數(shù)字化制造技術(shù)作為先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)，以其響應(yīng)快、質(zhì)量高、成本低及柔性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空產(chǎn)品的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)、工裝數(shù)字化定義、預(yù)裝配、數(shù)字化樣機(jī)應(yīng)用、主要零件的數(shù)控加工、產(chǎn)品數(shù)字仿真與試驗(yàn)、工藝數(shù)值模擬與仿真、產(chǎn)品數(shù)據(jù)及制造過(guò)程管理等方面有了較深入的應(yīng)用，正成為21世紀(jì)推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造向前發(fā)展的主動(dòng)力。隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，制造過(guò)程與產(chǎn)品數(shù)字描述理論、數(shù)字化裝備的發(fā)展、數(shù)字化制造技術(shù)將逐步地走向成熟。

 

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配制造涉及裝配工藝、裝配工裝、裝配檢查以及裝配過(guò)程管理等技術(shù)問(wèn)題。裝配制造數(shù)字化研究的的目的就是要研究如何采用數(shù)字化的手段和工具來(lái)改善和提高裝配工作現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)組織與質(zhì)量的控制能力，以提高生產(chǎn)組織效率和裝配質(zhì)量。

 

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)裝配裝備

 

　　在民用大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇、核心機(jī)、低壓渦輪裝配成主機(jī)以及外部裝配過(guò)程中，經(jīng)常利用四到六根固定在地面上的俗稱(chēng)“象腿”的立柱來(lái)支承發(fā)動(dòng)機(jī)外部承力機(jī)匣，為了方便移動(dòng)例如風(fēng)扇機(jī)匣等部件，還利用了裝有滾動(dòng)輪的車(chē)架。

 

6根支柱上裝配發(fā)動(dòng)機(jī)

 

立柱與上部吊裝結(jié)合

 

　　利用裝配車(chē)架、立柱進(jìn)行裝配屬于傳統(tǒng)裝配方法：優(yōu)點(diǎn)是占用空間小，建線成本低;缺點(diǎn)是可活動(dòng)的自由度數(shù)單一、裝配區(qū)域有限，工人有時(shí)需要借助梯架來(lái)完成部分作業(yè)，存在安全隱患。另外立柱與上部吊裝結(jié)合的裝配方式只適用于水平裝配，并且在裝配過(guò)程中有時(shí)還需要借助上部吊裝系統(tǒng)如天車(chē)等，不適合在大批景生產(chǎn)中應(yīng)用該種裝配方法。

 

　　由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)重量大，在裝配和運(yùn)輸過(guò)程中還用到了起重設(shè)備。在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車(chē)間，多種吊車(chē)型式可用在相適應(yīng)工部，其中有：橋式或懸掛起重機(jī)、懸臂起重機(jī)、單軌起重機(jī)，架空軌道系統(tǒng)。在應(yīng)用吊車(chē)型式設(shè)備進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)吊裝時(shí)，存在的不足之處是：一是啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊大，負(fù)載大慣性造成的機(jī)械沖擊也較大，長(zhǎng)期使用會(huì)造成機(jī)械設(shè)備使用壽命的縮短，操作人員的安全系數(shù)較差，設(shè)備運(yùn)行可靠性相對(duì)較低;二是操作人員的熟練程度與起重機(jī)工作時(shí)的協(xié)調(diào)性有很大關(guān)系，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)專(zhuān)注作業(yè)會(huì)使操作人員精神壓力大，容易產(chǎn)生疲勞，易產(chǎn)生誤操作。

 

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)裝配裝備

 

　　隨著數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化等技術(shù)在飛行器制造技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的剛性定位逐漸向數(shù)字化、自動(dòng)化、柔性化定位方向發(fā)展。

 

　　柔性裝配是指采用柔性定位技術(shù)進(jìn)行裝配的一種數(shù)字化裝配方法，這種工裝可以適用于不同形狀、不同尺寸組件或部件的裝配，滿(mǎn)足不同產(chǎn)品的定位需要，同時(shí)可以保證裝配的準(zhǔn)確度。柔性裝配技術(shù)是一種能適應(yīng)快速研制、低成本制造及工裝可重組模塊化的先進(jìn)裝配技術(shù)，涵蓋了柔性工裝、精確定位與檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集/處理系統(tǒng)等方面的技術(shù)。

 

　　柔性裝配工裝基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系設(shè)計(jì)，具有模塊化、可重組、自動(dòng)化的特點(diǎn)，免除了設(shè)計(jì)和制造各種產(chǎn)品裝配專(zhuān)用的傳統(tǒng)裝配型架/夾具，從而降低了工裝制造成本，縮短工裝準(zhǔn)備周期，同時(shí)大幅度提高裝配生產(chǎn)率。

 

　　目前，國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)裝配裝備主要有以下發(fā)展。

 

　　1、應(yīng)用上部軌道水平吊裝系統(tǒng)裝配

 

　　上部軌道水平吊裝系統(tǒng)構(gòu)成水平脈動(dòng)裝配線，通過(guò)流水作業(yè)的方式將風(fēng)扇、核心機(jī)、低壓渦輪單元體組裝成主機(jī)和進(jìn)行外部總裝(包括安裝附件機(jī)匣)。發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)內(nèi)最著名的脈動(dòng)裝配線是GE航空公司和賽峰集團(tuán)的以上部吊裝水平裝配系統(tǒng)為主體的裝配線。

 

上部軌道水平吊裝系統(tǒng)

 

GE 航空水平脈動(dòng)裝配線

 

　　水平脈動(dòng)裝配線首先是以水平吊裝的風(fēng)扇機(jī)匣為基礎(chǔ)，進(jìn)行風(fēng)扇單元體裝配，然后將在分散的裝配工位裝配出的核心機(jī)水平裝到風(fēng)扇模塊上，再將低壓渦輪軸水平穿過(guò)核心機(jī)與風(fēng)扇相連，將低壓渦輪裝配到主機(jī)，再進(jìn)行外部總裝水平裝配，最后是終檢。

 

　　應(yīng)用水平脈動(dòng)裝配線進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配，存在的不足之處是：該裝配系統(tǒng)對(duì)軌道、支撐和地基都有特殊要求，其應(yīng)用不包括核心機(jī)、低壓渦輪、附件機(jī)匣等部件裝配，此外投資大，不適宜小批量生產(chǎn)。這也是為什么世界上最暢銷(xiāo)CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)才敢上脈動(dòng)生產(chǎn)線。

 

　　2、應(yīng)用單自由度工裝設(shè)備裝配

 

　　利用裝配車(chē)架、立柱以及上部軌道水平吊裝系統(tǒng)進(jìn)行裝配的過(guò)程中，裝配部、組件是固定不動(dòng)的，裝配工人有時(shí)會(huì)在極不舒服的姿勢(shì)下完成作業(yè)，不能保證作業(yè)的質(zhì)量。根據(jù)裝配工藝的要求，裝配件有時(shí)需要反復(fù)多次翻轉(zhuǎn)裝配，應(yīng)用上述裝配設(shè)備、方法顯然是不易完成作業(yè)的。而如果應(yīng)用下圖所示的單自由度工裝設(shè)備，發(fā)動(dòng)機(jī)等裝配件可以實(shí)現(xiàn)俯仰旋轉(zhuǎn)，在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路系統(tǒng)的裝配作業(yè)以及檢修時(shí)，可以不借助梯架既能完成大部分作業(yè)，有利于減輕工人作業(yè)強(qiáng)度，同時(shí)也提高了作業(yè)的安全性。應(yīng)用下圖所示的提升設(shè)備，可以將固定在裝配車(chē)架上的發(fā)動(dòng)機(jī)連同裝配車(chē)架一起提升到適宜高度，方便工人完成在只有裝配車(chē)架時(shí)不易完成的作業(yè)。

 

單柱提升設(shè)備

 

單柱提升與翻轉(zhuǎn)組合裝配

 

　　3、多自由度工裝設(shè)備

 

　　Snecma航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司(現(xiàn)賽峰航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司)申請(qǐng)的專(zhuān)利，公開(kāi)了一種如圖所示的航空發(fā)動(dòng)機(jī)單元體裝配裝置。該裝置包括一個(gè)可升降剪叉式托架、一個(gè)位于托架上方的樞轉(zhuǎn)部分、單元體支撐工具和在樞轉(zhuǎn)部分上裝配單元體支撐工具的附加裝置。剪叉式托架能夠?qū)崿F(xiàn)垂直方向上有限的升降，托架上方的樞轉(zhuǎn)部分可以將單元體從豎直位置轉(zhuǎn)到水平位置，可使單元體的裝配工作在最佳工作條件下迅速進(jìn)行，且人工干預(yù)極少，避免了單元體運(yùn)轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)過(guò)程中使用起吊機(jī)械帶來(lái)的一些弊端。該設(shè)備不足之處在于：僅僅局限于單元體之間的裝配。

 

賽峰的發(fā)動(dòng)機(jī)單元體裝配設(shè)備

 

　　英國(guó)Rolls-Royce公司在對(duì)EJ200渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行總裝過(guò)程中，用到了下圖所示的總裝設(shè)備。該設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)式是單柱提升機(jī)與弧形加持裝置通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤(pán)相連接，實(shí)現(xiàn)在總裝過(guò)程中垂直升降和旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作。該設(shè)備與單柱提升與翻轉(zhuǎn)組合裝配設(shè)備相比，只有一側(cè)單柱提升機(jī)，節(jié)約出了另一側(cè)的空間，方便工人作業(yè)。

 

Rolls-Royce公司總裝設(shè)備

 

　　多自由度工裝設(shè)備與上述工裝設(shè)備相比最大的優(yōu)點(diǎn)是：占地面積小;在航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配時(shí)不需要從一個(gè)工位移動(dòng)到另一個(gè)工位，提高了裝配的可靠性;不僅能夠進(jìn)行整機(jī)總裝，還可以利用該設(shè)備實(shí)現(xiàn)單元體、核心機(jī)的裝配，通用性較強(qiáng)。

 

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