大型起落架结构件数控加工的防错控制

一、前言

随着科学技术的发展和用户要求的提高，以及大型整体锻件工艺的发展，起落架结构件尺寸显著增大，结构日趋复杂，几何精度也不断提高，采用的材料多为超高强度钢、钛合金等，价格昂贵，其加工难度和质量控制难度亦大幅增加。近年来，人为错误造成产品的超差、报废时有发生，致使企业蒙受巨大的经济损失。本文结合公司实际情况，介绍了一种数控防错技术在起落架结构件生产线上的应用，来降低人为错误对产品造成的缺陷，从而达成客户较高的品质目标及维护企业的品质声誉，形成起落架结构件生产线的工艺防错的具体应用方法。

二、防差错技术应用的必要性
根据公司多年对各类质量事故原因分析和统计，在所有原因中，80%是由于人为因素造成的，人为错误所占的比重很大，一直以来被大家沿用的防止人为错误的主要措施是“培训与惩罚”，即要求操作者待岗并扣除部分工资，然后进行大量培训，管理人员每每劝诫操作者工作要更加认真和努力，通过培训，确实可以避免相当一部分人为错误，比如由于过程/操作不熟悉，缺乏工作经验、缺乏适当的作业指导所致的错误。但由于人为疏忽、忘记等所造成的失误却很难防止。

经过长期大量实践证明：惩罚与教育相结合的防错方式并不成功。消除错误的最好方法是防差错方法，因为其从工艺设计角度即考虑到可能出现的操作错误并用防差错方法进行预防，或者更改设计使得错误发生的机率为零。这是从源头防止错误和缺陷的方法，符合质量的经济性原则。

三、数控加工中常见典型质量案例
案例1：2013年9月，操作者在加工防扭臂粗加工正面内档工序时，没考虑到Z值检测块的高度及公共坐标中Z值清零的情况下，仍使用公共坐标中Z值－70.00㎜后起动机床，导致D40R8刀具撞上检测螺栓，零件报废。如图1；

案例2：2013年3月，在加工某型号主起外筒时，操作者在数控085-035工序，程序号XXXCZ23.TXT的程序段加工完后换刀后忘记对刀,换完刀后继续运行程序XXXCZ24.TXT，当操作者发现铣削量过大时立即停止主轴转动，零件报废。如图2；

案例3：2015年7月，在加工某型号支架080-010工序时，操作者在调用程序XXXXXZF120D.TXT 制轴承Φ92K7孔口倒角1.25±0.1×45°后,中途休整忘记重新调用新程序，直接以当前程序加工Φ82K7孔口同规格倒角，当操作者发现铣削量过大时立即停止主轴转动，零件中级审理。如图3；

案例4：2015年10月，在加工某型号外筒085工序时，操作者将程序的“XXXJZ23.TXT”看成“XXXJZ3.TXT”，而“XXXJZ23.TXT”为第2工位的程序，用球头铣刀将零件铣伤，经处理报废。如图4；

案例5：数控程序编制时，错误选用干涉体/干涉面，致使生成的刀轨铣入零件内部；在钻镗孔过程中，参数选择不全，后置不能输出循环；工艺仅给点位，由现场编制循环，由于退刀平面参数太小，致使多孔加工退刀铣伤，经处理报废。如图5；

案例6：2014年3月，在加工某型号前起外筒070-005工序时，操作者在调用程序加工安装转弯卡箍的耳片处外圆,要求刀具的有效悬伸量大于215mm。操作者对刀具的长度比较随意，且不预知最终位置，不能及时发现刀柄挤伤耳片，零件提请中级处理。如图6。

四、防差错技术在大型起落架结构件数控加工上的具体应用
在现场产品的加工过程中，提出并应用了一种模块开放、警示纠偏、检测可靠和普遍适用的防错方法。它借助一套防错装置，通过增量设计、断电记忆、标志位管理、条件判断与逻辑运算，控制安装刀具在防错装置上运行设定的轨迹，依据实际轨迹状况（过切或干涉），判断使用刀具的正确性。该方法可根据编程参数判定使用刀具和编程刀具的符合性，工位状态和调用程序的匹配性，单件研制和批量生产的适应性，实现初始工位参数的选择，工位变换的正向增量控制，通过条件判断限制操作者对坐标偏移值的输入，针对出现的操作问题并给出警示和解决方案，提前预防这些错误引起的连锁反应。

4.1防错装置设计
防错装置的结构见下图，由防错棒体和防错棒头组成。防错棒体由经济价值较低的45#钢加工而成，由螺栓、螺帽固定于机床工作台上，安装在不影响加工工件位置处，不宜太近也不宜太远。防错棒头由韧性较高的四氟乙烯加工而成，通过螺纹配合固定于防错棒体上。使用四氟材料可以有效的避免刀片崩裂和刀杆挤断情形发生，可以提高防错棒头的可互换性，经济实惠。

4.2  算法控制
根据数控系统输入输出接口特点，并且现场通过手动方式对刀确立原点，因此刀具管理系统的参数不完整，不能直接读取包括刀具和检测棒的参数、检测棒的位置信息、数控程序的工位特征信息。

    4.2.1  参数规定
      刀具参数（直径和刀尖，通过编程系统读取程序设计参数）、检测棒参数（统一规定具体直径）和工位信息在程序设计过程中规定，在后置处理文件实现。

  – 刀具参数包括刃口最大直径和刀尖参数。鉴于钻头、铰刀和镗刀的对刀方式，钻头刀尖参数按120°赋值，铰刀和镗刀按90°，仅进行是否对刀Z值原点和刀具最大直径检查。

  – 检测棒的位置信息（X和Y原点）可选择某一固定坐标系去设定。
 

      – 程序组合按工位管理。同工位的程序指定相同的数值代码，并按增量从1、2、3…组合排列，对于使用夹具加工的，按加工顺序归类工位。

      4.2.2  工位的获取
  – 变异回转体。
       首件加工坐标原点（XY）变化由坐标系统原点数值判定，工位状态变化由机床回转工作台进行角度控制，并通过回转台角度和加工坐标原点的增量方式去实现。批产过程如果坐标原点和角度都无变化，则需要系统产生报警提示，操作者进行状态确认。

  – 非回转体。
       夹持由夹具固定或摆头加工时，坐标原点（XY）变化由坐标系统原点数值判定，可以从加工坐标原点的增量方式去获取工位状态，后续工位无坐标原点（XY）变化的，需要操作者根据报警提示，操作者对工位状态确认。
通过增量智能判断和人工确认方式的结合，实现了加工的分类和程序的工位管理，严格规范了操作流程，极大地提高了产品加工的安全性。

4.3  功能实现
      自动判定长度补偿方式。系统刀具补偿号激活时，能够自动识别换刀方式，并读取长度补偿号存入数控系统缓冲；否则读取当前产品加工坐标系的Z坐标原点值存入数控系统缓冲。

      所有状态变化由增量控制。刀具刀尖改变、加工坐标系原点和角度变化时，当前程序输入参数与寄存器（断电保持型）的存储值进行比较，增量发生改变的，标志位逻辑值能够实现同步动态更新，并存储相关的增量值、刀具参数、产品安装角度和对刀值。

      实现多重报警控制。涉及程序调用过程的工位逆序和工位超越、批产原点、程序不变而工位跳转、原点或角度不变而工位变化、公共坐标系偏移值的超范围输入等报警。
  – 工位逆序、工位超越、程序不变而工位跳转报警按强行终止处理；
  – 批产原点、原点或角度不变而工位变化的报警，可以由操作者对当前调用工位数值修改为负值，实现程序的运行。
  – 公共坐标系偏移值的超范围输入报警，由操作者在设定范围内修正偏置值，实现程序的运行。
 

      对刀提醒或警示。产品加工坐标系原点与检测棒顶端的Z坐标的增量为固定值，如果当前刀具相对前一刀具长，且没进行对刀确认，则会铣伤检测棒顶端的方式警示，并在后续设置单步动作，提醒操作者检查动作状态。
刀具参数检查。通过外部检测棒，通过程序控制刀尖圆角绕行检测棒边缘，可以预防装错刀片，然后运行至刀具最大边缘，可以预防刀具用错。

      工位复位控制。批产过程中，当加工坐标原点（XY）和角度坐标变化时，系统根据工位输入值自动对工位存储值进行初始化；当输入值为第一工位且坐标原点变化时，无论角度是否变化，工位存储值可自动初始化；当坐标原点无变化时，需操作者确认。

       通过对工位程序分类置位管理，当发生刀具直径或圆角使用错误、坐标原点输入错误、不同工位程序调用错误、原点偏移过大等疏忽大意的错误时，通过在大型典型结构件上的运用，对避免发生因人为因素引起的工件报废起到了积极的控制与预防作用，数控加工成本得到有效控制。

五、小结

近几年，公司各级管理部门极其重视质量建设，力图通过系统性消除质量问题的频繁发生，通过在数控程序设计推行全数字化管理控制，对后置处理文件的二次开发，实现重要常用指令数据的输出，持续提升工艺文件设计质量，细化实施路径和检查手段，在现场强化防错手段的运用，对避免工件超差、报废起到了积极的控制与预防作用，质量形势稳步向前发展。