便携式三坐标测量臂帮B-52轰炸机“疗伤”

国际金属加工网 2016年09月22日

Mission Support公司的质量保证经理Richard Hansen说:“运用FaroArm和Verisurf CAD生产及检测系统是我们的明智之举。FaroArm和Verisurf软件为我们提供了一套完整的逆向工程、制造和检测解决方案,并且提高了我们所有产品在质量方面的精度。

Mission Support公司在业界率先将钣金加工与现代CAD/CAM尺寸标注技术相结合,以提高生产能力。在对美国空军的旧飞机部件进行实时CAD/CAM数字式制造和检测方面,该公司也一直处于领先地位,并且不断地推陈出新。

作为美国国防部和几家主要商业航空公司的仓库级大修服务提供商,Mission Support公司(MSI)自1990年开始一直从事飞机部装的修理/大修和制造业务。

MSI(www.missionsupport.us)为美国国防部提供飞机机体结构件、飞行控制装置,以及相关的驱动系统、空中加油、起落架和其他飞行关键部件的大修和制造服务。MSI位于犹他州的克利尔菲尔德市,它不仅是一家通过AS9100/ISO9001:2000认证的制造商,还是飞机维护、修理及大修中心(MRO)以及FAA认可的修理站。

MSI与美国空军签订了一份关于对B-52“同温层堡垒”(Stratofortress)轰炸机上的发动机旁通管进行大修的合同。在合同履行过程中,该公司面临的最大挑战是缺乏足够的技术数据,因而导致大修后的旁通管在装配紧密度和一致性方面出现问题。

在解决这一难题时,MSI将多年累积的钣金技术专长与现代CAD/CAM技术相结合。下面将介绍Mission Support公司如何利用FaroArms和Verisurf数字3D CAD软件来解决有关这些发动机旁通管的几个不同的生产问题。

问题

此照片显示了发动机旁通管“之前”的状态,在进行逆向工程之前,很多旁通管没有与配对部件正确对齐。

在大修期间,MSI经常要进行一套完整的拆卸/重装作业,基本上对B-52轰炸机的发动机旁通管进行了再造。这些发动机旁通管中的大部分都已经在飞机上使用了30年以上,而且很多都已经扭曲变形并且遭到腐蚀,因此使用原来的硬模方式进行修复已被证明行不通。

尽管他们通常具备来自OEM的原装硬模和夹治具,但这些工具非常笨重、精度达不到要求,而且相关的Mylar数据也不完整。由于旧工具的精度不足以在OEM图纸的容差范围内确定关键连接点的位置,因此很难对所需的零件进行重建。此外,制造商最初用来打造这些零件的很多上游和下游模具已经不存在了。即便如此,在没有更好的替代方法的情况下,MSI多年来仍一直使用这种旧的模具对此类结构进行大修。

随着用于检测的尺寸标注技术的不断改进,Mission Support公司发现越来越难利用原来的硬模来生产合格的产品,即便是这些工具经过了校准。有关现场装配问题的报告越来越多,这说明MSI需要一个更好的解决方案。美国空军决定将B-52轰炸机的使用期限再延长30年,因此必须按照更严格的容差标准对大修后的部件进行重建。显而易见,MSI需要应用一个更好的解决方案。

解决方法

解决这些问题的第一步是利用逆向工程将现有的技术数据转换为CAD格式。Mission Support公司对可用的聚酯薄膜进行了精确的尺寸扫描。Mission Support公司运用FaroArm®,使Verisurf® CAD软件在“逆向工程模式”下工作,从而得到了旧的母模的点云剖面。然后,他们手动输入了尽可能多的现有模具图纸的数据,并最终得到了所有6种旁通管结构的3D CAD 实心体模型。MSI接着对原来的装配夹治具进行了校准,随后修改了旁通管本身的制造过程,最终使得CAD/CAM技术得以运用在生产流程的各个层面上。这些措施有效地解决了美国空军在现场遇到的所有关键连接点和轮廓的装配问题。

这些旁通管是体积庞大的铝制钣金总成(一般尺寸为3’到5’),由于在飞机上使用了数十年,因此有很多固有的变形和损坏。最初CAD数据被专门用来评估送抵现场的发动机旁通管的损坏情况以便进行大修,同时FaroArm被用来对加工后的旁通管进行检测。在生产过程中,MSI继续使用硬模来重建旁通管。然而,以这种方式生产的旁通管很少能通过检测,因为使用硬模只会使它们的容差接近.060”,而要求的容差精确到+/- .010”。

为了提高重新连接至旁通管的零件的定位尺寸精度,Mission Support公司的生产人员尝试使用FaroArm完成所有定位作业。最终,他们开发出了多个生产工艺,在生产流程中使用FaroArm“虚拟工具”取代硬模来重建这些发动机旁通管。

Mission Support公司的质量保证经理Richard Hansen说:“使用FaroArm取代硬模来完成所有零件的定位取得了立竿见影的效果。这些零件的制造和检测过程变得更加精确,我们从此一直采用这种解决方案。”

现在,Mission Support公司使用FaroArm来同时满足其生产和QA检测需求。FaroArm是一款便携式CMM,可以直接在生产车间使用,其精度标准可媲美传统的CMM。MSI拥有好几套测量臂,并将它们与Verisurf软件一起使用,对部件进行定位并创建轮廓和剖面。通过使用FaroArm硬件和Verisurf的CAD软件,MSI不再需要任何硬模,而是使用FARO数据将制造中的零件与完美的数字CAD标称值进行比较,从而对所有零件进行重建。

自从开始运用该系统之后,发动机旁通管尺寸的持续合格率得到了提高,在装配过程中没有发生任何质量缺陷。由于该解决方案大获成功,Mission Support公司赢得了一份向美国空军提供这些旁通管的唯一供应商合同。

然而,在生产过程中向FARO技术过渡并非一帆风顺。在该技术的实施过程中有过很多痛苦的尝试和错误。生产部门最初不愿意使用这项技术,但经过培训后的MSI技术人员发现使用FaroArm来重装旁通管不仅减少了检测失败的次数,而且提高了产品的质量。

生产部门现在对使用FaroArm推崇备至,因为发动机旁通管的每个零部件都可以使用虚拟工具(FaroArm)进行定位和控制,而且不再需要使用硬模。

运用MIS开发的这套系统进行旁通管的重建使该作业变得更简单、更快捷、更精确,提高了生产部门使用新的钣金部件对旁通管进行大修时的作业效率。

在这个独特的过程中,Mission Support公司经验丰富的钣金技术人员首先使用旧的钣金加工工艺对零件进行手工建模和成型,然后使用FARO和Verisurf实时显示所有剖面、修边线和连接点应处的位置,从而实现了传统手工制作钣金铝制品加工技术与全新CAD/CAM技术的完美结合。

在生产部门完成旁通管的重建之后,MSI的质量保证部门使用配备Verisurf 软件的FaroArm进行旁通管的检测。每一根序列化的发动机旁通管都会得到一份专门针对所有关键连接点和剖面的报告,从而向政府的QAR代表说明其已通过验收,并作为其尺寸符合性的最终证明。

Hansen说:“该系统在MSI的运用一直非常成功。自从采用了该系统之后,这些旁通管的质量一直保持零缺陷,使每一根发动机旁通管的装配都在要求的容差范围内保持一致性和精确性。”

Mission Support公司对综合运用了FARO与Verisurf硬件和软件的这种全新的生产技术充满信心,甚至看到了将同样的技术运用在其它更旧的飞机上的市场前景。

Hansen说:“我们对FaroArm感到十分满意,美国空军也对B-52轰炸机的发动机旁通管的所有装配问题得以解决感到很满意。我们在检测和生产的各阶段都使用了FARO,包括最初的尺寸评估、B-52轰炸机的发动机旁通管的拆解和检测、部件的重建、形成特征平面图,以及生产和最终的QA检测。我们还使用FaroArm和Verisurf对很多可能缺乏技术数据的旧部件进行逆向工程,使用CAD数据通过CNC再造新部件,并在使用前对成品部件进行检测。”

正如他们所说的那样,事实胜于雄辩。在几架位于巴克斯代尔空军基地的B-52轰炸机的机翼上,MSI对利用这种借助FaroArm进行旁通管生产和检测的系统所制造的首批发动机旁通管进行了测试。测试结果显示,连接点和剖面都正确地装配到飞机上。在安装完首批部件中的一个部件之后,巴克斯代尔空军基地的一名美国空军技术人员表示,新的旁通管“刚好合适”。

对于Mission Support公司而言,FaroArm大大提高了其产品的一致性及其整体质量。生产和检测变得更简单,产品的生产和检测精度变得更高,这带来了巨大的价值,更不用说极高的客户满意度了,因为他们现在解决了曾经非常棘手的难题。

过去,对这些旁通管上的部件进行定位和形成剖面要花费生产部门几周的时间,现在只需几天就能完成。虽然很难精确计算,但随着生产部门花费在旁通管大修上的时间的减少,MSI预计在B-52大修合同期内可节约高达10万美元的费用。

Hansen说:“运用FaroArm和VerisurfCAD生产及检测系统是我们的明智之举。FaroArm和Verisurf软件为我们提供了一套完整的逆向工程、制造和检测解决方案,并且提高了我们所有产品在质量方面的精度、一致性和可靠性。我们发往美国空军的每一根序列化的发动机旁通管都附有一份记录了FaroArm测量结果的报告以证明其合格。我们可以自信地说,这些零件将会在其要求的容差范围内装配到飞机上。现在,我们也开始使用FaroArm为其他合同进行零件的逆向工程和检测,事实证明FaroArm对作为其运用对象的每个产品和应用都非常有效。”

由于使用CAD/CAM系统和FaroArm的B-52轰炸机发动机旁通管解决方案大获成功,Mission Support公司最近从美国空军那里获得了一份新的针对A-10攻击机修理和大修计划的政府合同。该合同将把FARO虚拟CAD/CAM工具解决方案向前推动一大步。对于进仓的A-10攻击机的结构件,首先将使用FaroArm和Verisurf软件实时进行逆向工程,然后重建这些结构件,使其恢复到从飞机上拆下后的剖面和外形尺寸。由于A-10上的很多配对部件不一致,因此在重建和大修之前,必须将它们“量身打造”成装配在飞机上时的尺寸。

这种逆向工程以及对标定目标进行处理时的灵活性只能在数字CAD/CAM环境下实现,在该领域Mission Support公司证明了自己不愧为创新者和业界领袖。


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