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民用飞机产品数字化检验方法优化控制的研讨 |
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作者：上海飞机制造有限公司 邹群 |
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摘要：大客飞机数字化设计制造三维数模数字产品的检验是一项新课题。该文对质量工程师如何把握三维数模零件的特征，掌握不同零件的检验特性，有效划分不同的检验方法，优化编制控制检验计划，指导检验人员业务；由检验实践出发，比较全面地分析了数字化检验的分类和优化控制的措施，值得同业人员研究。
关键词：民用飞机 数字化 检验方法 优化控制
引言
大客飞机的零件工程图纸采用了三维数模（PD）的方法，这是一个飞跃进步。为满足飞机数字化设计三维数模数字产品的制造，本文将对实物零件如何有效地检验方法优化控制进行研讨。
1.机加零件检验的工具仪器
目前，在飞机机加零件生产线上，检测方法主要分两类：
1.1零件常规测量工具
长期以来制造检验使用的测量工具都是常规的手动工具，如传统的高度规（带秒表的）、万能角度规，“数字式”游标卡尺（精度0.02mm）、内外径千分尺（精度0.01mm）、检验工装（CKF），以及检验人员自创的一些专用检验工夹具等等，见图1A、图1B所示。
图 1B 所示的检验人员自制的检测工具，可对下陷尺寸和啃刀情况进行质量数据直观分析，圆测头适用于下陷检验、尖测头适用于啃刀的检验。
1.2三维数字检测仪器
上世纪 90 年代末，三坐标机（CMM）从实验室移入了生产制造线，其型号有：C10TA2408型龙门式坐标测量机，规格5000*1400*950；C10TA2204 型龙门式坐标测量机，规格1800*1200*950；固定和移动工作台悬臂式；等。见图2 所示，几种不同规格的坐标测量机设备，适用于大大小小、各种形状曲面的飞机零组件检测。三维数字检测仪器的特点：（1）替代了常规量具无法直接测量曲面的零件；（2）精度高；（3）定量化（数字显示）；（4）同一产品所测尺寸具有可比性；（5 ）所测尺寸不会遗漏。其缺陷是：该测控设备属于精密量具，一般价值昂贵、且受环境温度影响，故在生产线上配有专用的工作室。
当然，现在激光测量仪、扫描仪，数字摄影三维测量系统等测量设备都可以应用于飞机零件的检测。
2.零件数字化检验方法分类
根据不同零件的检验特性，采用不同的检测手段和方法。通过实验和梳理，基本可分为曲面形状和非曲面形状的零件分类。
2.1非曲面形状检验方法
在图3A 中，平台上展示的是一个非曲面形状、且精度高的复杂零件。零件外形是单弧面，长度约1800mm，在弧面上设定位基准有一定的难度。
检验人员应用现有的工具，将零件摆放成图3A 的状态，从而达到了基准定位后的正确检测。
2.2 曲面形状的检验方法
凡是双曲面形状的零件，应选择三坐标测量机进行检测。一般在工艺数控加工程编完成后，即将加工毛坯数模发知质量工程人员编制数控检测计划。这样，在毛坯加工后，可以最快的速度对曲面形状进行测量控制。
3. 零件数字化检验优化控制
3.1工具仪器测量精度的验证
一钛合金材料制作的支架，各个面均是平面,见图5 所示。按照工程口头补充要求：装配连接面的尺寸公差为±0.1。外协提交的三坐标（CMM）检测单，所测得连接面上20个点，存在多个超差。公司入厂接收时，机加检验员对产品的测量数据有质疑，要求三坐标（CMM）复测。
图5 常规测量过程中的零件
鉴于零件的特性，质量工程师和制造工艺员决定采用常规检测工具，已最快的速度来验证连接面尺寸偏差。检验员采用了图示检测方法，复测结果与三坐标仪器检测结论是一致的。于是立即办理故障拒收报告（FRR），从而在满足质量控制的前提下，高效地完成了运营部进度的要求。
图6 主起落架上三个孔的位置
再例，某架次飞机的右主起落架（国外供应商提供）与中舱门板（自制）连接的三个孔之间相对位置存在偏差，影响中舱门板与主起落架的连接安装。总装工艺员要求检测主起落架上的与中舱门板连接三个孔的位置尺寸。
对这个现场安装发生的协调故障，质量工程师对主起落架上三个孔采用了激光跟踪仪和手工检测两种方法；对中舱门板上的三个孔，在现场采用了激光跟踪仪测量，还将该零件送到了三坐标进行了复测。以下摘录的是激光跟踪仪检测报告：
用激光跟踪仪（SMART）分别测量左右各三个孔（见图6 所示，孔位分别为PD02,PD03,PD04），测量数据见表一、表二。
检测结论：
在右主起落架与右中舱门板的三个连接孔中，PD02孔与PD04孔之间的距离偏差1.078；PD03 孔与PD04孔之间的距离偏差0.961。
由表分析，国外供应商提供的起落架存在孔位尺寸故障，这个结果也与手工检测、三坐标测量机的所测数据是吻合的。
质量工程师通过不同工具仪器测量精度的验证，既证明了检测设备所测数据的一致性，也理直气壮地判定了国外产品存有缺陷。
3.2零件关键部位检验优化控制
一有经验的老检验员，在检查连接套管零件时，发现台阶过渡区是锐角，即图示7A 中的无圆倒角部位。核实图纸，附注说明中有一条未注尺寸倒角为0.2，又有一条以三维数模为准的规定；打开三维数模（PD），零件数模上在台阶过渡区是锐角。按常规，质量检验是符合性检查，实物零件满足三维数模的规定，检验员可以盖章放行。经验告知检验人员，套管是一个连接件，在拧紧过程中，锐角部位容易开裂。为了不放过产品质量存在的隐患，他向有资格的质量工程师质询，求得技术支持。
根据金属材料力学“缺口敏感性”原理，航空零件上一般在连接区域都是圆弧过渡，对锐角必须去毛刺等工艺处理。因为锐角部位会产生一个内应力集中区（静态时），飞机在动态的空中飞行，将受到各种力的作用，时不时有外力传递到各个零件上，所以这个小套管上的锐角是诱发变裂的敏感带。因此工程设计存在着产品质量不可靠性，加上制造工艺的疏忽，使产品质量隐患集中到检验人员的身上；如果检验员只追求三维数模（PD）制造符合性，那就有一个缺陷将影响着飞机的安全性。
最后，检验人员凭着高度的工作责任感，不嫌麻烦，办了故障拒收报告（FRR），见图示7B，挂着拒收标签的连接套管零件。
4.零件检验方法优化控制要素
随着大客飞机数字化零件的全面展开，消化三维数模零件的特征，掌握不同零件的检验特性，有效划分为不同的检验方法，指导检验人员业务是质量工程师优化质量产品和控制检验计划的一项新任务。一般而言：
4.1 按照零件的检验特性，划分不同的检验方法
4.4.1 对平面或精度（公差﹥0.1mm）一般的零件，可按目前企业的生产现状采用常规量具进行检验。
4.4.2 经首件检验通过，工程设计稳定、批量投产不带曲面形状的零件，或孔位和孔径精度要求高（公差≦±0.05mm）的零件，可申请提供专用的（CKF）检验夹具，见图8 和图1A所示，能确保零件检验的速率。
4.4.3 对带曲面形状的特制件、特急件，宜采用三坐标仪器检测；这样，既省略样板和模具、又大大缩短了零件交付周期。但经首件检验通过，工程设计稳定、批量投产带曲面形状的、尺寸不超过200×150 规格的零件，可撤销三坐标仪器检测，改为切面样板控制或仅检测加工面的厚度尺寸、也可间隔2~3批定期的进行三坐标仪器复测（因为程控的机床和程编软件已经过验证了）。
4.2提升检验人员业务与素质是关键
数字化设计制造三维数模数字产品的制造是航空业的趋势，则三维数模数字产品的检验更是一个新方向。如图9 所示，在检验现场，一资深检验人员正在操作计算机，按工程设计的三维数模复核实物零件尺寸。
4.4.1 对小于300mm尺寸的产品，按三维数模检验实物零件尺寸，是很直观和方便的。但大尺寸的产品，计算机里的三维数模必须移动、翻转及大小变化，尺寸的读取等，要求检验人员掌握CAD的操作。
4.4.2 目前，在大客试验机生产中，存在着三维数模没有提供尺寸的定位面，或不明确定位尺寸等一些问题，这对正确判断该零件的尺寸是不利的，特别会影响由接合面要求的零件尺寸精度。
4.4.3 按工程设计要求检验，这仅仅是最基本的标准。对型号飞机来讲，工程设计考虑不周的地方，除了工艺制造发现补偿以外，不让带瑕疵的零件流到装配线，这就要靠检验人员的质量文化等知识的底蕴了。因此，完善产品质量、保证安全可靠，优化检验控制要点，需要年轻检验人员向丰富经验检验人员学业务或拜师，尽快挑起岗位职责。
4.4.4 贯彻“按制度办事、按程序操作、按规范执行”的三按原则，杜绝人为障碍，管理上推行“自我控制”的能力素质培养，持续开展岗位业务培训，使大客飞机数字化设计制造三维数模数字产品的检验开创一个新天地。
参考文献、资料
【1】某机加检验站朱玉荣、陈佳屏、吕沈敏等提供的实物资料 2010年12月
【2】104架次主起落孔位检测报告2009年
【3】相关工艺、质量管理程序2010年
【4】三坐标测量邵琦 2010年12月(end)
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(7/23/2012) |
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