飛機(jī)制造是一項(xiàng)技術(shù)難度大、過程非常復(fù)雜的的工程，在現(xiàn)代飛機(jī)制造中，裝配已經(jīng)占到了整個(gè)飛機(jī)制造周期中總工作量的一半以上。由于飛機(jī)零部件尺寸大、結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜、數(shù)量繁多，裝配環(huán)節(jié)的自動(dòng)化程度一直處于較低的水平，勞動(dòng)密集且耗時(shí)耗力的裝配工作已經(jīng)成為提高飛機(jī)制造質(zhì)量和效率、降低成本的最大障礙。

F-35戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)安裝

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的核心，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在飛機(jī)裝配中占有重要地位，安裝質(zhì)量對飛機(jī)性能有著很大影響。如圖所示，航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有體積重量大、結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜、安裝間隙小等特點(diǎn)，且表面布滿復(fù)雜的管路，安裝軌跡復(fù)雜，使得高質(zhì)量、高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝成為飛機(jī)裝配中最大的難點(diǎn)之一。目前國內(nèi)普遍采用手工模式進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝作業(yè)，其主要存在以下幾個(gè)方面的問題。

（1）自動(dòng)化程度低：在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝過程中，只能依靠人力對發(fā)動(dòng)機(jī)的位置姿態(tài)反復(fù)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，且不能多軸聯(lián)動(dòng)調(diào)整，耗時(shí)耗力，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（2）調(diào)姿精度低：發(fā)動(dòng)機(jī)的位置姿態(tài)調(diào)整過程中沒有精準(zhǔn)的伺服控制，只能依靠人的操作經(jīng)驗(yàn)，沒有精確的測量與反饋，只能依靠人的目視觀察，精度低，可靠性差，且容易磕碰發(fā)動(dòng)機(jī)。

（3）安裝效率低：發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝需要多人協(xié)同觀察和操作，且容易發(fā)生誤操作和返工，安裝一臺發(fā)動(dòng)機(jī)需要數(shù)個(gè)小時(shí)。國內(nèi)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)手工安裝模式仍處于比較低的技術(shù)水平，而國外飛機(jī)制造公司如洛克希德·馬丁、波音、空客等，都在航空發(fā)動(dòng)機(jī)安裝中應(yīng)用了自動(dòng)化安裝方法和裝備，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的質(zhì)量和效率。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝多軸調(diào)姿平臺

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)安裝動(dòng)作要求和調(diào)姿分析

某航空發(fā)動(dòng)機(jī)安裝軌跡

所示為國內(nèi)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)安裝軌跡示意圖，理論上為一近似梯形折線軌跡。由于發(fā)動(dòng)機(jī)和安裝艙的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及初始位姿的隨機(jī)性和不確定性，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝過程中，需要在沿安裝艙軸線的豎直剖面內(nèi)，對發(fā)動(dòng)機(jī)的俯仰姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)安裝前和安裝過程中，要能夠始終保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)身安裝艙的軸心對準(zhǔn)，這是發(fā)動(dòng)機(jī)成功安裝的必要條件。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸心對準(zhǔn)示意圖

除了俯仰姿態(tài)調(diào)整和軸心對準(zhǔn)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝中，還需要對其繞軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，以及向機(jī)身安裝艙內(nèi)的推進(jìn)。

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的高效精準(zhǔn)安裝，航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)6 個(gè)空間自由度的位置姿態(tài)的精準(zhǔn)調(diào)整，應(yīng)能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝過程中對發(fā)動(dòng)機(jī)位置姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋控制。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝多軸調(diào)姿平臺

航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝架車

按照功能劃分，研制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝架車包括兩大部分：多軸調(diào)姿平臺和行走底盤車，如圖所示。其中多軸調(diào)姿平臺作為數(shù)控安裝架車執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝作業(yè)的主要機(jī)構(gòu)，有6個(gè)空間自由度，根據(jù)安裝需要可以多軸聯(lián)動(dòng)控制，負(fù)責(zé)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在安裝過程中的位置姿態(tài)調(diào)整和推進(jìn)；行走底盤車由電力驅(qū)動(dòng)，并帶有液壓支腿，負(fù)責(zé)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的短途轉(zhuǎn)運(yùn)和安裝前的初始對準(zhǔn)，安裝過程中由液壓支腿進(jìn)行承載。

多軸調(diào)姿平臺包括：發(fā)動(dòng)機(jī)夾具、平移機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)、升降俯仰機(jī)構(gòu)，其中平移機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)垂直于軸心方向的水平偏移，轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的水平偏擺，承載框架與底盤導(dǎo)軌配合實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)沿軸線方向的推進(jìn)，而發(fā)動(dòng)機(jī)其余3個(gè)自由度的調(diào)整依靠多軸調(diào)姿平臺的升降俯仰機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

升降俯仰機(jī)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的豎直偏移、豎直偏擺和沿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)等3 個(gè)自由度的調(diào)整，采用了4 組“人字形”連桿獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的方案，每組“人字形”連桿頂部均采用關(guān)節(jié)軸承的連接方式，4 組“人字形”連桿共同支撐轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)底板。對其空間自由度進(jìn)行分析，以驗(yàn)證其是否能夠滿足3個(gè)自由度的要求。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)位置姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝過程中，需要對其位置姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測并做出反饋調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)這一功能，采用了研制的多視覺監(jiān)測系統(tǒng)。

多視覺監(jiān)測系統(tǒng)包括5個(gè)部分：圓環(huán)標(biāo)靶、監(jiān)視攝像頭、監(jiān)測平臺、主機(jī)、輔助監(jiān)視攝像頭，其中，圓環(huán)標(biāo)靶固定在航空發(fā)動(dòng)機(jī)前端，與發(fā)動(dòng)機(jī)前端同心，起到確定發(fā)動(dòng)機(jī)位置和姿態(tài)的作用；監(jiān)視攝像頭固定在安裝艙的多個(gè)檢修口，在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝過程中起到輔助監(jiān)視作用；監(jiān)測平臺放置在安裝艙前端（靠近飛機(jī)進(jìn)氣口一側(cè)），將固定在發(fā)動(dòng)機(jī)前端的圓環(huán)標(biāo)靶和安裝艙輪廓進(jìn)行圖像采集，并將采集結(jié)果傳輸?shù)街鳈C(jī)；采用多個(gè)輔助監(jiān)視攝像頭，安裝在機(jī)身適當(dāng)?shù)奈恢没虼翱?，用于輔助監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入機(jī)身后與側(cè)壁的間隙大小等。主機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，將采集到的圖像進(jìn)行處理比對，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)相對于安裝艙的位置姿態(tài)偏差。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝示意圖

圖5所示為航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝場景示意圖，多視覺監(jiān)測系統(tǒng)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝架車的數(shù)控系統(tǒng)連接，在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝過程中將計(jì)算出的發(fā)動(dòng)機(jī)位置姿態(tài)偏差反饋給架車數(shù)控系統(tǒng)，由其控制多軸數(shù)控調(diào)姿平臺，對發(fā)動(dòng)機(jī)的位置姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控，推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)向機(jī)身內(nèi)安裝，直至發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到位。此外，在數(shù)控安裝過程中，操作者可以根據(jù)需要切換至非自動(dòng)模式，通過數(shù)控手麥或數(shù)控指令調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的位置姿態(tài)，使其滿足安裝要求。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證研制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)多軸數(shù)控安裝架車的可行性，聯(lián)合某飛機(jī)制造企業(yè)，進(jìn)行了多次生產(chǎn)現(xiàn)場的航空發(fā)動(dòng)機(jī)安裝應(yīng)用驗(yàn)證試驗(yàn)。如圖6 所示為航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝試驗(yàn)流程，主要包括軸心對準(zhǔn)和安裝推進(jìn)，兩個(gè)過程都包含“監(jiān)測-反饋- 調(diào)整”的機(jī)制。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝試驗(yàn)流程

航空發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)身安裝艙的軸心對準(zhǔn)，包括初始對準(zhǔn)和精對準(zhǔn)。首先進(jìn)行架車與機(jī)身的初始對準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)架車至發(fā)動(dòng)機(jī)安裝工位，架車前端有定位環(huán)，調(diào)整架車的位置和角度，當(dāng)定位環(huán)與機(jī)身安裝艙特定位置的外圓輪廓對齊時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)相對于安裝艙的偏差處于可調(diào)范圍內(nèi)，即完成了架車與機(jī)身的初始對準(zhǔn)，將液壓支腿放下，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝過程中由液壓支腿承載架車和發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的位姿監(jiān)測系統(tǒng)界面

在軸心精對準(zhǔn)過程中，架車數(shù)控系統(tǒng)利用多視覺監(jiān)測系統(tǒng)的反饋信息，控制多軸調(diào)姿平臺調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的位置姿態(tài)，如圖所示，系統(tǒng)程序中設(shè)置了允許誤差，包括水平偏移允許誤差Δy0，豎直偏移允許誤差Δz0，水平偏擺角度允許誤差Δθ10 和豎直偏擺角度允許誤差Δθ20，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的4個(gè)位置姿態(tài)偏差全部控制在允許誤差范圍內(nèi)時(shí)，即完成了發(fā)動(dòng)機(jī)與安裝艙的軸心對準(zhǔn)，然后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)安裝作業(yè)。

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝系統(tǒng)界面

在發(fā)動(dòng)機(jī)通過數(shù)控系統(tǒng)操控緩慢推進(jìn)安裝過程中，多視覺監(jiān)測系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)的位置姿態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將結(jié)果反饋到航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝架車的數(shù)控系統(tǒng)，如圖所示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)位置姿態(tài)偏差在誤差范圍內(nèi)時(shí)，安裝過程持續(xù)進(jìn)行；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)位置姿態(tài)偏差超出了誤差范圍時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝工作將暫停，由多軸數(shù)控調(diào)姿平臺對發(fā)動(dòng)機(jī)位置姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，直到符合誤差范圍要求，繼續(xù)執(zhí)行安裝工作，直至發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到位。

在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝驗(yàn)證試驗(yàn)過程中，同時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架車沿各軸的發(fā)動(dòng)機(jī)位置、姿態(tài)調(diào)整精度進(jìn)行了檢測，其中沿X 軸、Y 軸、Z 軸直線運(yùn)動(dòng)的位置精度采用激光干涉儀進(jìn)行檢測；而繞X 軸、Y 軸、Z 軸的姿態(tài)精度等不便于應(yīng)用激光干涉儀的檢測項(xiàng)目，則在軸線兩側(cè)布置兩臺百分表，利用兩臺百分表的示值差，推算出繞軸線的偏擺角度。將檢測結(jié)果與數(shù)控系統(tǒng)、多視覺監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行對比，即可得出發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的位置、姿態(tài)精度能否滿足要求。

多次試驗(yàn)結(jié)果表明，所采用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控安裝方法及其裝備，操作輕便，精度高，使航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)安裝效率提高了1 倍以上，位置操控精度可以控制在0.2mm 以內(nèi)，姿態(tài)操控精度控制在20' 以內(nèi)，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的安裝過程進(jìn)行有效監(jiān)測，避免了安裝過程中發(fā)動(dòng)機(jī)外緣與機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)艙的磕碰。

來源：航空制造網(wǎng)

免責(zé)聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題，請第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容！本文內(nèi)容為原作者觀點(diǎn)，并不代表本公眾號贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。