張昌菊，王軍，梁偉萍，張理博

中國航發(fā)貴州紅林航空動力控制科技有限公司 貴州貴陽 550009

1 序言

從傳統(tǒng)生產(chǎn)方式到智能生產(chǎn)方式的變化如圖1所示，基于信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)和系統(tǒng)協(xié)同的智能制造技術(shù)，以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)生產(chǎn)方式柔性化、智能化和高度集成化，從而實現(xiàn)智能生產(chǎn)[1-3]。

圖1 從傳統(tǒng)生產(chǎn)方式到智能生產(chǎn)方式

2 傳統(tǒng)生產(chǎn)方式

復(fù)雜殼體現(xiàn)有或傳統(tǒng)工藝流程是以單臺立式加工中心和銑床機(jī)械加工為主，工藝路線主要是單個面分工序加工。面上的孔系和油路由單臺立式加工中心加工，斜孔和油路由普通銑床加工，螺紋由鉗工加工；殼體型腔內(nèi)部的不規(guī)則型孔由電火花加工。工藝安排粗、精加工方式，尺寸精度要求高的孔（如精度等級H7及以上的孔）安排精加工，以保證零件的尺寸精度和位置精度；精度要求高的位置公差（如孔中心距要求0.05mm的孔位置），在加工中逐件找正后加工。

3 智能制造方案

3.1 方案策劃

為了提高復(fù)雜殼體的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)制造的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計智能柔性生產(chǎn)線，主要由1臺智能數(shù)控計算機(jī)、1個智能多層托盤庫、2個上下料工作站、2臺智能臥式加工中心、1臺智能五軸加工中心和3個智能堆垛升降機(jī)組成，布局如圖2所示。生產(chǎn)線的主要功能和原理為：智能數(shù)控計算機(jī)執(zhí)行高級計算和控制功能，如人工指令、復(fù)雜控制算法和命令發(fā)送等，通過人工智能數(shù)控程序，控制復(fù)雜殼體的機(jī)械加工過程，以充分發(fā)揮自動化加工設(shè)備的加工潛力，提高加工效率，具有和外部環(huán)境交互的能力；智能臥式和五軸加工中心以信息物理融合數(shù)據(jù)進(jìn)行端到端連接，配置智能刀具庫、智能在線檢測設(shè)備和自適應(yīng)控制器，實現(xiàn)復(fù)雜殼體的自適應(yīng)柔性加工，具有一定的自診斷和自修復(fù)能力，以提高智能機(jī)器運行的安全性和可靠性；智能多層托盤庫將需要機(jī)加工的殼體和夾具等安裝在多層托盤上，由智能堆垛升降機(jī)根據(jù)計算機(jī)的控制程序，自動交換和運輸復(fù)雜殼體和夾具，以使其到達(dá)需要機(jī)加工的工位，按照不同的復(fù)雜殼體數(shù)控程序要求，實現(xiàn)24h自動化連續(xù)加工，該托盤庫具有開放式體系結(jié)構(gòu)，以支持智能柔性生產(chǎn)線的集成和擴(kuò)展。

圖2 復(fù)雜殼體智能柔性生產(chǎn)線布局

3.2 工藝流程設(shè)計

（1）總方案 復(fù)雜殼體的智能制造工藝流程如圖3所示，其智能柔性生產(chǎn)線采用智能臥式和五軸加工中心，配置智能刀具庫、智能在線檢測設(shè)備和自適應(yīng)控制器，可實現(xiàn)自適應(yīng)柔性機(jī)械切削加工。傳統(tǒng)采用單工序銑鏜加工的孔，現(xiàn)改用組合鉸刀鉸孔；傳統(tǒng)采用立式加工中心和銑床進(jìn)行銑削加工的內(nèi)容，現(xiàn)集中安排在智能柔性生產(chǎn)線上進(jìn)行加工；另外采用五軸加工中心代替普通銑床，加工復(fù)雜殼體6面上的斜孔和油路等；電火花加工采用數(shù)控電火花成形機(jī)床；攻螺紋、去毛刺、沖洗和試驗等工序，仍然按傳統(tǒng)工藝。

圖3 復(fù)雜殼體智能制造工藝流程

（2）柔性生產(chǎn)線方案 復(fù)雜殼體智能柔性生產(chǎn)線為圖3中綠色框部分，采用智能臥式和五軸加工中心、智能大刀具庫、智能在線監(jiān)測設(shè)備和自適應(yīng)控制器，一次裝夾、集中工序加工復(fù)雜殼體的6面孔系（包括斜孔）和油路等。該生產(chǎn)線將傳統(tǒng)加工方式的810道工序縮減至250道，減少了裝夾、首件檢驗和周轉(zhuǎn)共560次，加工周期從90d縮短到15d，更好地保證了孔系（包括斜孔）和油路之間的尺寸公差、位置公差和表面質(zhì)量。

（3）夾具方案 智能柔性生產(chǎn)線采用以智能托盤為快換機(jī)構(gòu)的裝夾方式，即智能托盤隨著復(fù)雜殼體在生產(chǎn)線上進(jìn)行周轉(zhuǎn)。智能托盤設(shè)計為子母板夾具形式，如圖4所示，主要由托盤、子板、支承面、殼體、壓板、定位銷和母板等組成。其中子板上設(shè)計有支承面、壓板和定位銷等，子板安裝在母板上，母板通過定位孔、吊裝環(huán)等安裝在托盤上。

圖4 智能托盤結(jié)構(gòu)示意

（4）數(shù)控程序 根據(jù)以上設(shè)計方案，編制復(fù)雜殼體智能柔性生產(chǎn)線的智能機(jī)器、工序流程、刀具方案、夾具方案、在線檢測和自適應(yīng)控制等所需的數(shù)控程序，通過信息物理融合技術(shù)，由智能數(shù)控計算機(jī)實施智能控制。經(jīng)過復(fù)雜殼體首件加工驗證、確認(rèn)和評審，并固化到DNC中后，不得隨意更改。如果刀具因磨損而需要調(diào)整參數(shù)或因損壞而需要換刀時，由生產(chǎn)線操作者重新對刀調(diào)整參數(shù)，經(jīng)班組長或技能專家確認(rèn)，確保數(shù)控程序和應(yīng)用程序合格后，重新進(jìn)行該批次復(fù)雜殼體的首件加工驗證、確認(rèn)和評審，并再次固化到DNC中。

4 智能制造生產(chǎn)線建設(shè)

4.1 加工方案設(shè)計

根據(jù)有關(guān)技術(shù)狀態(tài)文件、技術(shù)協(xié)議和合同，以某型產(chǎn)品的某殼體為例，結(jié)合智能柔性生產(chǎn)線供應(yīng)商提供的交鑰匙方案，編制復(fù)雜殼體的智造工藝流程圖、工藝布局圖和工藝規(guī)程等，并進(jìn)行工藝評審。其工藝方案改善前及改善后的加工流程分別如圖5、圖6所示。

圖5 改善前加工流程

圖6 改善后加工流程

4.2 刀具、夾具及量具方案

復(fù)雜殼體智能制造需要的刀具、夾具及量具由智能設(shè)備供應(yīng)商提供。智能夾具在智能柔性生產(chǎn)線上安裝調(diào)整，并進(jìn)行試加工以確認(rèn)合格。智能大刀具庫配置刀具340把，其中標(biāo)準(zhǔn)刀具138把，非標(biāo)專用刀具202把，融合安裝在智能臥式和五軸加工中心中。采用傳統(tǒng)量具，進(jìn)行人工測量。

4.3 檢測方案

（1）尺寸檢測 對智能柔性生產(chǎn)線上加工的復(fù)雜殼體，按照工藝規(guī)程要求進(jìn)行全尺寸測量，結(jié)果合格。對部分精加工孔尺寸進(jìn)行測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，結(jié)果表明尺寸穩(wěn)定且一致性好。

（2）對比檢測 為考核復(fù)雜殼體變形對加工尺寸的影響，將合格復(fù)雜殼體放置6個月后，再次對其進(jìn)行檢測。對比檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜殼體變形對高精度尺寸的變化影響在0.005mm之內(nèi)，符合要求。

（3）解剖檢測 對3件復(fù)雜殼體的型孔和油路的孔壁尺寸、位置公差和表面質(zhì)量進(jìn)行解剖檢測，結(jié)果合格。

5 結(jié)束語

經(jīng)過實踐驗證，智能柔性生產(chǎn)線實現(xiàn)了復(fù)雜殼體的智能柔性加工和檢測，滿足智能制造方案和復(fù)雜殼體工藝要求，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。