航空發(fā)動機數(shù)字化裝配技術探討

郝 斌，張振興

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，遼寧沈陽 110015）

0 引言

航空機械制造質量決定航空發(fā)動機質量。確保航空發(fā)動機的運行效率、參數(shù)的穩(wěn)定是航空發(fā)動機裝配技術首要解決的問題。航空發(fā)動機質量受人為因素干擾，傳統(tǒng)航空發(fā)動機裝配技術，很難實現(xiàn)數(shù)字化裝配，結合傳統(tǒng)技術與數(shù)字化技術，實現(xiàn)數(shù)字化技術裝配航空發(fā)動機。

1 傳統(tǒng)發(fā)動機裝配技術存在的問題

數(shù)字化裝配技術是航空發(fā)動機制造的重要手段。航空發(fā)動機裝配成本占發(fā)動機成本的40%，裝配工作量占整體工作量的50%。傳統(tǒng)技術裝配航空發(fā)動機的劣勢。①裝配工作以人力為主，很難避免失誤，易發(fā)生錯裝或者漏裝，無法滿足航空發(fā)動機要求；②精準度性能低。人工裝配不可避免人為誤差，降低發(fā)動機精準度，誤差大影響發(fā)動機使用，甚至導致發(fā)動機損壞；③裝配人員能力及專業(yè)水平方面存在差異，導致裝配工作中誤差變大，同一種型號但經(jīng)不同人員裝配導致的裝配問題，影響發(fā)動機工作效率；④易造成精準儀器損壞。航空發(fā)動機裝配精準度高，對裝配儀器要求高，裝配人員要正確使用精密儀器。

裝配技術影響航空發(fā)動機質量和性能，應用數(shù)字化裝配技術降低失誤率，提升發(fā)動機質量和工作效率。

2 數(shù)字化裝配的關鍵技術

2.1 虛擬裝配技術

虛擬裝配是數(shù)字化裝配技術的關鍵，模擬技術將裝配過程中出現(xiàn)的問題可視化，監(jiān)督整個裝配過程，修改虛擬檢測結果出現(xiàn)的問題。體現(xiàn)在數(shù)值計算、工作面布局、裝配工藝規(guī)劃以及裝配操作模擬。虛擬裝配技術將虛擬裝配轉變?yōu)閯討B(tài)仿真裝配，優(yōu)化車間布局，提升裝配效率。

（1）虛擬裝配系統(tǒng)結構建立。虛擬裝配系統(tǒng)指對產(chǎn)品設計及裝配規(guī)劃在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)裝配的集成系統(tǒng)。建立虛擬裝配系統(tǒng)結構，利用CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）系統(tǒng)的零件物理特征以及幾何模型，將零件信息錄入到虛擬裝配系統(tǒng)，在虛擬環(huán)境中模擬零件裝配，裝配人員與虛擬裝配系統(tǒng)進行交互，完成裝配過程。

（2）裝配模型建模技術。通過數(shù)字化處理將產(chǎn)品轉換成三維數(shù)字化模型，優(yōu)化處理的技術稱為裝配模型建模技術，通過集合關系和約束依賴關系來完成，將工裝以及工具作為零件來制定操作規(guī)則，形成整體裝配模型。該技術優(yōu)勢是發(fā)揮傳統(tǒng)裝配技術的優(yōu)勢，將其進行數(shù)字優(yōu)化處理，方便裝配過程中的交互。

（3）裝配過程仿真技術。①分析裝配過程。初級裝配階段，仿真技術診斷裝配過程中的問題，判斷流程是否滿足裝配要求，解決裝配過程中的問題；②分析裝配的精準度。對裝配工藝的要求越來越嚴格，對后期產(chǎn)品零件的裝配技術提出了更高的要求和標準，需要保證裝配精準度，做出合理的判斷。

2.2 裝配工藝過程數(shù)字化柔性設計

（1）實體建模技術。航空發(fā)動機的實體模型對于裝配尺寸的要求嚴格，通過實體建模技術來進行數(shù)字化裝配技術處理，要精準了解實體尺寸。實體建模技術按照主模型尺寸要求模型的尺寸，降低建模與實體之間的誤差，提升裝配質量。

（2）工藝過程設計技術。航空發(fā)動機實施數(shù)字化裝配前，了解發(fā)動機裝配工藝特征，了解各種型號發(fā)動機的不同和裝配技巧，選擇合理的裝配方式，提升零件的使用率，提高裝配的效率，實現(xiàn)航空發(fā)動機數(shù)字化裝配技術的自動化。

（3）基于形位公差的裝配容差分析技術。通過運算方式完成裝配技術的模擬分析。通過對容器差異以及零部件上的差異進行數(shù)據(jù)分析，按照不同的零部件優(yōu)勢和特點選擇合適的容器，不是傳統(tǒng)的只考慮容器的實用性能來選擇，提升容器的時效性以及裝配質量。

2.3 裝配工藝可視化技術

航空發(fā)動機數(shù)字化裝配技術中，裝配人員按照裝配卡上的指標裝配，簡化裝配流程，提升工作效率，由于不能通過圖片以及文字對裝配過程動態(tài)處理，導致操作人員很難發(fā)現(xiàn)后續(xù)出現(xiàn)的問題?？梢暬夹g將文字信息與二維、三維技術結合，動態(tài)檢測裝配過程，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

3 裝配制造數(shù)字化

航空發(fā)動機裝配制造數(shù)字化主要問題除了工裝、裝配工藝外，還有裝配管理、裝配檢查。裝配制造數(shù)字化是通過發(fā)揮數(shù)字化優(yōu)勢來提升裝配的質量和生產(chǎn)能力，提升裝配的效率和質量。

航空發(fā)動機裝配零件數(shù)量多、復雜程度高且大部分不是標準部件，精準度很難控制，導致航空發(fā)動機裝配技術還停留在傳統(tǒng)手工操作和半自動化的裝配方式，裝配精度依賴于人為的鑒定。在裝配定位方面，航空發(fā)動機裝配技術依賴于剛性裝配工裝定位、劃線定位等方法，適用特定型號的發(fā)動機，當發(fā)動機型號變化，需要重新定制裝配工裝以及裝配軟件、設備，增加生產(chǎn)周期，無法保證航空發(fā)動機的精準度。

航空發(fā)動機裝配技術向數(shù)字化發(fā)展，傳統(tǒng)的剛性定位向自動化、數(shù)字化發(fā)展，提升發(fā)動機裝配效率。柔性裝配作為航空發(fā)動機裝配數(shù)字化技術的技術手段，此種工裝技術應用在不同尺寸、不同型號零部件的裝配中，滿足裝配中對不同產(chǎn)品的定位，確保裝配的精準度。該裝配技術可以短時間內(nèi)快速的研制且制造成本低，此技術包括數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)、柔性工裝技術。

柔性裝配檢測技術。通過光學測量與補償技術進行裝配檢測，利用激光跟蹤儀等數(shù)字測量系統(tǒng)監(jiān)督裝配過程，對裝配產(chǎn)品的測量以及相關控制點(關鍵特性)的位置，建立產(chǎn)品零部件基準坐標系統(tǒng)。

數(shù)字測量技術由傳統(tǒng)的測量發(fā)展成集監(jiān)督與測量于一體的綜合測量技術。對于裝配數(shù)字化來說，從被動轉為主動，從單一轉為多樣的測量技術，提升裝配工作的精準度。通過由點及面，發(fā)揮數(shù)字測量技術的優(yōu)勢，形成先進的裝配數(shù)字化技術。裝配技術正在逐漸發(fā)展成為集數(shù)字、網(wǎng)絡、靈活、精準于一體的數(shù)字化技術，提升我國航空發(fā)動機裝配質量。

4 結束語

研究航空發(fā)動機裝配技術的數(shù)字化，提升發(fā)動機裝配工作效率，加強創(chuàng)新能力，學習國內(nèi)外先進的知識經(jīng)驗，實現(xiàn)航空發(fā)動機裝配的數(shù)字化，提出可行的解決方案，促進我國航空事業(yè)的發(fā)展。