航空发动机制造中的在机检测技术

保证航空发动机零件制造精度的重要性不言而喻，传统方法用三坐标测量机或其他专用量具进行检测，一方面对大型零件需用大型昂贵的三坐标测量机或多种专用量 具，需要大量投资，并且带来从制造、存储到校准、维护一系列麻烦。另一方面，若零件超差，则需重干、修补或报废。因此美国康涅狄格州米德尔顿的普惠公司， 早在1990年就开始采用在机检测技术，它是喷气发动机零件加工领域中在机检测技术早期采用者。普惠就成立了由各部门人员组成的小组来发展和贯彻质量控制 与自动工件检测战略，我们从风扇外罩壳这一大型、高价值的复杂薄壁零件的加工工艺入手，在Renishaw（雷尼紹）的帮助下完善了我们的方案，我们见证 了在机检测技术是如何在柔性制造高价值零件中发挥效益的,详细过程如下。 完善机床精度 质量控制中第一个挑战是如何保证机床精度，机床也和其它量仪一样需要定期校准，首先用激光干涉仪标定机床，然后用标准量具标定测头，使测头测量精度可以溯源到国家标准测试院（NIST）。 我们最初对机床全行程进行校准，但这样使停机时间加长，后来改为只对加工区域进行补偿，这样明显节省时间但不影响加工精度。 测头测量精度可以用样板来保证，三测机测得样板在20ºC时的尺寸，然后用机床测头测量得出差值，用此差值补偿现场的测量结果。 事实上，样板的测量和用标准量块标定测头作用一致，而且还可以设定零件原点。 在普惠，样板常是夹具上的一部分，有时也可以是一个标准块规，对关键特征，我们特别加工一个样板，比如在夹具上加工一个孔来确定高度和角度位置。对于风扇外罩壳，这种由1600个三角形内腔组成的外框架结构，样板则为一个实际加工出的内腔。样板需要经常标定以保证精度。 全面广泛的测头策略 在普惠对发动机零件质量控制的关键是用测头监控零件加工和反馈。新零件的检测方法需要通过验证才能正式采用，我们测量新零件，记录下所有尺寸，然后和其他的方法（三测机，量仪等）比较，在机检测结果与其他方式获得的差别应在10%之内。 由于测头延时，要获得更高的测量精度，需用标定的方法来补偿，补偿值通常是在0.025-0.035mm之间。 加工前，对所有刀进行对刀，获得直径和长度偏置。在钻铣床上，我们对盘铣刀的各个齿进行检测，包括检测径跳、直径和破损。在测量程序中我们设定允许变化值，损坏的刀具将被剔除。我们也对磨刀后直径的微小变化进行补偿。 半精加工时，我们尽量按精加工的切削量来切削，然后测量零件找出零件变形、让刀及刀具磨损量。精加工后进行测量，根据检测数据判定零件合格还是报废。数据存入AMIS（自动在机检测系统）数据库中进行统计分析。 自动编程 近来，我们开始使用商业软件来简化和加快检测程序的编制。我们用UG模板来设定位置和产生子程序，如编制一个腔体的测量子程序，然后将测头定位到腔体处调用此子程序。 过程控制的优点 工件检测数据是工艺改进和设计的重要资源。我们利用这些数据作工艺论证。图表使制造工程师可以知道尺寸是否在漂移，提醒我们质量开始失去控制，需要进行分析研究，在制造出不合格零件前进行修正。 测量数据用于计算CPK，一旦显示加工过程已经稳定，CPK值高于2.0，我们会很满意，并且减少样品的检测，如风扇外罩的检测，最初花费4小时，大部分时间花在三角形内腔的检测上，一旦稳定后，我们就减少内腔检测数量，现在，检测只用不到2小时。 稳定的控制加工对减轻零件重量特别重要，尤其是我们航空发动机行业。由于能仔细地控制壁厚，我们能把零件控制到所需重量，如风扇外罩，开始时毛坯 重1,814kg。用立车加工内外径使其厚度为76.2mm。然后转到卧式镗铣床加工外部的1,600个三角形内腔网格结构，加工深度为 25.4-6.3mm，网格侧壁加工成I形截面获得高强度，使直径2,997.2mm，高1,320.8mm的成品零件重量减到204kg。 总而言之，在机自动检测提供完善工艺和制造方法的反馈，在普惠是降低投资、减少工序时间和成本，改善机床加工精度的重要方法。

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