飛機起落架零部件數控程序防差錯技術

何多政，郭 輝，沈 勇，許鋒國

(中航飛機起落架有限責任公司，陜西 漢中 723200)

飛機起落架大型結構件的材料主要以附加值高的超高強度鋼、鈦合金等為主，加工難度大，產品超差、報廢時有發生，致使企業蒙受巨大的經濟損失。對各類質量事故原因進行分析和統計可知，程序調用錯誤、刀具補償錯誤和使用刀具錯誤等是造成80%零件報廢的主要原因。一直以來被大家沿用的防止人為錯誤的主要措施是培訓與懲罰，雖然可以避免部分人為錯誤，比如不熟悉操作過程、缺乏工作經驗和適當的作業指導所致的錯誤，但是由于過度疲勞、人為疏忽、忘記等所造成的失誤卻很難防止。長期大量實踐證明：懲罰與教育相結合的防錯方式并不理想。消除錯誤的最好辦法是采用防差錯手段，從工藝設計階段就考慮到可能出現的操作錯誤，并采用適當的方法進行預防，從源頭防止錯誤和缺陷的發生，符合質量經濟性原則[1-3]。

1 工裝防差錯

傳統工裝防差錯是借助安裝于機床工作臺上與加工坐標系原點相對固定的防錯棒執行預設動作，實現差錯防止的一種工藝方法。防差錯工裝如圖1所示。在產品數控加工前，調用預設防錯子程序，刀具執行與防錯棒相對應的防錯運動，對程序原點設置正確性、刀具直徑和根部R正確使用及對刀Z值正確輸入等參數進行檢測與識別。根據差錯警示具體情況進行處理：若刀具在運動中直接與防錯棒發生碰撞，表明原點數值錯誤，需重新確定加工坐標系原點；當刀具圓周運動過程中銑傷防錯棒倒角部位時，反映了刀片(或刀具R)選用不當；當刀具圓周運動銑傷防錯棒圓柱部位時，說明刀具直徑選擇錯誤；當刀具橫向直線運動過程中銑傷防錯棒頂面時，表明對刀Z值輸入有問題[4-5]。

2 程序防差錯

程序防差錯主要是通過主程序運行過程中，調用子程序記錄前階段角度、原點和對刀位置值的差值，在后續進行相應參數差值比較，并通過預先設置代碼段，提示報警或中斷操作的一種防差錯方法。

圖1 防差錯工裝

防錯程序模塊語句一般放在主程序中第1次Z軸定位(如：G90 G0 G54 Z300.)程序段之后，平移、旋轉、鏡像、比列、極坐標和快速定位X、Y軸之前，其主要目的是刀具抬高到安全位置，防止防錯模塊在識別當前坐標系及坐標值時切傷工件。

1)FANUC系統防錯程序調用：

G65 P8000 Dxx Rxx Qxx Sxx

注釋：xx為數值；Dxx為刀具直徑；Rxx為刀具圓角/刀具特質值；Qxx為防錯棒的直徑；Sxx為工位號。

2)SIEMENS系統防錯程序調用：

SCHECK(a，b，c，d，e)

注釋：a、b、c、d、e均為數值；a為刀具直徑；b為刀具圓角/刀具特質值；c為防錯棒的直徑；d為防錯棒坐標系，一般默認為57；e為工位號。

2.1 對稱件的程序防錯

起落架一般為三點式布局，主起落架左右件對稱。因此，起落架零組件中存在大量的左、右對稱件，或是相似零件。由于程序的集中存放，在程序調用時容易出錯，為此可根據數控加工產品和對應工序，規定不可重復的順序號和機床中對應變量的位置，在加工程序中賦予如下所示#1變量規定的順序號，在加工產品前，在變量#5301中賦予與程序相同的順序號，程序才能繼續執行，否則報警退出，通過上述方式可有效降低程序錯誤調用[6-10]。

主要防錯程序段：

(X30283A.TXT,D20R10,THICK)

#1=50012

IF[#5301 NE #1] THEN #3000=1(PROGRAM ERROR) //將產品順序號50012放入指定的坐標系的X地址中

N0001 G40 G69 G80

N0002 G00 G91 G28 Z0.

N0003 G90

…

G01X260.F1500

Y-172.

Z90.

X220.

G03X220.Y-172.I0.J-28.

%

2.2 多工位的程序防錯

起落架復雜結構件一般需借助轉臺、復合轉臺或機床擺頭進行某工位銑削加工。

結構件在旋轉工作臺裝夾加工時，首件加工坐標原點(X,Y)變化由坐標系統參數值判定，工位狀態變化由機床回轉工作臺進行角度控制，并通過回轉臺角度和加工坐標原點的增量方式去實現。批產過程如果坐標原點和角度都無變化，則需要系統產生報警提示，操作者進行狀態確認。

結構件由夾具固定或擺頭加工時，坐標原點(X,Y)變化由坐標系統參數值判定，可以從加工坐標原點的增量方式去獲取工位狀態，后續工位無坐標原點(X,Y)變化的，需要操作者根據報警提示，操作者進行狀態確認。

通過增量智能判斷和人工確認方式的結合，實現加工的分類和程序的工位管理，可極大地提高產品加工的安全性。當加工的零件是多工位時(如加工工位為0°、180°、90°以及特殊角度)，可以進行參數賦值，通過條件判斷語句進行工位防錯。

主要防錯程序段：

(X30286A.TXT,D20R10)

#1=100° //如當零件擺放為100°工位時，需在程序中設定#1=100°，操作者還需在G58的X值中輸入100°。

IF[#1 NE #5301] THEN#3000=1(STEP ERROR) //條件判斷語句，條件滿足時執行，不滿足時報警并提示錯誤內容。

N0001 G40 G69 G80

N0002 G00 G91 G28 Z0.

N0003 G90

G10 L2 P1 Z-566.5

G00 G54 G90

G00 G40 X190. Y200.

Z200.

S1500M03

G00 Z98.

…

注：工藝文件需明確不同工位代表的數值。

2.3 公用坐標值輸入的程序防錯

在零件粗加工或精加工過程中，現場操作人員常在公共坐標系中輸入偏置量以保證X向或Y向加工尺寸，為防止輸入數值錯誤，可根據實際加工余量，設定允許的偏移量。

公共坐標偏移量過大檢查：

(COMMON OFFSET)

#151=ABS[#5201-1.0] //X軸偏移量檢測(設定允許誤差1 mm)；

#152=ABS[#5202-1.0] //Y軸偏移量檢測(設定允許誤差1 mm)；

IF[[#151 GE 0.0]OR[#152 GE 0.0]]GOTO1 //偏移量超差判斷；

N1 #3000=1(COMMON OFFSET ERROR) //若公共坐標X、Y軸有一軸超差，則顯示“3001(COMMON OFFSET ERROR)”報警。

2.4 宏程序報警防錯

宏程序報警的系統變量號為#3000，當變量#3000的值為0～200時，CNC停止運行并報警。CNC屏幕上顯示不超過26個字符的報警號和報警信息，其中報警號為變量#3000的值加上3000。

#3000=1(TOOL NOT FOUND)報警屏幕上顯示：3001 TOOL NOT FOUND刀具未找到；

#3000=2(COMMON OFFSET ERROR)報警屏幕上顯示：3002 COMMON OFFSET ERROR公共坐標偏移錯誤；

#3000=3(STEP ERROR) 報警屏幕上顯示：3003 STEP ERROR工位錯誤；

#3000=4(ANGLE ERROR) 報警屏幕上顯示：3004 ANGLE ERROR角度錯誤。

3 程序防錯案例

加工某型號零件前起落架(見圖2)時，防錯程序采用宏程序調用子程序的方法。操作者需找正零件在機床上的加工原點坐標值和防錯工裝在機床上的坐標值，并分別輸入G54、G59即可(注G59中的Z值為防錯工裝在機床坐標系的Z值相對于G54的Z值差)。

主程序：

…

G65 P8000 D30. R6. Q50.

…

防錯子程序：

O8000 (CHECK TOOL: D_R_)

(G65 P8000 D#7 R#18 Q#17 )

N005 #101=#7 ;(DIMEN OF TOOL)

N010 #102=#18 ;(ARC OF TIP)

N015 #103=#17 ;(DIMEN OF POLE)

N020 #124=#5321-#[[#4014-53]*20+5201];

N025 #125=#5322-#[[#4014-53]*20+5202];

N030 #126=#5323

N035 #105=[#101+#103]/2 ;

G00X[#124+25.0+#101/2.0+30.0]Y#125

Z200.0

S300M03

G00Z200.0

G01Z#126F480 //對Z值的驗證

X[#124-25.0-#101/2.0-20.]

G52 X#124 Y#125 Z#126

G00G90X-[#105+5.0] Y0.

G01 X-[21+#102*COS[45.]+[[#101-2*#102]/2]] Y0.

Z-[#102-#102*SIN[45.]+4-0.1]

G02I[[21+#102*COS[45.]]+[[#101-2*#102]/2]]//對X、Y值和刀具R的驗證

G01 X-[#105+0.1]

Z-[#18+10.0]

G02I[#105+0.1]

G00Z200.

G52 X0. Y0. Z0.

G00Z200.

G91G00G28Z0.

G90

M99

%

圖2 某型號零件前起落架加工

程序運行過程中，按防錯程序段分別進行了程序原點，刀具直徑、根部R及Z值輸入等信息的正確性判斷，未發生異常現象，程序軌跡符合預設運動。程序防差錯可有效防止人為操作過失，進一步降低零件廢品率。

4 結語

對現場數控加工人為操作過失進行分析可知：當程序原點，刀具直徑、根部R及Z值等信息輸入正確時，仍會存在一些因對稱件程序調用、多工位角度、偏置量輸入錯誤等造成的加工事故。為此，本文提出了切實可行的程序防錯方法，可實現程序與工位或工步間關聯控制、工步或工位間的關聯管理、程序與加工方向或角度分布關聯、警示信息的過程管控等功能。并經現場加工驗證，該方法可進一步減少數控加工過程中人為損失，減少中小機械加工企業數控加工過程中的質量隱患。