機樣板中采用膠版檢驗方式的樣板僅占全部樣板數(shù)量的12%，共348項，成本為174000元，對比降低達75%以上。

4.3 激光切割設備異常波動的即時預警

激光切割設備完成某一批次的樣板切割工作后，通過檢測試件的尺寸能夠直接判斷設備的加工穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

試件檢驗方式的主要革新點是從原有的設計思維主導，驗證不同設備輸出的設計結(jié)果，到現(xiàn)在的加工過程動態(tài)檢查方式，極大提升了產(chǎn)品檢驗效率，同時能夠做到激光切割設備異常波動的即時預警，改善了設備維護方式，延長設備使用期限，有效降低維護成本，消除了膠板檢驗的種種弊端。本方法目前已逐步推廣，應用效果顯著，相信在不久的將來，通過技術革新，不斷涌現(xiàn)出新的加工檢驗方式，使航空產(chǎn)業(yè)不斷進步發(fā)展。

參考文獻：

[1]石晶.數(shù)字化條件下三維數(shù)模在模線樣板設計中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（11）.

[2]石晶，趙敏，魏鳳瑞.MBD技術下鈑金零件模線樣板的設計[J].科技創(chuàng)新與應用，2013（1）.

[3]屈東旭.復雜機加類零件模線樣板取制方法[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（35）：111.