基子實B寸檢測的飛機對合（hé）麵加工（gōng）係統設計和研（yán）究
2016-8-26 來源：陝西（xī）飛機（jī）工業(集團)公司（sī）等（děng） 作者（zhě）： 馬二萍 譚小群 李樹軍 羅喜東 梁澤榮
摘要：在研究飛機大部件對合麵加工過程中，通過分析對合麵加X-工藝流程．借助激光輪廓掃描儀獲取加工麵形狀以及基準孔位（wèi）置，計算出待加工麵的平麵度和孔位關係。實（shí）時檢測對合麵的加工狀況，建立精確的飛機對合麵加工工藝流程，以提高（gāo）對合麵加工精度和加工效率，從而提高飛機大部件裝配精度（dù）。
關鍵詞：加工中心激光輪廓掃描儀工藝流程加工精度
近幾十（shí）年來，隨著計算機技術、通信網絡技術以及信息化技術的發展。飛機大部（bù）件數字化（huà）設計製造技術迅速提高n]。在飛機裝配過程中，對大部件對合麵進行精加工的目的是為了消除之（zhī）前工序的累積誤差，保證對接裝配的協調性與互換（huàn）性，進（jìn）而（ér）保證飛機的裝（zhuāng）配（pèi）質量。傳統的（de）飛機大部件對接（jiē）裝配方法采用人工（gōng）強迫定位與裝夾，且無法實現高效精確的對接麵測量，導致對合（hé）麵加工存在較大風險（xiǎn）。大部（bù）件對合麵在裝夾狀態下進行精加工，加工完成放鬆後會產生回彈變（biàn）形，使相對（duì）理論尺寸發生偏移，導致對接困難，而且由人工進行精加工．精度和效率都非常低。
為了在飛機大（dà）部件數字化對（duì）接裝配（pèi）中實現以數控加工方（fāng）法取代傳統方法，筆者以（yǐ）某型飛機中外（wài）翼發房x,-J-接中對合麵的加工係統（tǒng）設計和研究為例，詳細說明飛機對合麵加工過程中的基準（zhǔn）檢測和工藝過程，通過激光輪廓掃描儀對加工前對合麵的平（píng）麵度、輪廓、孑L位（wèi）基準等進行檢（jiǎn）測，經過計算得（dé）出加工量和加工位置，為主軸（zhóu）銑平麵和鑽孔提供位置運動參數依據（jù），完成對合麵的完全對合。
1、對合麵的加工特性分析
飛機大部件數字化裝配係統（tǒng）中對合麵的精加（jiā）工包括麵加工和孑L加工兩部分．其（qí）中對合麵的麵加工主要為銑（xǐ）平麵，使兩（liǎng）個對合麵可以完全貼合。對合麵的孑L加（jiā）工需要經過鑽孔、擴孑L以及鉸孑L等工藝步驟，必須保證精確的孔位、孔徑和表麵質量，才可以實現對合麵的精確對（duì）合（hé）連接裝配（pèi）。對合麵的（de）材料類型對於精加工也有重要影響，主要包（bāo）括鋁合（hé）金7050、鋼襯套30CrMnSiA等，不同材料的切削加工性能也存在較大（dà）差異。
2、對合麵（miàn）加工係統設計
對合麵精加工設（shè）備采用專用加工（gōng）中心．有4個獨立的坐標運動，具備可（kě）在X、l，、Z 3個方向運動的（de）聯動控製單元。另外（wài）繞y軸進給方向有一回轉工作台，可保證對合麵的兩側加工。加工設備坐標軸（zhóu）的確定如圖1所示（shì）。
▲圖1 加（jiā）工設備結構（gòu）示意
圖（tú）1中，X向（xiàng）通過（guò）伺服電機控製運動，以實現（xiàn）加工單元沿對接麵平行方（fāng）向直線運動．采用精密的導軌絲杠係統保證其運動精度。y向通過帶製動（dòng）器的伺服電機實現同（tóng）步運動，為（wéi）防止進給機（jī）構（gòu）在重力作用下下滑，配合平衡油缸實現（xiàn）y軸的平滑運動。Z軸由伺服電機驅動，並（bìng）通過絲杠（gàng）導軌進行傳動．帶動電主軸完成對合麵的加工。
3、對合麵（miàn）加工檢測係統
3．1 測量儀器選擇
本測量係統采（cǎi）用德國（guó）MICR0一（yī）EPSILON高速激光輪廓掃描儀執行檢測工作，其技術規格見表1。激光輪廓掃描儀與電主軸同軸安裝在精加工設（shè）備上，其位置如圖（tú）2所（suǒ）示。
▲圖2 激（jī）光輪廓掃描（miáo）儀安裝位（wèi）置
3.2測量步驟
第一步，執行（háng）機翼對合端麵的平麵度（dù）和（hé）輪廓檢測。加工設備快速移動到檢測位置，激光輪廓掃描儀隨著加工設備的移動掃描機翼對合端麵輪廓信（xìn）息並輸人到控製係統（tǒng）。控製係統計算出中#1-翼（yì）八字板對
合端麵加工量和鑽孔位置。掃描過程示意如圖3所示。
▲圖3 機翼對合麵掃描過程示意
第二步。執行發房對合端麵平麵（miàn）度、輪廓檢（jiǎn）測。加工設備回轉1800，移動至相應工位定位，激（jī）光（guāng）輪廓掃描儀開始工作，掃描（miáo）該對合端麵輪廓信息並輸人到係統（tǒng），係統計算對合端麵加工（gōng）量和製孔位置。掃描（miáo）過（guò）程如（rú）圖4所示。
3．3測量結果
激光輪廓掃描儀在（zài）檢測完成後會生成位置（zhì）數據文件，數（shù）據文件中包含大量的測量數據（jù）信息。因為輸出的測量數據格（gé）式為TXT文（wén）本文（wén）件．此格式文件可（kě）以采用程序方式順序讀（dú）取並（bìng）轉（zhuǎn）換為數據庫文件。精加工設備實現自動化檢測，需要（yào）對激光輪廓掃描儀進（jìn）行應用軟件的二次開發，進行待檢測物（wù）三維輪廓信息的掃描以獲取三維（wéi）位（wèi）置信息數據（jù），如圖5所示．最（zuì）後對必要的（de）麵特征或孑L特（tè）征數據進行提取，解算需要的位置參數。
▲圖5 掃描三維型麵數據采集過程
3．3．1 對舍麵平麵度檢（jiǎn）測
基於三維點雲數據進（jìn）行曲麵擬合，將數據中那些非實體上的點全部剔除，否則會對分析帶來失真。在針對不同特征提取數據時所用的剔除算法也是不（bú）同的（de），針對基於點雲進行平麵擬合的需求，筆者采用的方法是：先擬合出實體所在的表麵，然後根據點到擬合平麵（miàn）的距離來判斷是否剔除。擬合平麵使用最小二乘法擬合，該方法具有誤（wù）差小、穩定性好的特點（diǎn）。特征提取過程如圖（tú）6所示（shì）。
▲圖6麵特征提取及處理軟（ruǎn）件實現
基於最小二乘（chéng）法擬合平麵的思想．結合空間平麵測量的點雲數據求（qiú）解後（hòu），平麵（miàn）曲麵方程（chéng）為：三=似（sì）+6，，+c，然後剔除離平麵距離大於0．2 mm(軟件中（zhōng）的粗度篩選值)的點，得到data zn數據（jù）點，再次經過曲麵擬合的迭代計算，去除個別雜點．最後根據計算式：90。一arccos f1／
)，可計算出檢測平麵（miàn）與主軸的法平麵之間的夾角，從而為主軸加工提供數據依據。
)，可計算出檢測平麵（miàn）與主軸的法平麵之間的夾角，從而為主軸加工提供數據依據。 3．3．2 對合麵基準孔（kǒng）特征檢測（cè）
基於輪廓掃描儀配合伺服驅動實現孑L特征的三維型麵掃描（miáo），以采集的點雲數（shù）據為對象，提出了一種三維點雲（yún）中（zhōng）圓的提取方法。此方法是結合點雲的邊界特征來提（tí）取的方法，並充（chōng）分利用（yòng）了點雲和圖像的對應投影關（guān）係特（tè）性以及圖像處理中成熟的圓檢測（cè）算法．如圖7所示（shì），提取出了三（sān）維點雲中的圓。此方法簡便快捷，易於實現（xiàn）。
▲圖7 7L特征提取及處理軟件實現
4、對合麵加工過程
通過激（jī）光輪廓掃（sǎo）描（miáo）儀對機（jī）翼和發房兩側對合麵進行掃描，計算得出（chū）對合麵的（de）加工餘量和孑L位關係，采用精（jīng）加工設備進行（háng）對合麵加工（gōng），加（jiā）工工藝流程如下。
(1)精加（jiā）工（gōng）設備移動到被加工端麵再定位。
(2)激光輪廓掃描儀對發房對合接頭平麵以及（jí）連接孔進行檢測。精加工係統反轉，激光輪廓掃描儀對機翼對合端麵及連接孔進行檢測，調用對合麵加工算（suàn）法，計算平麵加工量和孑（jié）L位誤差。
(3)通過計算機對加（jiā）工量和孔位誤差進行評價。
(4)上述工作完成後，精加工係統首先更換銑刀（dāo），對機翼對合端麵按照加工量進行（háng）銑削，然後，精加工係統反轉．對發動機上支架端（duān）麵進行銑削。銑削結束後需對機（jī）翼與發房的對合端麵進行對合，檢測對合度。
(5)對合度滿足需（xū）求後，將精（jīng）加工設備移回加工工位．對發房和機翼兩側對合端麵的連接孔進行加工。
(6)完成連接孔的精加工後，將加工係（xì）統移動至（zhì）下一個（gè）工位．進行下一個工位的（de）加工。
5、對合麵加工（gōng）試（shì）驗
為驗證（zhèng）基於實時檢測的飛機對合麵加工（gōng）係（xì）統的可行性，利（lì）用激光輪廓掃描（miáo）儀對（duì）加工麵進行掃描預處理（lǐ），計算出對合麵的加工（gōng）餘量．利用精加工設（shè）備（bèi）進行對合麵（miàn）的（de）精銑和鑽孑L試驗（yàn）。對（duì）合麵（miàn）加工試（shì）驗如圖8所示，其中圖8(a)為機翼對合麵精銑結果（guǒ）；圖8(b)為機翼對合麵鑽孔現場。精銑對（duì）合麵後的平麵度<0．05 mm，表麵粗糙度R。3．2鬥m。對合麵孔加工結果為孑L徑精度H7，表麵粗糙度為（wéi）|Rj．2“m，鑽孔定位精度0．10 mm，重複定（dìng）位精度0．05 mm，鑽孑L垂直度偏差<0．3。，完全滿足加工要求。
▲圖8 對合麵加工現場試（shì）
6、結束語
筆者提出了一種滿足飛機對合（hé）麵加工的實時檢測方法。根據對合麵的加二r：特點，對（duì）對合麵的精加工係統實現數字化加一[，通過激光輪（lún）廓掃描儀確定對合麵的加工餘量。采用精銑平麵和鑽、擴、鉸孔的（de）孑L加工方法，並通過對合麵試切（qiē）加工試驗，對（duì）加工方（fāng）法的可行性進行了驗證．實驗結（jié）果滿足對合麵加工公差要求。
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