無人機金屬零部件的裝配方法研究

王正鶴，李樹豪，王智林

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 航空工程學(xué)院，河南 鄭州 450046）

1913年，世界上第一臺無人機誕生，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，無人機受到越來越多國家的重視。世界上有近30個國家對無人機進行研究與生產(chǎn)。無人機具有成本低、損耗低、無傷亡、能重復(fù)使用等優(yōu)點。在軍事方面可用于監(jiān)視、偵查、誘導(dǎo)、早期預(yù)警等；在民用方面，可用于大地測量、城市環(huán)境檢測、森林防火等。無人機的裝配環(huán)節(jié)是其生產(chǎn)鏈條的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其效果直接影響機的整體性能。信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合，催生了虛擬裝配仿真技術(shù)，有利于實現(xiàn)面向產(chǎn)品制造全過程的虛擬裝配仿真，可以大幅節(jié)約人力、物力和財力資源。本文面向無人機，分析其金屬零部件的裝配工藝，并進行裝配仿真。

1 無人機金屬零部件裝配單元劃分

圖1 無人機裝配結(jié)構(gòu)樹

選取某型號的無人機進行裝配工藝及仿真分析。該型無人機的金屬零部件較多，主要分為金屬部件、金屬組件、金屬套件、金屬零件四大類。其中，金屬部件包括起落架、機身、主旋翼機構(gòu)和尾槳機構(gòu)等，組件包括噴藥機構(gòu)、散熱裝置、動力裝置、同步皮帶組、啟動機離合器組、變速箱組和尾槳傳動裝置等，套件包括水泵架、二沖程發(fā)動機、藥箱、支撐架、鉸鏈球和舵機等，零件有U型架，環(huán)型架，腳板，下底板，側(cè)板，螺釘、螺栓及各種連接件等。該型無人機的裝配結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

2 無人機金屬零部件裝配方法分析

無人機金屬零部件的裝配組織形式由其生產(chǎn)類型和工藝過程決定。該型無人機屬于中型機械，通常情況下進行單件小批生產(chǎn)。在進行無人機總裝之前，將其結(jié)構(gòu)劃分為若干獨立的裝配單元，裝配時，可以組織平行裝配作業(yè)，進行部裝，各裝配單元裝配后可預(yù)先進行調(diào)整試驗，可大大地縮短各模塊的裝配周期。將調(diào)整完畢的裝配單元按一定的裝配順序裝配起來形成完整的產(chǎn)品，即無人機的總裝?？傃b過程中，各模塊都能以較完善的狀態(tài)進行總裝，有利于保證產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

根據(jù)無人機單件小批生產(chǎn)的特征，無人機的裝配組織形式為固定式裝配。無人機金屬零件部件加工過程對互換性要求不高，裝配時采用單件修配法。組織固定工作地修配性裝配是無人機單件生產(chǎn)的特殊形式。對無人機的生產(chǎn)來說，多采用通用的工藝裝備，對其聯(lián)接件的裝配工藝有一定特殊的要求。

該型無人機金屬零部件進行整機裝配時，采用模塊裝配法，依據(jù)先下后上、先復(fù)雜后簡單、先部裝再總裝的裝配理念，將其分為部裝和總裝兩個層次。對零部件進行必要的測量調(diào)整，進行部裝校正，以確保后續(xù)總裝校正順利進行。同時，無人機的部裝模塊在進入總裝環(huán)節(jié)前需進行表面處理，以避免整機裝配完成后某些局部位置無法表面處理。在總裝環(huán)節(jié)，以左側(cè)板為基準(zhǔn)，安裝發(fā)動機散熱機構(gòu)，通過內(nèi)六角螺栓將散熱機構(gòu)與側(cè)板鎖緊，保證散熱水箱各表面與側(cè)板表面的平行度與垂直度符合標(biāo)準(zhǔn)。以散熱風(fēng)扇上表面為基準(zhǔn)，發(fā)動機支撐板位于其正上方，將左側(cè)板與發(fā)動機支撐板通過螺釘聯(lián)接好，并鎖緊螺釘，保證發(fā)動機支撐板表面與側(cè)板表面的垂直度。以發(fā)動機支撐板右后方圓孔為基準(zhǔn)，將啟動電機及其傳動機構(gòu)的安裝板與左側(cè)板掛架的螺釘聯(lián)接。

以啟動電機上表面為基準(zhǔn)用四個螺釘通過定位安裝孔聯(lián)接變速箱及舵機結(jié)合機構(gòu)。將主旋翼槳轂安在變速箱功率輸出軸上。用四個M5內(nèi)六角螺釘將尾管加強管安裝在變速箱尾部下端，用4mm內(nèi)六角扳手將螺釘鎖緊。以發(fā)動機和電啟動離合器的輸出軸為基準(zhǔn)，以左右側(cè)板的定位安裝孔為輔助基準(zhǔn)，安裝同步皮帶及其支撐傳動機構(gòu)，用螺釘鎖緊。

將主機身和起落架進行安裝構(gòu)成飛機的主體結(jié)構(gòu)。以起落架U型架上表面為基準(zhǔn)，以主機身左、右側(cè)板下部腳板的底面為輔助安裝面，用螺釘通過各自的定位安裝孔逐一鎖緊，螺釘不能一次擰緊，須經(jīng)2～3次逐步擰緊。起落架上的安裝孔略大于螺釘直徑，以便定位與微調(diào)。保證U型架上邊緣線與側(cè)板底端邊線成90°角，以使機身中軸線將垂直于起落架的兩個U型架。用百分表檢查相鄰腳板間的平行度以及腳板和U型架間的垂直度，對其進行校正以符合垂直度和平行度的要求。

把提前部裝好的排氣裝置與發(fā)動機上的排氣孔所在表面緊密配合，應(yīng)保證各接口處的接觸精度，安裝發(fā)動機排氣裝置，避免漏氣。

在機頭處分別用左右側(cè)板的上機殼螺柱和下機殼螺柱安裝水泵機構(gòu)，用螺釘鎖緊。把備好的兩個主旋翼槳葉以一定的螺距安裝到飛機上，保證兩槳葉與槳轂的直線度。該型無人機整機裝成后，還需進行整體的表面處理。

對該型無人機的裝配單元劃分和金屬零部件裝配方法分析。對該型無人機，采用模塊化的裝配思想和部裝和總裝的裝配理念具有高效性和便利性。

3 結(jié)論

結(jié)合某型無人機單件小批生產(chǎn)的特征，基于采用模塊裝配法，依據(jù)先下后上、先復(fù)雜后簡單、先部裝再總裝的裝配理念，建立了該型機裝配的整體框架和金屬零部件的裝配方法。驗證結(jié)果表明，裝配流程順利完成，證明模塊化裝配思想、部裝和總裝的裝配理念和裝配方案對該型無人機裝配環(huán)節(jié)的合理性。