逆向技术在2代机修理中的应用
吉林航空维修有限责任公司 （吉林 132102） 曹宏翼 朱玉波 陈国峰 张成丽
辽宁忠旺集团 （辽阳 111003） 张 剑
摘要： 本文通过基于逆向技术对某型歼击机破损的垂尾前梁进行数字化设计、制造过程，阐述逆向技术在2代机修理领域的应用，逆向技术利用先进的测量方法及测量设备对飞机垂尾前梁进行扫描处理，获得点云数据，借助CATIA软件对缺少模线样板零件进行逆向建模，然后再进入零部件设计界面，对其进行正向设计，最终完成新零部件的制造，以达到2代机修复目的。
在现代飞机维修领域中，维修部门并不是总能与设计部门共享设计飞机零部件的相关资料，航空修理企业正面临3代机与2代机并行修理、各机种型号多样的复杂情况。许多2代机或2代半战机经过2到3个翻修期，出现许多受力结构件损坏、必须换新的现象，而生产该零件的主机厂已经停产该种机型，加工该零件的模线样板，检验工装要么损坏、要么丢失。由于缺乏设计数据，修理厂不能新制破损件，将不得不咨询设计、制造部门协商解决方案，这样将造成维修周期加长、维修成本加大的问题。
从行业的特点上看，建筑业本身就是高危行业，在建筑施工中诸多的安全隐患一直都是企业要面对的问题，对施工人员有着非常高的要求，需要施工人员保持非常好的安全意识。因此在建筑施工中需要施工人员不断加强在安全知识以及安全管理方面的学习，对各类的安全措施要进行完善。施工单位的负责人需要对建筑施工有足够的认知，具备极强的安全意识，认识到在建筑施工实际开展中，安全质量方面的监督是不可松懈的，对施工各个方面展开严格的监督，然后对建筑施工中的各类安全措施进行完善。
随着航空数字化设计与制造技术的不断发展，现代在飞机维修领域运用逆向数字技术可解决这一问题。逆向数字工程技术在飞机维修中，主要是用于修复具有复杂曲面的破损零部件。通过逆向工程技术，可以在没有原始设计数据的情况下，比较迅速地生产破损零部件的替代零件，这样既可节省维修成本，又能降低修理周期。
1.问题来源
2017年底，某型2代战机在检查过程中，发现该机垂尾前梁（见图1）根部裂纹1处，长度约为55mm，裂纹部位打磨约3mm深度后，裂纹仍然存在。公司决定对该机垂尾前梁进行更换，由于该零件已停产无法采购，经研究决定开展自制工作。
煤炭在开采过程中，需要挖掘大量的巷道来开采作业。由于煤矿地理位置及水文等多种因素的影响，致使煤矿开采频繁发生安全事故，严重威胁到施工人员的生命安全。因此，必须采用合理的掘进支护技术。
（2）点云采集与处理。数据采集时应考虑破损件的形状，确定破损件摆放位置，确保最大限度采集完整的数据，点云最好一次采集完成，尽量不采用拼接的方式，因拼接数会造成数据精度降低的情况。贴上相应地扫描标记点后，应根据零件表面反光强度调节扫描仪激光功率，使其达到最佳状态。采集时移动速度应尽量缓慢，周围人员不要随意走动，避免环境影响，造成数据精度降低。
2.具体逆向技术的应用
（1）逆向流程图如图2所示。
图 1
自制过程中发现原生产该零件公司因此型飞机早已停产，图样中规定的模线样板都已丢失，检验夹具不同程度损坏。公司只能依靠自己的加工经验提出解决方案，传统的加工方法以损坏件为样件，对毛料进行定点定位→精准划线→粗加工预留余量→钳工反复锉修打磨的方式加工新零件，但此方法加工周期长，靠模线样板保证的曲面精度低，影响装机质量和修理周期。因此经反复讨论决定通过逆向建模、正向制造的方法加工新零件。
点云处理过程主要进行多余数据的删除和噪点的去除，整个过程，通过软件来控制处理前后点云的精度，得到需要的点云数据（见图3），并在后续阶段使用，对处理好的数据应存储备份。
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（3）逆向建模。在逆向工程中，实物的三维模型重建是最关键、最复杂的工作。在CATIA软件（Digitized Shape Editor）模块，应用点云导入命令（Import）导入处理后的点云数据，一般选择默认的点云参数即可。在建模开始前，应根据实际制造需要，以后续制造基准作为建模的基准。再利用系统提供的混合、扫掠和曲线延伸等曲面造型功能进行曲面模型重建，最后通过延伸、求交和过渡等操作，将各曲面片光滑拼接或缝合成整体的复合曲面模型，在模型重建过程中，从形状表面数字化到CAD建模都会产生误差，所以需要数模对零件图样已有尺寸、破损件零件的测量尺寸反复对比，设计出最终的逆向数模（见图4）。
3.制造实体
通过CATIA逆向建好的3维数模，投影出2维工程图样后，与零件图样比对，完善因应用模线样板加工而缺少的尺寸部分，完善零件图样。加工过程中严格按照公司《试制产品控制程序》、《关键过程质量控制程序》等质量文件控制执行，经材料性能检测，制基准、粗铣、校形、应力释放、精加工、钳制、荧光检查、阳极化和喷漆等工艺流程制造出新零件（见图5）。
图 2
图 3
图 4
图 5
4.结语
航空产品处于先进制造装备的顶端，主机厂所正在应用越来越新的数字化设计与制造技术。但对于航空修理企业，由于处在整个行业下游，数字化技术薄弱，应用新的数字化技术提高航空产品修理能力势在必行。
参考文献：
[1] 舒送.导管数字化制造技术在传统飞机修理中的应用[J].制造技术与机床，2016，06：147-150.
（收稿日期： 20180810）
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