中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司 李海泳 劉德生 唐秀梅 單純利

需求背景

近年來，在數(shù)控加工領域，迫切需要通過發(fā)展CAD快速建模技術、CAM高效編程技術、數(shù)控加工仿真技術、智能檢測技術等數(shù)字化制造技術來提升工藝準備能力，不斷提升產(chǎn)品設計、工藝、制造、生產(chǎn)、服務整個PLM過程的研制體系能力，增強型號自主創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展能力。

傳統(tǒng)產(chǎn)品檢驗檢測模式采取依據(jù)二維圖紙手工檢驗和依據(jù)3D數(shù)模數(shù)控檢測相結(jié)合的方式。對于規(guī)則的幾何元素，檢驗人員根據(jù)二維圖紙的標注，進行手工測量、人工筆錄測量值的方式，檢測過程勞動強度大、精度偏低、效率低下，難以滿足公司產(chǎn)品升級換代、型號快速發(fā)展要求，也無法適應實現(xiàn)質(zhì)量管理信息化對大量基礎檢測數(shù)據(jù)實時歸集需求。對于產(chǎn)品形狀復雜，空間幾何要素多，二維圖紙不能表達清楚，就需要在3D數(shù)模上采集檢測數(shù)據(jù)，利用三坐標測量設備進行在機編程和檢測，在機編程不但檢測效率低、產(chǎn)品一致性難以保證，而且對技術人員有較高的技能要求，同時坐標測量機（Coordinate Measure Machine，CMM）作為一種典型的通用高精度數(shù)控測量儀器，廣泛用于機械制造領域[1]。因此，研究脫機編程取代現(xiàn)行的三坐標在機編程檢測非常必要。

智能檢測工藝模式

產(chǎn)品檢測是驗證機械制造工程質(zhì)量的基本手段，在產(chǎn)品制造過程中發(fā)揮著極其重要的作用，其自動化程度是航空制造業(yè)質(zhì)量管理水平的重要標志。智能檢測作為產(chǎn)品檢測自動化核心技術，越來越廣泛地應用于航空制造領域，強力支撐航空制造業(yè)數(shù)字化工廠建設。

智能檢測是以產(chǎn)品質(zhì)量特征信息為檢測對象，以信息化測試設備和檢測技術為實施手段，以網(wǎng)絡實時傳遞反饋檢測數(shù)據(jù)的檢驗測試業(yè)務模式，用以滿足零件檢測結(jié)果判定、存儲、查詢、質(zhì)量追溯需求。智能檢測可提高航空發(fā)動機制造企業(yè)檢測資源綜合整體利用率，也可增強發(fā)動機零部件質(zhì)量控制數(shù)字化加工匹配能力，實現(xiàn)設計、工藝和檢測信息的無縫連接與共享，保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)快速交付。

基于模型特征智能檢測工藝模式主要包括制定檢測工藝規(guī)劃、后置處理設計以及檢測程序管理，可參見圖1。

圖1 基于模型數(shù)字化智能檢測工藝模式

坐標檢測脫機編程技術

坐標檢測脫機編程就是將現(xiàn)行的測量機在機編程和在機檢測分開，通過設計部門將CAD模型理論數(shù)據(jù)信息傳遞到制造和檢測部門[2]，檢測部門直接由相應的CAD接口獲取相關檢測模型特征信息, 利用模型中的尺寸、公差、形狀、位置公差等標注特征信息來自動生成檢測點和檢測路徑, 并對路徑進行碰撞檢查和規(guī)避,在仿真確定無碰撞后形成符合尺寸測量接口標準(DMIS)的測量程序，傳送至三坐標測量機執(zhí)行檢測任務[3]，具體流程可見圖2。

圖2 三坐標檢測脫機編程流程

依據(jù)某項目業(yè)務需求，結(jié)合不同工具軟件的自身優(yōu)勢，項目組采取如圖3所示兩種方案進行攻關驗證。

兩種實施方案比較

如圖3（a）所示，方案1基于NX軟件生成的帶PMI標注的工序模型，通過三坐標測量軟件DMIS 的IP模塊識別帶有PMI尺寸信息的模型，系統(tǒng)生成三坐標檢測規(guī)劃文件，然后基于測量軟件,讀取規(guī)劃文件，自動生成三坐標程序。本方案是目前比較適用的三坐標檢測脫機編程解決方案，但是目前存在的問題是NX生成的帶PMI標注的檢驗特征不能全部識別，這就要求在NX軟件中反復修改標注，直至符合能識別的的檢驗特征。

如圖3（b）所示，方案2是基于NX CMM 模塊,將帶 PMI檢驗特征信息的檢驗模型自動生成三坐標檢測刀軌文件，通過定制專用后置處理模塊，自動生成符合三坐標測量機識別的三坐標測量程序，目前存在的問題是生成三坐標測量程序雖然符合測量接口標準(DMIS），但是三坐標測量機對某些語句還是不能完全翻譯解讀。

圖3 三坐標脫機編程采用技術方案

航空發(fā)動機機匣三坐標檢測脫機編程實施應用

（1） 針對各種機匣復雜型面、凸臺、型孔及空間尺寸、各種GD&T 和尺寸公差等特征完成機匣檢驗模型定義，見圖4。

圖4 某典型機匣檢驗模型定義

（2） 基于檢驗模型，編制機匣零件的三坐標檢測工藝，檢測內(nèi)容主要包括：測量基準的建立方法、零件裝夾方式、所選用的測量探針、測量的具體內(nèi)容及測量順序、測量結(jié)果的計算方法、測量報告的輸出格式等。

（3） 機匣特征的三坐標檢測脫機編程（仿真）。

直接讀取檢驗模型數(shù)據(jù)，對檢測尺寸要素進行特征識別，針對各種機匣復雜型面、凸臺、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策略，多次驗證實現(xiàn)典型機匣零件檢測路徑規(guī)劃以及檢測參數(shù)優(yōu)化。

（4） 根據(jù)零件數(shù)模檢測特征與實體特征綜合判定，完成機匣零件檢測特征綜合檢測程序評價。

結(jié)束語

近年來，公司更多的型號研制任務，對產(chǎn)品制造周期、加工質(zhì)量、加工成本的要求越來越高，迫切需要我們提高檢測效率和質(zhì)量，滿足科研生產(chǎn)要求，基于模型特征智能檢測脫機編程可脫離零件實物和測量機的制約，減少了零件在檢驗過程滯留的時間，降低了測量機的非增值占用時間，改變以往測量機在機編程模式，將發(fā)動機典型零部件工藝準備由串行改為并行，縮短了工藝準備周期，但其工程化深度應用還需從技術創(chuàng)新和管理創(chuàng)新考慮如下問題：（1） 規(guī)范產(chǎn)品檢驗PMI標注特征，通過典型零組件數(shù)字化檢測業(yè)務實施，明確產(chǎn)品檢驗特征數(shù)模表達樣式，確保零件檢測信息的特征識別與獲取。（2） 確定工藝人員和檢驗人員分工，將檢測工藝和機加工藝分離，同時從技術管理制度上明確檢驗工藝是工藝人員還是檢驗人員編制。（3） 根據(jù)檢測需求確定檢測工藝規(guī)程樣式，明確檢測工藝內(nèi)容，同時在機加工藝中弱化檢測工藝內(nèi)容。

[1]房建國.精密坐標測量技術的發(fā)展和應用 . 航空制造技術，2015(7)∶38-41.

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

[3]劉達新.基于三維CAD和CMM的計算機輔助檢測規(guī)劃系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).中國機械工程，2009(18)：2207-2208.