基于試件的模線樣板檢驗方法探究

◎ 劉忠超

數字化制造技術的應用改變了傳統的生產方式，航空設備樣板的功能也發生了一定改變，樣板主要起到傳遞數據信息和協調整體結構的作用，模線樣板是航空飛機制造中不可缺少的內容，保證模板樣板的質量并采取有效方法進行檢驗具有一定的必要性。要加強對樣板檢驗工作的重視，將先進的加工檢驗方法應用到樣板檢驗中，以此提高樣板的制造精度和效率，為航空飛機制造工作的順利開展奠定基礎。

一、樣板的檢驗現狀

以往在對樣板進行加工檢驗的過程中主要采用手工操作的方式，這種方法的工作效率比較低而且還容易出現失誤問題，無法保證加工和檢驗精度。目前比較常用的樣板加工方法是激光切割法，可以根據具體的數據尺寸進行自動切割，比手工加工方法的效率要高很多，制造精度也有所提高。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）每年檢驗用膠版的損耗費用約計近百萬，使投入成本居高不下。

（2）膠版使用后需要大量儲存空間，無形中造成空間資源占用。

（3）膠版易受溫、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。

二、基于試樣的模線樣板檢驗方法總體思路

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。

三、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。

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。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＜Q≤6，切割兩個；6＜Q≤9，切割3個。

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，由檢驗員使用膠版、卡尺或數控測量設備等檢測試件的幾何形狀和劃線。

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.樣板的抽樣檢測。

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，同時繪制膠版，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。

四、實施效果

1.提高了檢驗效率。

以往應用的檢驗方法整個流程較為負責，工作人員首先要做好零件安放工作，確定位置準確后需要進行全面檢查，所需時間在2分鐘左右，而基于試件的模線樣板檢驗方法每種零件樣板只需10秒就可以檢查完成，因此，這種新型的檢驗方法的工作效率比較高，整體的應用優勢較為明顯。

2.減少了資金方面的投入。

以往采用的膠版檢驗方法所需的成本比較高，對于同等尺寸的樣板，采用試件檢驗方式要比膠版校驗方法的成本少25%左右，所以不但能夠提高檢驗結果的精度也可以減少資金上的投入，提高了檢驗工作的綜合效益。

3.發現異常情況可以及時發出警報。

在對試件進行精光切割的過程中，能夠隨時監測到異常波動并進行及時預警，保證樣板切割工作能夠順利完成，通過對樣板尺寸的檢驗可以了解其在實際應用過程中的穩定性。

五、模線樣板檢驗的發展

模線樣板生產是飛機制造的第一步工作，是飛機從設計到生產之間的橋梁，是飛機幾何尺寸的原始依據，是飛機制造過程中保證各類零件、組件、部件尺寸協調的主要手段，飛機的大部分零件和工藝裝備都需要按模線樣板制造和檢驗。隨著飛機制造工藝水平不斷提高，數字化技術的應用和MBD技術的普及，現在一些數控零件有的也此采用先進的三維數字化測量機檢驗，但是有的一些大型復雜的零件，由于外形復雜很難定位，必須采用樣板檢驗，樣板的精度就決定了零件的精度。因此對樣板制造和設計的準確度和精準度提出了很高要求。

結語：基于試件的模線樣板檢驗方法的應用充分提高了檢測結果的準確性，改變了以往的思維理念，通過對不同設備的輸出結果進行收集整理實現對樣板加工期間整個流程的動態檢查，產品檢驗結果的有效性有所提高。另外，使用激光切割樣板時能夠及時發現異常情況并發出警報，為后續維護工作的開展提供了便利，改善了以往檢驗方法中存在的問題。這種檢驗方法在航空領域已經得到了大規模運用，科技水平在不斷提升的過程中該種檢驗方式也可以得到進一步優化與完善，有利于航空制造領域的進一步發展。