超声测厚在机床上的应用研究

王超　郑小伟　杜刚

【摘  要】近年来受到多机种混线生产、产量增加带来的冲击，西飞公司在大型铝合金零件的现有自动化加工水平的不足突显出来。通过本项目研究，解决了大型铝合金零件加工过程检测手段落后和检测过程费时易出错两大问题，提升了大型铝合金金属构件整体加工效率和加工可靠性，实现无人值守稳健加工。

【关键词】自动化;可靠性;加工过程检测;无人值守

1引言

目前大型铝合金壁板、铝合金梁数控加工存在问题：零件腹板壁厚依赖人工检测，检测效率低且测量结果易出错，存在测量盲区;自动化加工程度低，加工质量和加工效率依赖于操作工技能水平和精神状态，产品质量存在隐患，加工效率低加工周期不稳定。

2实施过程

针对以上两方面问题，基于新型柔性加工中心，开展大型零件新技术探索，预期实现无人工干预、高质量和高可靠性的稳健加工。主要研究内容有：

1）大型零件壁厚自动检测自动保证技术研究，为无人值守自动化加工打下基础;

2）开发参数化程编技术，大幅提高工艺准备、设备操作效率和质量，改变程编人员工艺准备理念;

2.1设计了机床端壁厚自动测量和误差报警程序

针对传统手工铝合金零件腹板壁厚测量方法效率低、测厚偏置值计算易出错、测量存在盲区（翻板铣上较高处）等问题。在新SonicEye声波测厚仪（带HSK63-80刀柄）基础上，通过子程序嵌套和参数化编程，开发了声波测厚仪自动标定、大型铝合金零件壁厚自动测量和自动补偿程序，当出现异常测量及偏置量时，自动报警停止加工，避免造成零件质量损失。测量结果以日志形式输出，未来根据设备壁厚测量日志（测量仪器经过标定合格），可逐步申请零件腹板厚度免检，提高交检速率。

图1 机床超声测厚流程

传统机床超声测厚中，仅能对单一槽腔进行测厚（无法同时对多个点位测量），测量后的误差补偿值仅在单一刀具长度磨损量中，在补偿量较大时，在零件腹板根部会产生较大残留或过切，该测量补偿方法不可取。

创新设计了根据不同材料的多点测量和补偿方法，通过测厚仪标定保证测量值准确性，可在机床不停机状态下完成多槽腔壁厚自动测量和自动补偿功能。解决了传统手工和机床超声测厚的弊端，为高可靠性的自动化加工方案提供技术支持。

2.2设计了工艺端超声测厚循环程序

针对超声测厚无专用后置处理问题，创新设计了免后置处理，仅仅需要生产测厚刀路轨迹APT文件，通过小程序处理流程，即可完成工艺端多点测厚程序。减少了后置编译环节，避免了购买高昂的专用后置处理模块。

图2 工艺端超声测厚流程

3实施效果

3.1大梁类零件壁厚自动测量和自动补偿

零件壁厚自动测量和自动补偿在试块上、典型件、大梁类零件上逐步验证，已完全掌握机床在线测量壁厚（1～10mm）技术，测量结果误差为±0.02mm，满足产品质量要。目前该技术已在批产的英宇航中段后梁和072工程外翼中段前梁上充分验证。下一步将该技术广泛应用于大型铝合金壁板、梁、肋類零件中，同时将对机床测厚设备通过质保体系验证，腹板测量结果可作为最终产品验收依据，进而实现产品壁厚免测量，提高产品交检速率。

图3 大梁类零件超声测厚

3.2参数化程编广泛应用

以往铣平面程序、铣孔、攻丝程序灵活性低，当现场毛料尺寸发生变化时不能及时调整，而通过参数化编制铣平面、铣孔程序后，进行对关键参数进行修改（安全面、起始、终止面及切削参数等），即可满足加工需求。通过参数传递方式，可实现灵活的带参数传递子程序调用。目前该铣平面、铣孔、攻丝参数化程序已广泛应用于多项梁和壁板加工程序中，为工艺准备节约宝贵时间。

4小结

大型铝合金梁类零件加工中壁厚自动测量补偿技术填补了国内的技术空白。通过高效高可靠无人干预加工技术应用，大型铝合金零件综合加工效率提升15%以上，通过自动化监测手段产品质量稳定。该项目研究成果可推广至其它大型长桁、肋、框的制造控制，形成大型铝合金类型零件的高效高可靠无人干预加工核心技术。

参考文献：

[1]无人值守模具孔加工的精度提升措施[J].郭伟民，李义龙，任康帅.模具技术.2018（04）

[2]关于汽车覆盖件模具零件自动化编程与无人值守加工的探讨[J].黄志江，雷文臻，韦彦少，覃忠尔，郭霜燕.模具工业.2015（03）

[3]柔性加工生产线[J].AndreasMittermüller，HolgerHertsch.现代制造.2004（21）

（作者单位：中航飞机股份有限公司）