为制造航天飞机作出贡献的龙门式测量机

作者：海克斯康测量技术(青岛)有限公司

欢迎访问e展厅 展厅 6 三坐标测量机展厅 三坐标测量机, 关节臂测量机, 逆向工程/测量机软件, ... 1991年12月，一台庞大的LAMBDA 5606型龙门坐标测量机安装在了设于意大利都灵市的DEA的工厂里。然后又对其进行了分解，并发运到美国的新奥尔良。不幸的是，遭到严厉批评的先进固体火箭发动机计划（ASRM）作为国会的一项经济措施而被砍去，这台庞大的测量机便被束之高阁长达5年多的时间。 Thiokol的工程师们知道这台封存起来的龙门系统，并理解将它用于自动测量能极大地提高测量工作的产量和一致性。Thiokol的资深主任工程师库尔特.维克负责CMM的安装。他说这项提议具有重大意义，因为NASA 已经在测量机上投资了90万美元，最后的安装可能在尤他州的克利尔菲尔德市。Thiokol推进装置部的翻修工作中准备以上述成本的很小的一部分完成。NASA同意将这台龙门测量机发运到Thiokol推进装置部。 Brown & Sharpe公司的售后服务部签约，作为主承包商负责安装这台龙门系统，并将其和现有的一个旋转平台综合在一起。安装工作于1998年初完成。 维克说：“由兰迪.沃伦领导的售后服务队伍和我们合作，以确保NASA所花的这笔钱将取得最大的价值。”这个售后服务部的服务范围包括： - 清点和外观检查5年前发运的19箱龙门系统的部件和有关的设备。 - 就龙门测量机系统推荐和转包增强这台龙门系统的现有基础（而不是建造新基础）。 - 向Thiokol技术公司展示不同的软件方案，并帮助公司选择一种能最好地满足其目标的软件，包括将这台龙门系统和一个旋转平台综合到一起。 - 消除了添加额外旋转平台控制器硬件的必要性，这既减少了翻修成本，又缩短了交付时间。 - 帮助Thiokol推进装置部评价并规定最合适的空气干燥系统。 - 装配此龙门系统并提供培训。 平台上的龙门系统 在对此龙门式测量机进行投标之前，Thiokol推进装置部咨询了多年来一直使用类似LAMBDA这样的龙门测量机的几家制造商。 目前的用户报告说，他们很满意他们系统的机械性能，并且相信，在安装之后的10年里仍然能满足他们的需要。在Thiokol推进装置部封存LAMBDA的龙门式CMM期间，虽然机械领域几乎没有什么变化，但是计算机和软件领域却发生了极大的变化。 Brown & Sharpe公司提供了多种软件供选。Thiokol推进装置部最后选择了用于WINDOWS™的PC-DMIS™。PC-DMIS™在速度特快的英特尔处理器计算机系统上运行，使用CAD生成的图形文档作为零件自动化编程和CMM工作的基础。在这一应用中，WIDOWS平台的PC-DMIS软件的一个重要特点是此软件能同时控制Thiokol推进装置部的一个4轴的旋转平台。 此旋转平台已经和一个刻度盘指示器结合起来，共同用来测量桶式火箭助推器部分的TIR部分。这个168英寸(426.72厘米)直径的旋转平台能够支持40,000磅(18,120公斤)的重量，大大重于添加燃料之前的火箭助推器的重量。为了确保这个平台的精度，Brown & Sharpe公司和罗克维尔自动化公司签订了转包合同，用一个高位置精度的数字式交流马达系统替换了此旋转平台上的马达、齿轮箱、伺服装置和控制器。 此旋转平台装在一个505000磅（229,063公斤）重的水泥惯性块上。这个惯性块又放在15个减震垫上，将它与地面的震动隔开。因为此龙门系统支柱间的距离大于以前建造的惯性块，于是又制造了一个特殊的钢结构把龙门系统安装在这个惯性块上。设计这个结构时的关键问题是限制这个巨大质量的龙门测量机运动或者停止时产生的漂移量。 这台龙门式测量机的测量范围为128 英寸x 128英寸 x 100 英寸（3251.2 mm x 3251.2 mmx 2540 mm） 。完全伸展之后，此系统有23英尺（7010.4 mm）多高。在上方的起重机和此龙门机的Z-滑块上均装有电子眼，以确保这些设备不会互相碰撞。 据维克介绍，售后服务部花了4个月的时间来监视这个基座、旋转台的翻修、龙门机的安装、软件的4轴综合，并在此软件的使用中培训了4名员工（操作员、工程师和编程员）。 这个4轴龙门系统坐落在一个高台上，那里的温度保持在68°F ± 0.5°，湿度保持在45%±10%的范围。平台的旋转精度为±2 / 3600º；而在其整个测量范围内的测量精度为±0.0020英寸（50 µm）。 火箭Refurb 101航天飞机发射所需的80%的推力(800万磅)（3,628,720公斤）由太空梭两侧的两台RSRM提供，其余的20%来自航天飞机的三级主发动机。可再使用航天飞机火箭发动机（RSRM）的直径是12英尺2英寸（370.84厘米），含喷管在内高126英尺（38.4米）。起飞前，每一台RSRM重124万磅（562.45吨），90%是推进剂。与设有大量管道与阀门的液体火箭相比，现在的固体推进剂系统极其简单。它只有三个主要部件：气动力锥，它内装助推器重返大气层用的降落伞；助推器，它含有4个圆桶型钢壳，钢壳内装燃料；和在火箭底部控制火箭方向的喷管。 在飞行大约2分钟之后助推器开始消耗燃料，当时航天飞机已达到155000英尺（47.244公里）的高度和3100英里/小时（4988公里/小时）的速度。这时，RSRM同航天飞机分离，并溅落回大洋之中。地上人员派出船只找回助推器，并将其拖到岸边。将它们倒空海水，冲洗干净，分解成组件，目视检查损坏情况，然后运回Thiokol推进装置部进行翻修。火箭助推器中的某些钢部件已经重复使用了13次。 维克说，翻修RSRM时最重要的考虑是航天员的安全。“我们用“细齿梳子”一遍又一遍地“梳理”每一个部件。如果火箭以不利的角度溅入水面，可能会出现结构损伤，并需要额外的测量。一个更经常的问题是由于大西洋的高腐蚀盐水造成的麻点状腐蚀。如果麻点不光滑，就会发展成裂纹。火箭助推器的钢制高压壳体只有1/2英寸（1.27厘米）厚，必须多加小心，确信同一地方没有去掉过多的金属。” “虽然这一系统将被用来测量助推器压力壳体，但是这个龙门系统应用最频繁的场合可能是测量喷管部件和在制造及翻修过程中使用的工具。”测量机的操作员戴尔.拉森这样说。例如，一个模压酚醛衬里用在喷管里面，保护喷管免受高温影响。此龙门系统用来从尺寸上保证此衬里与喷管部件能良好地配合。Thiokol便使用WINDOWS的PC-DMIS软件提供的DATAPAGE统计软件包来从统计的角度证实，这种工具处于公差范围内，并决定何时需要制造新的工具。 此龙门系统还正被用来测量可能是世界最大的模具衬里所用的工具。巨大的橡胶铠装用在助推器部件之间，来为内部的推进剂表面提供一种可控制的燃烧方式。这种龙门式系统还用于测量直径为168英寸（426.72厘米）的橡胶模具。此模具装在壳体内，制造这个部件用的橡胶材料可以在重新制造期间再浇入进去。 拉森说，NASA 批准了安装这个4轴的龙门系统。在其原有能力基础上，从RSRM上测 取的数据量可翻一番，而在其尺寸测量过程中所花费的工时可减少60%。这将使Thiokol用一个小小的班子，即日常操作这一龙门系统的三名操作员即可满足不同的测量要求。他说，使用这台庞大的4轴DCC CMM还将改善测量一致性，因为它消除了程序性变化，而这些变化具有渐渐演变为手工测量的趋势。根据他迄今为止的经验而言，他确信这种判断还是很保守的。 为了确保宇航员和航天飞机的安全，批准新的测量程序的评审过程漫长而细致。 1998年1月，Thiokol得到了在它的工具测量应用中使用此龙门系统的批准。对于用它测量部件的批准也即将来临。拉森觉得，要在这台LAMBDA龙门式机床上测量的第一个RSRM部件将是由宇航员圣 . 约翰 . 格林从事的具有历史意义的太空飞行任务之后返回的那些部件。 关于用户 Cordant技术公司是供航天、国防和商业发射用途而生产高技术固体火箭发动机的世界最大的生产公司。Thiokol 推进装置部则是Cordant技术公司的一部分。1997年，它在寻求既能改善它的测量能力，又能提高它的在航天飞机计划中使用的可再使用火箭发动机（RSRM）的产量的方式。Thiokol签有合同，负责制造重达124万磅的固体燃料火箭发动机，并在它们从执行各种太空任务返回后对它们进行大修翻新工作。为了保证这些发动机再次使用时的安全，Thiokol对每一飞行部件都进行了数千次的检查。这是一种缓慢而痛苦的检验过程，在很大程度上取决于手动测量工具，诸如高度计和巨大的外径内径千分尺。(end)

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