基于试件的模线样板检验方法探究

◎ 刘忠超

数字化制造技术的应用改变了传统的生产方式，航空设备样板的功能也发生了一定改变，样板主要起到传递数据信息和协调整体结构的作用，模线样板是航空飞机制造中不可缺少的内容，保证模板样板的质量并采取有效方法进行检验具有一定的必要性。要加强对样板检验工作的重视，将先进的加工检验方法应用到样板检验中，以此提高样板的制造精度和效率，为航空飞机制造工作的顺利开展奠定基础。

一、样板的检验现状

以往在对样板进行加工检验的过程中主要采用手工操作的方式，这种方法的工作效率比较低而且还容易出现失误问题，无法保证加工和检验精度。目前比较常用的样板加工方法是激光切割法，可以根据具体的数据尺寸进行自动切割，比手工加工方法的效率要高很多，制造精度也有所提高。同时通过绘制胶版，检验员将样板平铺在胶版上完成样板检验。但随着时间推移，此种方式的弊端逐步暴露出来：

（1）每年检验用胶版的损耗费用约计近百万，使投入成本居高不下。

（2）胶版使用后需要大量储存空间，无形中造成空间资源占用。

（3）胶版易受温、湿度影响发生变形，胶版在绘制后需要在加工现场使用，而使用环境的温、湿度极不稳定，胶版易变形，此时需要重新绘制新胶版，继续增加了成本消耗。

（4）绘制胶版的绘图机精度低于激光切割机，时有出现的样板检验偏差问题多是由胶版绘制偏差引起的，实际上不存在问题。

因此，改变目前模线样板检验方式势在必行。

二、基于试样的模线样板检验方法总体思路

采用激光切割样板不但提升了样板加工的效率，还杜绝了由于手工加工而产生的样板制造错误问题的发生。经过对近几年来的统计结果分析，样板错误主要产生于设计环节，样板的制造过程中因加工导致样板错误或超差的案例为零。因此，样板变更检验方法主要是基于样板数字化设计及数字化制造的过程，只要设计过程及激光切割设备的运行状态符合要求并可控，加工出来的样板就是合格的。试件检验方式是依靠激光切割设备对同一规格的试切件进行一定数量和频次的切割，通过检测试切件的尺寸波动，判断激光切割设备是否稳定，若试件尺寸符合要求，则判定激光切割设备加工的样板合格，符合总体思路要求。

三、技术方案和流程

原有的检验方式是设计模线后再绘制成胶版，由检验员将胶版与样板实物进行比对，完成检验过程。现在的试件检验方式下，胶版只作为电子数据进行存档，或者作为临时辅助手段配合样板检验。

1.编程排版。

编程员首先从PLM系统内导出激光程序，并在激光切割机处理软件内进行排版，完成后按排版程序进行切割。编程员将排版区均分为9个区域，共取1到3个试件，试件所在区域横纵向延伸不应交叉。激光切割程序排版区域数（以Q表示）与试件数对应关系为：Q≤3，切割一个试件；3＜Q≤6，切割两个；6＜Q≤9，切割3个。

2.试件的检验。

试件切割完成、编程员去除毛刺和表面污物后，由检验员使用胶版、卡尺或数控测量设备等检测试件的几何形状和划线。

检测对比试件与理论尺寸的偏差具体范围如下：

（1）对直线段轮廓允许偏差在±0.1mm。

（2）对样条曲线部位允许偏差±0.15mm。

（3）圆及圆弧应比对圆心位置及半径，圆心位置和半径允许偏差±0.1mm。

（4）划线部位允许偏差±0.1mm。

检测结果在偏差范围内的试件为合格状态。

3.样板的抽样检测。

在进行试件切割后，需要进行样板的随机抽检，作为试件检验方式的补充完善。由编程员在每张待切割钢板内随机抽检样板图号并填写至激光切割记录表中，同时绘制胶版，将胶版和激光切割记录表交给检验员进行样板抽检，检验员核对胶版和激光切割记录表中图号的一致性，按公差要求进行检验，符合要求即为合格，否则将对问题项进行重新切割并检查切割设备状态。

四、实施效果

1.提高了检验效率。

以往应用的检验方法整个流程较为负责，工作人员首先要做好零件安放工作，确定位置准确后需要进行全面检查，所需时间在2分钟左右，而基于试件的模线样板检验方法每种零件样板只需10秒就可以检查完成，因此，这种新型的检验方法的工作效率比较高，整体的应用优势较为明显。

2.减少了资金方面的投入。

以往采用的胶版检验方法所需的成本比较高，对于同等尺寸的样板，采用试件检验方式要比胶版校验方法的成本少25%左右，所以不但能够提高检验结果的精度也可以减少资金上的投入，提高了检验工作的综合效益。

3.发现异常情况可以及时发出警报。

在对试件进行精光切割的过程中，能够随时监测到异常波动并进行及时预警，保证样板切割工作能够顺利完成，通过对样板尺寸的检验可以了解其在实际应用过程中的稳定性。

五、模线样板检验的发展

模线样板生产是飞机制造的第一步工作，是飞机从设计到生产之间的桥梁，是飞机几何尺寸的原始依据，是飞机制造过程中保证各类零件、组件、部件尺寸协调的主要手段，飞机的大部分零件和工艺装备都需要按模线样板制造和检验。随着飞机制造工艺水平不断提高，数字化技术的应用和MBD技术的普及，现在一些数控零件有的也此采用先进的三维数字化测量机检验，但是有的一些大型复杂的零件，由于外形复杂很难定位，必须采用样板检验，样板的精度就决定了零件的精度。因此对样板制造和设计的准确度和精准度提出了很高要求。

结语：基于试件的模线样板检验方法的应用充分提高了检测结果的准确性，改变了以往的思维理念，通过对不同设备的输出结果进行收集整理实现对样板加工期间整个流程的动态检查，产品检验结果的有效性有所提高。另外，使用激光切割样板时能够及时发现异常情况并发出警报，为后续维护工作的开展提供了便利，改善了以往检验方法中存在的问题。这种检验方法在航空领域已经得到了大规模运用，科技水平在不断提升的过程中该种检验方式也可以得到进一步优化与完善，有利于航空制造领域的进一步发展。