超聲測厚在機床上的應用研究

王超　鄭小偉　杜剛

【摘??要】近年來受到多機種混線生產、產量增加帶來的沖擊，西飛公司在大型鋁合金零件的現有自動化加工水平的不足突顯出來。通過本項目研究，解決了大型鋁合金零件加工過程檢測手段落后和檢測過程費時易出錯兩大問題，提升了大型鋁合金金屬構件整體加工效率和加工可靠性，實現無人值守穩(wěn)健加工。

【關鍵詞】自動化;可靠性;加工過程檢測;無人值守

1引言

目前大型鋁合金壁板、鋁合金梁數控加工存在問題：零件腹板壁厚依賴人工檢測，檢測效率低且測量結果易出錯，存在測量盲區(qū);自動化加工程度低，加工質量和加工效率依賴于操作工技能水平和精神狀態(tài)，產品質量存在隱患，加工效率低加工周期不穩(wěn)定。

2實施過程

針對以上兩方面問題，基于新型柔性加工中心，開展大型零件新技術探索，預期實現無人工干預、高質量和高可靠性的穩(wěn)健加工。主要研究內容有：

1）大型零件壁厚自動檢測自動保證技術研究，為無人值守自動化加工打下基礎;

2）開發(fā)參數化程編技術，大幅提高工藝準備、設備操作效率和質量，改變程編人員工藝準備理念;

2.1設計了機床端壁厚自動測量和誤差報警程序

針對傳統(tǒng)手工鋁合金零件腹板壁厚測量方法效率低、測厚偏置值計算易出錯、測量存在盲區(qū)（翻板銑上較高處）等問題。在新SonicEye聲波測厚儀（帶HSK63-80刀柄）基礎上，通過子程序嵌套和參數化編程，開發(fā)了聲波測厚儀自動標定、大型鋁合金零件壁厚自動測量和自動補償程序，當出現異常測量及偏置量時，自動報警停止加工，避免造成零件質量損失。測量結果以日志形式輸出，未來根據設備壁厚測量日志（測量儀器經過標定合格），可逐步申請零件腹板厚度免檢，提高交檢速率。

圖1?機床超聲測厚流程

傳統(tǒng)機床超聲測厚中，僅能對單一槽腔進行測厚（無法同時對多個點位測量），測量后的誤差補償值僅在單一刀具長度磨損量中，在補償量較大時，在零件腹板根部會產生較大殘留或過切，該測量補償方法不可取。

創(chuàng)新設計了根據不同材料的多點測量和補償方法，通過測厚儀標定保證測量值準確性，可在機床不停機狀態(tài)下完成多槽腔壁厚自動測量和自動補償功能。解決了傳統(tǒng)手工和機床超聲測厚的弊端，為高可靠性的自動化加工方案提供技術支持。

2.2設計了工藝端超聲測厚循環(huán)程序

針對超聲測厚無專用后置處理問題，創(chuàng)新設計了免后置處理，僅僅需要生產測厚刀路軌跡APT文件，通過小程序處理流程，即可完成工藝端多點測厚程序。減少了后置編譯環(huán)節(jié)，避免了購買高昂的專用后置處理模塊。

圖2?工藝端超聲測厚流程

3實施效果

3.1大梁類零件壁厚自動測量和自動補償

零件壁厚自動測量和自動補償在試塊上、典型件、大梁類零件上逐步驗證，已完全掌握機床在線測量壁厚（1～10mm）技術，測量結果誤差為±0.02mm，滿足產品質量要。目前該技術已在批產的英宇航中段后梁和072工程外翼中段前梁上充分驗證。下一步將該技術廣泛應用于大型鋁合金壁板、梁、肋類零件中，同時將對機床測厚設備通過質保體系驗證，腹板測量結果可作為最終產品驗收依據，進而實現產品壁厚免測量，提高產品交檢速率。

圖3?大梁類零件超聲測厚

3.2參數化程編廣泛應用

以往銑平面程序、銑孔、攻絲程序靈活性低，當現場毛料尺寸發(fā)生變化時不能及時調整，而通過參數化編制銑平面、銑孔程序后，進行對關鍵參數進行修改（安全面、起始、終止面及切削參數等），即可滿足加工需求。通過參數傳遞方式，可實現靈活的帶參數傳遞子程序調用。目前該銑平面、銑孔、攻絲參數化程序已廣泛應用于多項梁和壁板加工程序中，為工藝準備節(jié)約寶貴時間。

4小結

大型鋁合金梁類零件加工中壁厚自動測量補償技術填補了國內的技術空白。通過高效高可靠無人干預加工技術應用，大型鋁合金零件綜合加工效率提升15%以上，通過自動化監(jiān)測手段產品質量穩(wěn)定。該項目研究成果可推廣至其它大型長桁、肋、框的制造控制，形成大型鋁合金類型零件的高效高可靠無人干預加工核心技術。

參考文獻：

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（作者單位：中航飛機股份有限公司）