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         航天制造业工程师谈测量设备在精密加工中的应用

　　内容摘要：航空航天产品质量优良的保证，必须要有一定的检测手段和标准，这就涉及到各种测量设备的应用了。众所周知，三坐标测量机是这个行业中的必备工具，那么，除了三坐标测量机外，还有哪些测量设备的应用比较广泛，工程师对测量设备在航空航天制造中的应用有什么见解？中国金属加工在线特别邀请了三位工程师与我们分享经验。

　　中国实现宇航员太空行走，让世人看到了中国人几千年来征服月球的梦想即将实现；大飞机项目的实施，并将在2016年翱翔蓝天，使我们看到了中国屹立世界航空强国的希望将变为现实。这一切的巨大成就，都将印迹在中国的历史长河中。但是，我国航空航天事业的腾飞，离不开从事航空航天事业的每一名员工的成长和机床工具业的进步，航空航天事业的发展也是对我国金属加工业发展的有力见证。

　　航空航天产品质量优良的保证，必须要有一定的检测手段和标准，这就涉及到各种测量设备的应用了。众所周知，三坐标测量机是这个行业中的必备工具，那么，除了三坐标测量机外，还有哪些测量设备的应用比较广泛，工程师对测量设备在航空航天制造中的应用有什么见解？中国金属加工在线特别邀请了三位工程师与我们分享经验。

　　航空航天制造业与普通制造业有着巨大的区别，航空航天产品出现质量问题就会造成不可估量的后果，因此，测量设备的贡献是不可磨灭的。那么航空航天企业中应用到的测量设备有哪些，这些设备有什么特点？

　　孟宪明（中国空间技术研究院第五一八研究所）：按航空航天型号产品的结构、用途和特点，除选择通用的检测设备外，应用在航空航天机械制造上的测量设备还很多。主要有三类：

　　①光学比较仪，它是一种精度较高的光学机械式计量仪器，在机械制造和仪器制造中有着广泛的应用，主要用于相对法测量。

　　②数字影像测量仪（视频测量显微镜、CNC视频测量仪），能高效地检测各种形状复杂工件的轮廓和表面形状及尺寸、角度和位置，特别是精密零部件的微观检测与质量控制。

　　③三坐标测量仪，是航空航天机械制造常用的测量设备，主要进行接触式测量，可以自动执行测量功能，具有高稳定性的测量系统，能够快速有效地完成通用检测，有效地提高检测效率，确保测量精度及稳定性，可替代工具显微镜和投影仪，具有系统分析和自动检测等功能。　

　　汪学斌（中国航天科工集团第九研究院 国营险峰机器厂）：作为航天科研生产单位，我公司具备各种类型的加工中心，其中包括高速加工中心、五轴联动加工中心、四轴联动加工中心等。同时，利用航天数控系统、赛维数控系统和FANUC、西门子经济型数控系统，将多台普通加工检测设备进行了数控改造。在保证生产设备的同时，还拥有青岛海克斯康三坐标测量机、德国ZollER smil600精密对刀仪、德国瓦尔特数控刀具刃磨机、英国雷尼激光干涉仪等辅助设备，并通过DNC网络实现了与数控设备的互联，初步建立了数控设备集群控制平台框架和管理模式。但是也有一些不足，例如三坐标测量机没有配有逆向工程的应用软件，仅用于精密零件的测量，浪费了设备的原有功能。目前，精密对刀仪设备（设备有联网功能）也没有联入DNC网络，刀具系统测量的全部过程都由人工手动来完成，影响了检测质量和效率；激光干涉仪设备也仅用于数控设备定位精度和重复定位精度的检测和补偿，缺乏对机床在线工作情况下动态特性快速诊断和检测能力，难以实现误差的自动补偿，难以保证其加工精度，而且目前对于加工系统的在线检测技术的应用也是非常有限的。

　　张胜文（中航集团哈飞公司）：我公司测量设备中所用到的测量设备主要有：①海克斯康公司的performance活动桥式三坐标测量机，主要用于小型飞机机加结构件的检测；大型高架桥式三坐标测量机，主要用于飞机大部件、飞机复合材料制件等工件的检测。②韩国固定桥式DUKIN三坐标测量机，主要用于中小型飞机结构件的检测。③美国CAUTION Global 三坐标测量机，主要用于大中型飞机结构件的检测。④德国蔡司公司的精密三坐标测量机等计量型，用于高精度制件检测以及计量校测。⑤接触式关节臂测量仪，用于飞机型架、模具测量。⑥激光雷达测量仪，可进行正面、背面全局测量。

　　国产产品具有价格相对便宜，售后服务较快，配件齐全的优势，但是总体高精度的设备与国外产品还是有差距，有些公司软件的配置和应用不如国外。国外产品除了价格较贵，产品换件时需要国外进口的劣势外，也有一定的优势，比如测量精度高、性能稳定、使用寿命长、软件配置齐全等。

　　我们在测量软件、逆向工程软件方面几乎都是国外产品，希望国内厂商在今后努力减小此方面的差距。

　　航空航天产品零部件的结构越来越复杂，对加工设备和检测技术也越来越高，对这种问题，我们应当如何解决？

　　孟宪明：测量设备的性能直接影响型号产品的质量，由于构成航空航天型号产品的零部件大多是单件小批量生产，要求测量设备功能性比较强、精度要求高。具体可以从四点考虑：①测量设备应根据被测产品的技术要求，对测量器具本身的精确度进行选择。②根据工件尺寸大小的形状确定测量设备的规格。③根据工件公差等级选择测量设备的精度，要求测量设备产生的测量误差必须小于1/3或1/2零部件的公差。④要求测量设备精度高、灵敏度高、稳定性好并方便可靠。

　　汪学斌：目前存在以下困难：

　　（1）刀具系统检测手段落后 通常生产现场上刀柄由操作人员自己保管，刀具到库房领用，然后将刀柄、刀具组合，在对刀仪上测量刀具参数，并将刀具参数手工输入数控机床，这导致加工准备时间很长，制约了加工零件的快速转换。因此，需要建立数控刀具管理系统，将刀具、刀柄集中管理，集中装配，刀具参数存入刀具管理服务器，在加工需要时，快速、准确地将DNC网络上的刀具参数下载到数控系统中，缩短生产准备周期。

　　（2）高速数控刀具动平衡检测仪设备缺乏 高速加工是一种与传统加工有着明显区别的加工方式，其对刀具、刀柄组合后的刀具系统的动平衡要求十分严格，在20 000～30 000r/min的高转速下，刀具系统微小的不平衡，就会对加工精度造成很大的影响，甚至对刀具系统和机床主轴造成严重损害，最终影响高速加工技术的应用。因此，开展高速加工技术的工程运用，需要对高速加工刀具系统进行严格的动平衡检测，才能达到高速加工的目的。因此，需要引进高速动平衡检测仪及配套软件，如德国Haimer。

　　（3）刀具破损检测系统的应用不足 在产品加工过程中常常要面对刀具破损问题，识别刀具破损的位置和原因是个难题，而废品、再加工、机床停机和延误这些因素又进一步降低了生产效率，提高了成本。目前所配的Renishaw MP12、OMP60等测头不具有此功能。因此，在重要设备上需要采用更高级的TRS检测系统，这种新型刀具检测识别系统能够区分刀具、冷却剂及切屑，在实际加工条件下系统将激光光束发射到刀具上，并监控反射回来的散射光，以确定刀具是否破损。需要引进TRS检测系统，实现数控机床用测头系统的升级。

　　（4）在线检测技术的应用不足 在线测量技术应用于数控系统，其最直接的经济效益就在于既节省了工时又提高了测量精度。而且由于利用了机床数控系统的功能，又使得数控系统能及时得到检测系统所反馈的信息，从而能及时修正系统误差和随机误差，以改变机床的运动参数，更好地保证加工质量，促进加工测量一体化的发展。因此，需要引进在线检测系统，同时对数控机床在线测量升级改造。

　　（5）激光干涉仪亟待升级改造 通常数控机床非正常的工作将造成重大损失，必须对数控机床的故障和动态特性快速诊断和检测，实现误差的自动补偿，保证数控机床的精度保持性和稳定性。因此需要对现有的激光干涉仪进行升级改造，增加必要的附件和软件工具，以建立统一的数控机床及在线检测设备精度等级、设备状态管理、定期校准的数据库，为提高数控机床的利用率奠定基础。

　　（6）CAD/CAM/CAE软件诊断检测功能不足 随着计算机辅助技术的不断发展，3C软件的智能化、专业化不断发展。目前所使用的PowerMill多轴编程软件仿真模拟功能欠缺，尤其在五轴联动加工过程中，其刀具系统的碰撞问题难以检测，同时刀具的运动轨迹难以实现优化，都制约了3C技术在实践加工中的应用。因此需要引进专业的多轴模拟仿真软件，如Vericut等。

　　如今服务质量和产品质量的高低是企业生存的根本，那么对测量企业的服务有哪些看法？

　　孟宪明：优质的机械制造产品离不开测量技术，而测量技术需要高质量的检测设备。作为用户而言，只要有好的信誉度和服务质量，能满足航空航天企业产品质量要求，其检测设备的性能、指标符合型号产品检测技术要求，无论是国内的还是国外的设备都可选用。供应商除做到常规服务外，其宗旨是对检测人员进行设备操作和使用的培训，对检测设备提供终身维修服务。利用先进技术、网络服务平台，对设备进行跟踪服务、对话咨询服务。积极对用户所提的问题进行回复，及时进行软件的技术更新换代和系统升级服务，供应商要生存和发展，首先要以产品质量或工作的质量取胜。

　　张胜文：在服务商的售后服务方面，国外产品有技术和产品质量的优势，国外服务商更应加强本土化服务方式，增加国内各城市的服务网点的建设，新的测量技术的推广培训工作。国内服务商应在产品引进消化理解的基础上多做技术改进和技术创新，同时更好地提高技术人员的业务水平，在测量技术、逆向建模、甚至数控加工等方面提供全方面的技术和售后服务。