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激光切割及数字化检测在样板制造中的应用
口阳波口陈金平口赖丽珍口杨亮□郭中华
中航飞机股份有限公司西安飞机分公司西安710089
摘要:以样板加工为例,结合通快公司制造的TCL4030二维激光切割机在实际生产中的应用,阐
述了激光切割技术在薄板切割领域的关键技术和推广价值;介绍了样板数字化检测方法,运用担描设
备对样板进行扫描处理;通过逆向工程手段,实现样板数宇化检查手段,达到零件制造从模拟量传递到
数字化制造的转变。
关键词:样板制造扫描技术激光切割逆向工程模拟量传递
中图分类号:TH162;TG481
文献标志码:B文章编号:1000~4998(2016)03-0056-03
当前,随着高新技术日新月异的发展,激光切割的之一,它生产的激光切割机以拥有独特混合速度、多功
应用领域也在不断扩大,特别是在航空制造领域发挥着能性和精确性著称,同时具备快速转换和启动功能。激
越来越重要的作用。激光切割技术是20世纪70年代光通过透镜聚焦成线束,容易控制,因而可实现先进的
发展起来的一项集光、机、电一体化的高新技术,随着激自动化生产。
光器及数控技术的不断完善和发展,目前已成为工业上
激光切割利用激光東聚焦所形成的高功率密度光
板材切割的一种主要加工方法。数控激光切割机是将斑,将材料快速加热至气化温度,蒸发形成小孔洞后,
数控技术和激光切割技术有机结合在一起的加工设用高压辅助气体将氧化物吹除而形成切口,再使光東
备,它由加工机床和激光器两大部分组成,通过数控编在材料上作相对移动,从而获得窄的连续切缝,激光加
程,将待加工零件的几何数据、工艺要求、加工工艺及辅工系统如图1所示。由于自身具备独特优势,目前激光
助信息编写成NC代码,输入到加工机床中,由数控程切割已广泛应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻
序控制加工机床和激光器,加工出所需形状,特别适合工、电器与电子、石油和治金等工业部门中
切割一些轮廓形状复杂、批量小,从技术经济成本和时
激光切割时,为了提高切割质量,需要喷射同轴气
间角度来衡量用模具加工并不经济的平板件。
体,其主要作用是吹掉切割熔渣,保持切断面整平
随着航空制造业数字化水平的不断提高,未来的坦。激光切割板材时,依靠数字编程,切割出所需要的
竞争将越来越激烈,对飞机制造质量的要求也越来越形状,可以替代原先需要采用复杂大型模具的冲切加
高。飞机外形必须为合乎气动力学的光滑流线几何形工方法完成加工,能大大缩短生产周期和降低成本。根
状,売体零件的外形大都具有几何曲线或曲面,同时大据不同的材料及其厚度,选择不同的激光工艺参数(如
部分零件用板材制造,尺寸大,刚度差,不便用通用量切割功率、切割速度、聚焦距离、辅助气体类型、切割气
具来度量其外形尺寸。因此,在飞机制造中广泛采用
压等),以期获得好的切割效果。这些参数值必须通过
种与一般机械制造业不同的技术一一模线样板技术,实验来获得,激光切割工作图如图2所示。
以保证制造出来的各种工艺装备和零件互相协调。飞
机模线是根据飞机设计图样和工艺要求,按1:1比例2样板的激光切割
精确绘制在明胶图或图板上,代表飞机零部件理论外
鉴于样板制造特点,要使激光切割技术成功地加
形和结构轴线的图样。样板是依据模线制造出来的具工样板,必须解决一些关键技术:①数控编程软件的
有零件或组合件真实形状,符合工艺要求的特殊量具,选用及相关工艺方法的研究;2②样板加工模型在不同
制造误差一般需要控制在0.1mm以内。同时,在样板表
光圈
反射镜
面刻绘相关基准标记及字符。模线样板的质量直接影
激光器
响到飞机制造的质量和新机研制工作能否顺利进行。
脉冲
聚焦镜
1激光切割工作原理
电源
工件
通快公司是世界上激光技术应用比较成熟的企业
XyZ移动台
收稿日期:2015年9月
▲图1激光加工系统图
▲图2激光切割工作图
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2016/3
机械制造54卷第619期
謁造感
CAD软件平台间的相互转换;③)确定国产材料的加工所示。
参数;④样板标识汉字的输入及刻线深度的相关工艺
VQC照相扫描仪能够扫描尺寸比较大的样板,不
参数2。
需要人为拼接,相比较激光扫描,照相扫描仪应用更
2.1编程软件选择
加广泛,它能够扫描复制图样,还能够扫描图纸上的
目前市场上可应用的数控编程软件比较多,其中文字,如图6所示8
通快激光切割机编程软件TOPS使用比较广泛,它采
用模块化结构,将绘图、排料、编程、参数库有机地结合
在一起。因此,笔者选用TOPS100软件进行样板切割
编程,并在实际生产中验证。实践证明,TOPS100软件
能够满足加工需求3
2.2建立数控激光加工参数库
按照航标,加工样板所使用的材料主要有3m「图3 Laserqc Mode0
铝板、2mm和1.5mm钢板,笔者以这些材料为基础做
激光扫描仪
▲图4VQC照相扫描仪
实验,制定有关实验方案,然后对激光切割工艺参数、
激光划线打标记工艺参数、小轮廓切割参数、尖角处理
参数等进行实验。通过多次实验,最终获得合适的参数
值,建立了对应的参数库,供生产使用5?
十
十
根据打标实验结果,得出合适的参数值,建立参数
B
库,各项参数见表1。
表1样板打标参数表
U
材料厚度/mm
1.5(钢)
2(钢)
3(铝)
透镜尺寸/mm
12.7
12.7
12.7
速度(mmin)
1.5
C
气压/Pa
2
聚焦高度/mm
-5
喷嘴高度/mm
6
▲图5样板对接拼合图
输出功率w
150
200
300
采集频率/川Hz
150
150
800
3扫描仪检测样板
样板制造是飞机外形壳体制造的基础,样板制造
的准确性直接关系到后续零件生产的质量。目前,检测
样板的手段主要分为绘制PCM模线检测和数字化检
测。应用数字化对激光切割平面样板进行检测,以及对
▲图6照相扫描拟合
精度测量,并输出检测报告,还可以通过快速扫描对样4结论
板建立数据模型,并输出DXF格式的CAD文件。
采用数控激光切割机加工样板,从根本上改变了
目前,数字化检测设备主要分为激光扫描设备和目前手工加工样板的现状,提高了样板的加工质量,缩
照相扫描设备,激光扫描设备由激光发射装置、支承短了样板的制造周期。同时,从数控激光切割技术在样
架、计算机处理系统、扫描台面4部分组成,图3所示板制造方面的应用情况来看,激光切割还可以进行薄
为 Laserqc Model800激光扫描仪,图4所示为VQC板下料、切割零件轮廊、打孔等。随着我国国民经济的
照相扫描仪。
不断发展,低成本、高效率的激光加割技术将在航空加
激光扫描仪检测样板能够快速准确地定位零件轮工领域发挥越来越大的作用。
廓外形,由于激光使用透光反射原理,扫描分辨率越
参考文献
高,扫描的图形越精细,花的时间也越多。需要注意的[1]叶畅,季进军,刘利宏,等,激光切割系统性能对