使用先进计量学的实用精密工具的合适示例
飞行员永远不会透过座舱盖看到外面的世界。他们看到了它的图像。Hockley Pattern & Tool 是一家致力于制造完美工具的艺术和科学的公司的例子。
这篇文章是关于 Hockley 如何构建并验证高级工具。成型工具和夹具作为一种制造概念已经跨越了几个世纪，今天仍然是许多先进零件的基础，包括有史以来最先进的航空平台 F-35 战斗机的驾驶舱顶篷。
当今复合材料零件的复杂性和精度在很大程度上依赖于使高级成型成为可能的铺层工具。这些叠层工具——以及那些设计、制造和检查它们的人——是联合国许多依赖高强度、轻质复合材料的零件和成品背后的英雄。
与大多数制造应用一样，材料和工艺不断改进，使高科技零件的制造速度更快并且质量不断提高，价格更便宜。在这一不断发展的过程中，有一件事保持不变：叠层工具对于功能和质量都至关重要。
复合材料零件的制造和组装过程中有许多交接环节，通常包括机加工、涂层、精加工和附加组件。如果叠层工具不完美，基础就会有缺陷。
Hockley Pattern & Tool 在英国工具制造业的核心地位超过 25 年，为国内外主要航空航天和汽车制造商及其供应链。 “在设计和制作工具时，它既可以是创造性的，也可以是高度技术性的过程，”霍克利主任尼尔威廉姆斯说。 “通常，我们会收到用于设计、构建和检查成品工具的棱柱形 3D CAD 模型。但我们经常被要求从工件创建工具，工件可以是有机形状或棱柱形零件，没有可用的 CAD 模型或图纸。无论工作如何来到我们的车间，每个成品工具都包含与 3D CAD 模型相关的质量检验报告。”
Hockley Pattern & Tool 是一家致力于制作完美工具的艺术和科学的公司的例子。 Hockley 为了履行其为每个成品工具提供基于 CAD 模型的质量验证报告的承诺，它依赖于加利福尼亚州阿纳海姆 Verisurf 软件公司的 Verisurf 软件和兼容测量设备。关键词是 CAD-基于，Verisurf 是 se选出了四个引人注目的要点：
- Verisurf 软件基于模型并构建在 CAD 平台上，包括 3D 建模。
- 该软件提供灵活的测量、逆向工程（包括A 级曲面）、检测、工具构建和装配指导。
- Verisurf 软件无缝导入和导出智能 CAD 文件和模型，可以编辑现有的智能 GD&T 数据，并可以根据需要添加新的 GD&T 注释。
- Verisurf 支持并运行从接触式探测到非接触式扫描的几乎所有数字测量设备，无论使用年限、控制器类型或专有软件如何，包括 CNC CMM、手臂、跟踪器和所有类型的扫描仪。 li>
开放式软件平台和各种测量设备选项的灵活组合使 Hockley 能够在每项工作中开发和/或保持数字连续性或数字主线。
“Verisurf 软件真正提高了我们的质量控制水平凭借其独特的应用工具集提高了我们的工具检查速度，”Hockley 质量经理 Robin Walton 说。 “我们还使用 Verisurf Reverse 集成 CAD 和实体建模器直接从我们的扫描仪生成表面模型。颜色错误映射和标记非常出色，使我们能够实时确认工作的准确性。”
F-35 Canopy：装配示例
Verisurf Build，也称为 Virtual Gage ，显示 CMM 激光跟踪器或探头移动后的实时偏差，检查与标称 CAD 模型相关的零件。Hockley 的任务是为 F-35 的座舱盖建造、检查和交付工具联合打击部队战斗机。考虑到通常称为组件的遮篷或透明组件，这项工作需要很高的公差有框架挡风玻璃和座舱盖，由单块拉伸丙烯酸制成，外模线没有台阶或间隙。
F-35 是世界上第二架第五代战术战斗机，旨在满足四个关键目标：杀伤力、生存力、保障性和负担能力。据其设计师称，F-35 Lightning II 驾驶舱背后的概念是“让飞行员回归战术家的角色”。这是通过使用计算机做计算机最擅长的事情并允许飞行员做飞行员最擅长的事情来实现的，同时具有最佳的飞行员/车辆界面 (PVI)、可管理的单座工作量和卓越的态势感知能力。
飞行员永远不会透过座舱盖看到外面的世界；他们看到了它的图像。每个制造的顶篷都以独特的方式在光学上扭曲了外界的视野。通过平视显示器和头盔显示器查看的空中和地面目标可能会因座舱罩中难以察觉的偏差而失真厚度、曲线和材料。换句话说，座舱盖可以直接影响武器的准确性。为了缓解这种情况，每个顶篷都按照极其严格的公差进行制造和验证。然后，作为组装过程的一部分，每个座舱盖都被光学映射并与特定飞机匹配，光学偏差数据存储在机载系统中，以实时校正飞行员对外界的看法。
直播, 构建模块的直观界面
作为 F-35 座舱盖工具构建过程的一部分，Hockley 使用了 Verisurf 软件的几个关键功能，并结合适当的测量硬件设备，以确保准确性和质量验证.
Verisurf Build，也称为 Virtual Gage，显示 CMM 激光跟踪器或探头移动后的实时偏差，检查与标称 CAD 模型相关的零件。在与 CAD 模型快速对齐后，Build 的实时、直观界面会显示零件到模型l 偏差。
“该软件改变了我们的游戏规则，它不仅提供清晰和决定性的工具验证，还为我们航空航天部门的高级工具应用程序提供实时数字工具设置和定位，”Paul 说Squire，Hockley 的工程经理。
在这个 36 英尺（10.97 米）风力涡轮机叶片（未参与 F-35 项目）的示例中，Verisurf 用于识别表面上的“局部”波纹区域需要更正的配置文件。这是在提供全局和本地化分析和报告的零件的整个轮廓上完成的。 Hockley 在 F-35 项目中使用了 Verisurf 功能。除了尺寸控制外，Hockley 还利用 Verisurf Build 界面实现多项附加功能，包括：
- 加工基准的中间设置检查建立以优化加工过程；
- 通过实时引导调整在工具组件上对辅助部件进行过程中定位；
- 工具点澄清和位置控制；
场外对较大的过程中工具构建项目进行验证和检查；以及 - 实时构建逆向工程 CAD 的能力，尤其是在异地进行时，这让客户在最终加工之前对原始工具数据充满信心。
确定工具表面的“波纹度”
F-35 座舱盖既是空气动力学部件，也是透射和折射光线的透镜。再加上飞机的性能和驾驶目标，整个透明系统几乎没有出错的余地。识别和最小化冠层工具表面的波纹度有助于减轻光学和空气动力学偏差，保持表面性能并减少光学校正量机载系统需要的动作。
顶篷可承受 4 磅重的鸟以 480 节的速度对加固挡风玻璃的冲击，以及 350 节的速度对顶篷的冲击而不会折断。将特殊涂层应用于成品机盖，以保持低可观察性或隐身特性。Verisurf 软件的特定分析功能用于确定工具表面的波度，既包括局部轮廓内的波度，也包括相对于整个表面偏差的波度.这会向用户提供数据，以帮助他们在必要时更正工具。该功能提供：
- 全局偏差分析：执行的第一个分析是全局剖面，它提供显示刚体完整点集的偏差图。这是执行的标准分析，用于查看与标称 CAD 模型相比的总偏差。
- 局部范围分析：范围是执行的第一个本地配置文件分析。它确定所分析的点集中点的总范围。在该示例中，对用户定义的 10 英寸（25.4 厘米）半径内的每个点进行分析，以获得该局部剖面内的最大高/低范围。
- 局部偏差分析：局部剖面的偏差分析提供了与已建立局部剖面内点的 CAD 标称值的总偏差。这用于识别和修复高点和低点。
- 局部剖面平均分析：对局部剖面分析求平均值可提供理解局部轮廓内部的平均偏差，以基准测试零件以获得更好的结果。
现代计量学，传统制造
成型工具和夹具历史悠久，仍然是创造许多东西的基础先进的parts，包括有史以来最先进的航空平台 F-35 战斗机的座舱盖。Verisurf 软件是将现代计量学与传统制造方法相结合以提高可能性标准的示例。 Verisurf 建立在 CAD 平台上，支持基于模型的设计、工程、制造和质量验证的自然发展。这在设计/建造过程的每一步都保持了数字连续性。
“在过去 20 年中，制造工具的发展比历史上任何其他时期都要先进，”总裁兼首席执行官 Ernie Husted 说。 Verisurf 软件公司首席执行官。 “高科技材料一直是一个关键的贡献者，但如果没有专业工具制造商的经验以及 CAD、逆向工程和计量解决方案的集成，F-35 等成品平台在今天是不可行的。”
F-35 一般特性
- 机组人员：1
- 长度身高：15.7 m（51.4'）
- 翼展：11 m（35'）
- 身高：4.4 m（14.4'）
- 机翼面积：460 ft2 （43 平方米）
- 纵横比：2.66
- 空重：13,290 千克（29,300 磅）
- 毛重：22,471 千克（49,540 磅）
- 最大起飞重量：70,000 磅（31,751 千克）
- 燃料容量：18,250 磅（8,278 千克）内部
- 动力装置：1× Pratt & Whitney F135-PW-100加力涡轮风扇发动机，28,000 磅力（120 kN）干推力，43,000 磅力（190 kN）加力
- 最大速度：海拔 1.6 马赫；海平面时速 700 节（806 英里/小时；1,296 公里/小时）
- 航程：1,500 海里（1,700 英里，2,800 公里）
- 作战航程：669 海里（770 英里， 1,239 公里）使用内部燃料； 760 海里（870 英里，1,410 公里）内部燃料拦截任务，用于内部空对空配置
- 服务升限：50,000'（15,000 米）
G 限制：+9.0 - 机翼载荷：107.7 lb/ft2（526 kg/m2）毛重
- 推力/重量：0.87 毛重重量（满载重量为 1.07
含 50% 内部燃料）
