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字化制造技術已經在整個航空制造領域全面應用。數字化條件下，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字化制造技術已經在整個航空制造領域全面應用。數字化條件下樣板在其功能上產生了根本的變化。模擬量條件下，樣板起到的是數據傳遞和互換協調的作用，離開了模線樣板就無法進行飛機制造的全過程[1]。數字化條件下，樣板功能性已經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。現階段，樣板作為特殊的剛性量具由于其直觀、便捷、效率高、經濟性的原因，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量近1/4[2]。

1 現狀

傳統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、濕度影響發生變形，膠版在繪制后需要在加工現場使用，而使用環境的溫、濕度極不穩定，膠版易變形，此時需要重新繪制新膠版，繼續增加了成本消耗。

（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生的樣板制造錯誤問題的發生。經過對近幾年來的統計結果分析，樣板錯誤主要產生于設計環節，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字化設計及數字化制造的過程，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格的試切件進行一定數量和頻次的切割，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。現在的試件檢驗方式下，膠版只作為電子數據進行存檔，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系統內導出激光程序，并在激光切割機處理軟件內進行排版，完成后按排版程序進行切割。編程員將排版區均分為9個區域，共取1到3個試件，試件所在區域橫縱向延伸不應交叉，如圖1。

激光切割程序排版區域數（以Q表示）與試件數對應關系為：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。

檢測結果在偏差范圍內的試件為合格狀態。

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。

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定性。

5 結束語

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果，到現在的加工過程動態檢查方式，極大提升了產品檢驗效率，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，不斷涌現出新的加工檢驗方式，使航空產業不斷進步發展。

參考文獻：

[1]石晶.數字化條件下三維數模在模線樣板設計中的應用[J].科技創新與應用，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].科技創新與應用，2015（35）：111.