航空发动机零部件的自动化修理

air机器 · 发表于 2007-4-29 19:46:35

　自动化修理是发动机整体叶盘应用的关键因素。本文介绍的自适应CNC技术可以自动化地修理发动机叶片并提高整个维修供应链的效率。
　　在航空发动机维修业，自动化的修理工艺及自适应切削加工方法非常重要。在考虑用整体叶盘代替普通叶盘时，其可行性取决于有无自动化的修理能力。手工修理，特别是焊接和再仿形铣工艺，因为缺乏满意的可靠性、质量及竞争力，不能用于现代化的整体叶盘修理。因此，在军民用发动机中采用整体叶盘时，自动化修理是一关键因素。
　　目前发动机零部件修理的大部分工艺均是手工进行的，从成本及可靠性来看不能令人满意。另一个共性问题是整体叶盘及叶轮等部件太复杂，不能进行有效的手工处理，需要用自动化的修理系统。
　　自适应切削法可以补偿零件与零件之间的差异以及夹具定位不准确等问题，使工件的公差保持极小。数控（NC）路径对实际工件几何形状的几何适应是自动完成的。自适应系统被整合到焊机、机床工具以及现有的CMM、CAD、CAM及CAQ环境中。
　　在维修中特别耗时并需要高精度的工序是检查、焊接、铣削及抛光。航空发动机部件的自动化维修工艺在多数情况下，按如下顺序进行：第一步是对零件进行目视检查及CMM检验以观察其总的可修理性并且找出损伤及其位置。然后用NC切削工艺对损伤处进行清理以便进行修补，修补的方法是用激光焊。最后是对焊补区在NC铣削设备上进行重新仿形铣（用铣床）、抛光（用柔性砂轮）。
　　单个叶片
　　叶尖和边缘的修复是压气机及涡轮叶片的标准修理过程。对于此类型的零件的修理已有可靠的NC设备和自适应应用软件，可用于激光涂覆，以及清理、再仿形铣和抛光用的NC切削加工。此方法可处理任何三维形状的叶片。名义几何参数（主几何参数）是用切削设备上常用的触发式探头根据一个新的或修理好的叶片以自动逆向工程的方式提供。同样的设备也可用作其他修理，例如带冠叶片（刀刃封严件、互换面）、导向叶片（如叶型、叶根缘板）的修复、整体叶盘叶尖的修理等。
　　自适应应用软件包加上标准的5坐标切削机床构成修理站，可用于自动修复单个叶片，使其成为终加工的叶片。用户还可自己编程，进行新叶片的修理或改变加工方式，可加快响应时间并降低成本。当采用自适应方案时，还可以省去价格昂贵的标准夹具的使用。
　　复杂部件
　　　　对于像整体叶盘、叶轮之类更复杂零件的修理，在自动化方面则要下更大的工夫。这些发动机部件需要先进的5坐标NC工艺。因此，名义几何参数的CAD数据（通过逆向工程或者从原设备制造商取得）以及关于名义几何参数的CAM生成的NC程序，就成为自适应过程的附加的输入量。
　　在叶尖、边缘、角及叶型上碰到的不同类型的损伤必须加以不同考虑。特别是主要用于军用发动机前端的整体叶盘可能受到严重损伤。而叶轮、高压压气机整体叶盘通常只需修复磨损区。修理有如下几种方式：
　　● 叶尖、边缘、角及叶型的焊接；
　　● 角、边缘、叶尖的打补丁；
　　● 用线性摩擦焊更换整个叶片。
　　自动化的修理过程包括以下几个步骤：
　　● 检验（发现修理及其部位）；
　　● 清理（清理/铣削修理区）；
　　● 焊接（激光焊涂覆）；
　　● 再仿形铣（对焊接及打补丁部位重新仿形）。
　　虽然没有必要让所有的工序全部实现自动化，但是安装数据处理系统可以改进效率，因为它可以在维修链上促进数据流动及工厂自动化。
　　检验的目的是评估零件的可修理性，发现并定位损伤。通常自动化的尺寸测量及最后检验均在坐标测量机或"机械手"上进行。经验证的测量方法有多种如触发式探头、连续测量头、点激光器、线扫描仪以及距离成像系统。入厂检验的结果对于随后的NC修理工艺很有价值，特别是对自适应清理及激光焊。为此，检验系统必须通过数据管理系统与其他工艺相链接。
　　对损伤部位进行处理为以后的焊接做准备。最好只用有限数量的几何形状确定的光滑表面。例如前缘修理的清理区可以允许宽度为Xmm的台阶以及宽度为Ymm的台阶。清理部位的这种尺寸上台阶式参数化可以使随后的修理过程自动化。主要的清理技术是：铣、磨以及激光切割。在维修工序中，清理工序是最简单工序，一些经验证的切削技术也可用于清理。数控路径的几何适应法限于用最佳拟合法，可以利用入厂检查的测量数据。
　　数控激光焊接设备越来越多地代替手工焊用于翻修磨损的发动机部件，因为激光焊技术可以进行经济、精确的焊接及涂覆，质量更高。在某些情况下，现行的方法不能应用时，某些叶片现在可以采用激光焊技术进行大修。另外，近净成形（near-net-shap）激光焊可以降低最后重新仿形的难度，使精加工的量最少。
　　整体叶盘的磨损、叶片叶轮及其他航空发动机部件的几何形状与新部件的名义（CAD）几何形状有显著的差异。因为精密的激光焊及涂覆系统可提供高精度，重复精度大约为0.1mm，CNC路径必须根据待焊零件实际几何形状来生成。如果检验程序采用一体化的模式合理选择检验方法，则入厂检验时得到的测量数据可以用于自适应任务可作为焊接工艺的一部分来进行。否则，叶片的测量必须用视觉系统、线扫描仪或触发式探头在焊机上进行。
　　激光焊可以用自适应方法进行自动化。由于焊接工艺造成的材料增加是近净成形但有一定量的尺寸增大，因此几何形状的适应不必像再仿形铣那样精细。
　　由于焊接质量对整个修理过程的质量及安全性的关键性作用，因此，对合理的焊接方法以及富有经验的设备供应商的选择至关重要。近年来，已成功开发几种涂覆用的激光焊接工艺。而且，任何一种焊接方法都可通过在NC激光设备上引入自适应用途软件而加以自动化。
　　从数学、测量及切削加工来看，修理部位的再仿形铣是最难的，这是因为切削精度要求在大约1/100mm。当前，在考虑用整体叶盘代替普通叶盘时，整体叶盘的修理是一中心问题，其可行性取决是否具备自动化修理这些高附加值发动机部件的能力。有鉴于此，过去几年，BCT公司开发了"台风"战斗机的EJ200军用发动机整体叶盘自适应重仿形铣所需软件以及测量方法。
　　自适应铣切法用于各种不同的修理法：焊补（叶尖、边缘）；补丁修理（各种不同的补丁）及叶片更换（线性摩擦焊），零件名义的几何形状（CAD）、NC铣削法（CAM）以及修理工艺的说明均存在用户手中。这种用户的技术专利通过一标准化的界面（如于用CAD数据的国际IGES格式）提供给自适应切削加工用的软件系统，在拥有这个系统后，用户就具有所有关的修理修理技术方面的专利在手。这种责任划分的另一优点是用户可以保留与所有维修技术相关的专有技术，不会泄漏对新零件几何形状及新件铣削有关的技术秘密。
　　对于再仿形铣所需的高精度自适应，实用的测量方法很重要。有必要详细了解叶片的总的变形。为此，在整个叶型上有必要用触发探头进行一系列点测量。此外，也要详细测量修理区周围，以确保在叶片本身及修理区保持最小的台阶，并在两者之间有一平滑的过渡。
　　再仿形铣的自动化需要应用先进的最佳拟合及形状自适应法。因为再仿形铣形成待修理叶片的最后形状，在这一工艺中，自适应技术要求很苛刻。目前关于这一技术取得的经验表明，超过一定尺寸大的修理区以及名义及实际几何形状以及气动力要求自偏离，需要采用能满足要求及边界条件的特种自适应算法。一般说，几何的自适应实分两步进行。
　　● 用最佳拟合法确定"CAD"叶片的名义位置与修理叶片实际位置之间的相关性。
　　● 用自适应法确定"CAD"叶片的名义外形与修理叶片实际形状的相关性。
　　有了现代技术，就可能对目前的手工修理进行自动化，降低成本及生产周期的同时提高质量及精度。
　　自适应切削技术，如焊、铣及抛光，可用到广泛的修理方法以及航空发动机部件（从压气机叶片、涡轮叶片到叶轮及整体叶盘）。根据BCT公司多年在发动机部件修理自动化上的经验以及在几个研究开发项目上取得的经验，显然可以看出：用一通用数据处理系统将各种不同修理工艺进行一体化可以比单独用一种工艺所取得的效率要更高。

mason · 发表于 2007-4-29 21:03:31

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daewoo · 发表于 2007-4-29 22:13:29

zhangyu52788 · 发表于 2008-5-26 22:23:50

hanniuxuan · 发表于 2008-10-29 20:20:28

b00325 · 发表于 2008-11-17 20:19:51

非常好的东西呀，
哈哈哈哈，
谢谢楼主啦。

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