航空發動機金屬導管數控彎曲程序自動修正技術研究

段聰毅 王忠巍 李東

摘 要：航空發動機導管規格各異，外形多樣，常被比作“發動機的血管”。導管裝配精度要求較高，在裝配過程中部分導管時常需要人工校形，從而延長了裝配周期。導管彎曲成形的精確度直接影響管路制造整體質量，考慮到金屬導管在彎曲過程中必然發生回彈變形，開發彎管程序自動修正系統在彎曲程序中合理給定補償值以保證彎管外形符合設計圖尺寸公差要求。

關鍵詞：數控彎管；程序修正；應用技術

目前，發動機導管的管子材料大體包括不銹鋼、高溫合金以及鈦合金，外徑規格范圍為Φ6～Φ53。傳統彎管生產方式為：在設計模型初始YBC數據的基礎上，操作工人憑工作經驗根據管料材料和規格設置回彈系數，然后直接進行彎管試驗，彎曲完成后將彎管置于相應的專用量具上進行比對，并根據實際比對情況對彎管程序進行人工調整，在經過3～5次彎管調試后使管形最終符合專用量具。這種生產方式存在過程繁瑣、程序調試時間過長以及過度依賴現場操作者工作經驗的缺點。現開發數控彎管機及激光管形測量機的彎管程序聯合修正功能，通過最少的彎管試驗次數使彎管管形符合設計圖精度要求。

一、研究背景

目前國內外導管制造廠商越來越多的應用高度集成化的彎管生產系統，矢量彎管技術作為導管彎曲生產自動化的基礎，為導管的設計制造一體化創造了必要的條件。美國麥克唐納·道格拉斯飛機公司在導管的設計制造一體化方面邁出了一步。它將VECTOR系統與設計部門的大型計算機相連接，根據生產部門安排，VECTOR系統接收儲存在計算機存儲器內的管形數據，并編制彎管程序，進行導管生產，效率顯著提高[1]。而為了在保證生產高效的同時控制并提升產品質量，數控彎管程序自動修正技術應運而生。

二、研究目標

對于基于設計三維管路模型制造的導管類零件，全面實現數字化精確彎曲成形。大幅降低管子在制造過程以及裝配過程中的人工校形量，降低導管校正報廢率。

三、導管數控彎曲程序修正技術開發

（一）研究對象

航空發動機彎曲成形類金屬導管。

（二）具體方案

1、獲取管形數據

使用三維建模軟件提取設計三維模型管形數據，并以YBC彎管程序形式輸出至測量機電腦中。

2、彎管機接收數據

開啟彎管機和測量機的信號通訊，將YBC彎管程序傳輸至數控彎管機中。

3、彎曲試件

調試彎管機保證穩定運行，依據導管試件材料和規格初步設置彎管參數（回彈系數、壓模力、釋放間隙等），彎曲首件試驗件。

4、彎曲程序修正

將試彎管件送至管形測量機處采集管形數據。使用開發的自動修正模塊將采集到的管形數據與理論模型管形數據進行Best-fit擬合比對，評價其管形符合程度。另外精確測算每個折彎點的位置偏差，智能反饋輸出程序補償值。通過測量機與彎管機的數據連通將補償數據與原彎管程序進行數值疊加以實現彎管程序的自修正。修正后的程序導入彎管機進行下一次試彎，循環修正直至管形合格。

5、彎曲程序固化

通過1～2次采集對比試彎件與理論三維模型的管形數據，最終獲得一個能夠彎曲符合管形輪廓度要求的YBC彎管程序，并將此程序與三維模型管形數據一同保存在“.prt”格式文件中，待下次生產該導管零件時直接調用進行彎曲。

（三）技術要點

1、人工干預少、數字化程度高

采用該方案生產導管零件，可以打破以往只能依賴操作者工作經驗給定導管回彈系數及彎管機參數的傳統程序修正方法的束縛。實現彎管過程數字化，彎后管形檢測數字化。

2、產品研制效率高

應用導管管形自動開發模塊可精確、迅速測算彎管管形與三維模型的差異并立即通過計算得出補償值，實現彎管程序快速修正。

3、科學的在線檢測生產模式

采用“邊生產，邊檢測”的生產模式，在線檢測彎管尺寸，及時將尺寸偏差反饋給加工設備，能根據不同生產狀態即時修正彎管程序，從而有效避免彎管成批報廢，有效控制廢品率。

四、實施方案過程記錄

（一）對象

1Cr18Ni9Ti不銹鋼導管（規格Φ16×1）-2件

（二）設備

CNC數控彎管機、激光管形測量機

（三）目的

導管彎后管形控制在設計模型外廓增加1.5mm的輪廓范圍內，并符合設計技術要求（圓度、波紋度等）。

（四）試驗過程

1、由試彎導管理論管形LRA數據轉換為彎管程序。

2、將YBC彎管程序傳入數控后，在彎管機控制器輸入回彈系數（固定回彈1°，比率回彈2%）。彎曲首件導管，測量管形LRA數據。

3、測量機反饋彎管程序補償值，與原程序進行疊加計算，獲得補償修正程序。

4、彎管機接收補償修正數據后，彎曲第二件導管，測量管形數據。

5、在測定第二件導管后輸出其管形檢測報告。在報告中可以查詢每個管形控制點與設計模型控制點的偏差值，另外還可以查看導管端端點點的徑向和軸向偏差。通過在報告中檢查上述指標（見表1）就可以判定該導管零件的管形符合設計要求。

五、結束語

采用CNC數控彎管機和管形測量機的協同運行對管子程序進行修正補償，可實現金屬導管精確彎曲成形，滿足設計管形要求。應用該項技術取代人工修正、校正管形的生產方式可減少研制導管產品彎曲程序的修正次數，縮短研制周期，大幅提升導管彎曲合格率，同時用會顯著提高導管彎曲精度，減少導管生產及裝配過程中的校正量并降低校正廢品率，降低生產成本。該技術的成功應用意味著金屬導管彎曲成形進入了數字化制造階段，為未來基于三維模型的無樣機管路智能制造提供了堅實的理論和生產實踐基礎。

參考文獻：

[1]鄒華杰，數控彎管機應用與技術要點[J]洪都航空工業集團，2005（5）.