航空发动机金属导管数控弯曲程序自动修正技术研究

段聪毅 王忠巍 李东

摘 要：航空发动机导管规格各异，外形多样，常被比作“发动机的血管”。导管装配精度要求较高，在装配过程中部分导管时常需要人工校形，从而延长了装配周期。导管弯曲成形的精确度直接影响管路制造整体质量，考虑到金属导管在弯曲过程中必然发生回弹变形，开发弯管程序自动修正系统在弯曲程序中合理给定补偿值以保证弯管外形符合设计图尺寸公差要求。

关键词：数控弯管；程序修正；应用技术

目前，发动机导管的管子材料大体包括不锈钢、高温合金以及钛合金，外径规格范围为Φ6～Φ53。传统弯管生产方式为：在设计模型初始YBC数据的基础上，操作工人凭工作经验根据管料材料和规格设置回弹系数，然后直接进行弯管试验，弯曲完成后将弯管置于相应的专用量具上进行比对，并根据实际比对情况对弯管程序进行人工调整，在经过3～5次弯管调试后使管形最终符合专用量具。这种生产方式存在过程繁琐、程序调试时间过长以及过度依赖现场操作者工作经验的缺点。现开发数控弯管机及激光管形测量机的弯管程序联合修正功能，通过最少的弯管试验次数使弯管管形符合设计图精度要求。

一、研究背景

目前国内外导管制造厂商越来越多的应用高度集成化的弯管生产系统，矢量弯管技术作为导管弯曲生产自动化的基础，为导管的设计制造一体化创造了必要的条件。美国麦克唐纳·道格拉斯飞机公司在导管的设计制造一体化方面迈出了一步。它将VECTOR系统与设计部门的大型计算机相连接，根据生产部门安排，VECTOR系统接收储存在计算机存储器内的管形数据，并编制弯管程序，进行导管生产，效率显著提高[1]。而为了在保证生产高效的同时控制并提升产品质量，数控弯管程序自动修正技术应运而生。

二、研究目标

对于基于设计三维管路模型制造的导管类零件，全面实现数字化精确弯曲成形。大幅降低管子在制造过程以及装配过程中的人工校形量，降低导管校正报废率。

三、导管数控弯曲程序修正技术开发

（一）研究对象

航空发动机弯曲成形类金属导管。

（二）具体方案

1、获取管形数据

使用三维建模软件提取设计三维模型管形数据，并以YBC弯管程序形式输出至测量机电脑中。

2、弯管机接收数据

开启弯管机和测量机的信号通讯，将YBC弯管程序传输至数控弯管机中。

3、弯曲试件

调试弯管机保证稳定运行，依据导管试件材料和规格初步设置弯管参数（回弹系数、压模力、释放间隙等），弯曲首件试验件。

4、弯曲程序修正

将试弯管件送至管形测量机处采集管形数据。使用开发的自动修正模块将采集到的管形数据与理论模型管形数据进行Best-fit拟合比对，评价其管形符合程度。另外精确测算每个折弯点的位置偏差，智能反馈输出程序补偿值。通过测量机与弯管机的数据连通将补偿数据与原弯管程序进行数值叠加以实现弯管程序的自修正。修正后的程序导入弯管机进行下一次试弯，循环修正直至管形合格。

5、弯曲程序固化

通过1～2次采集对比试弯件与理论三维模型的管形数据，最终获得一个能够弯曲符合管形轮廓度要求的YBC弯管程序，并将此程序与三维模型管形数据一同保存在“.prt”格式文件中，待下次生产该导管零件时直接调用进行弯曲。

（三）技术要点

1、人工干预少、数字化程度高

采用该方案生产导管零件，可以打破以往只能依赖操作者工作经验给定导管回弹系数及弯管机参数的传统程序修正方法的束缚。实现弯管过程数字化，弯后管形检测数字化。

2、产品研制效率高

应用导管管形自动开发模块可精确、迅速测算弯管管形与三维模型的差异并立即通过计算得出补偿值，实现弯管程序快速修正。

3、科学的在线检测生产模式

采用“边生产，边检测”的生产模式，在线检测弯管尺寸，及时将尺寸偏差反馈给加工设备，能根据不同生产状态即时修正弯管程序，从而有效避免弯管成批报废，有效控制废品率。

四、实施方案过程记录

（一）对象

1Cr18Ni9Ti不锈钢导管（规格Φ16×1）-2件

（二）设备

CNC数控弯管机、激光管形测量机

（三）目的

导管弯后管形控制在设计模型外廓增加1.5mm的轮廓范围内，并符合设计技术要求（圆度、波纹度等）。

（四）试验过程

1、由试弯导管理论管形LRA数据转换为弯管程序。

2、将YBC弯管程序传入数控后，在弯管机控制器输入回弹系数（固定回弹1°，比率回弹2%）。弯曲首件导管，测量管形LRA数据。

3、测量机反馈弯管程序补偿值，与原程序进行叠加计算，获得补偿修正程序。

4、弯管机接收补偿修正数据后，弯曲第二件导管，测量管形数据。

5、在测定第二件导管后输出其管形检测报告。在报告中可以查询每个管形控制点与设计模型控制点的偏差值，另外还可以查看导管端端点点的径向和轴向偏差。通过在报告中检查上述指标（见表1）就可以判定该导管零件的管形符合设计要求。

五、结束语

采用CNC数控弯管机和管形测量机的协同运行对管子程序进行修正补偿，可实现金属导管精确弯曲成形，满足设计管形要求。应用该项技术取代人工修正、校正管形的生产方式可减少研制导管产品弯曲程序的修正次数，缩短研制周期，大幅提升导管弯曲合格率，同时用会显著提高导管弯曲精度，减少导管生产及装配过程中的校正量并降低校正废品率，降低生产成本。该技术的成功应用意味着金属导管弯曲成形进入了数字化制造阶段，为未来基于三维模型的无样机管路智能制造提供了坚实的理论和生产实践基础。

参考文献：

[1]邹华杰，数控弯管机应用与技术要点[J]洪都航空工业集团，2005（5）.