發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的柔性工裝的設(shè)計(jì)制造

裴宇飛 宋子明

摘? 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是工業(yè)技術(shù)的結(jié)晶，尤其是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)正在向著大推力、低油耗的方向發(fā)展，從而使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、加工的難度也更大。如果將航空發(fā)動(dòng)機(jī)比作一個(gè)“人”的話，航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的管路就可以看作“人”體中的各類血管，航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路主要完成液壓油和燃油的輸送，由于空間結(jié)構(gòu)的限制航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路多為異型件，焊接加工制造的難度極大。為優(yōu)化加工工藝，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路加工中設(shè)計(jì)了柔性工裝標(biāo)準(zhǔn)模塊，在確保質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效的提高了加工效率。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);柔性工裝;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：V263? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）15-0102-02

Abstract： Aero-engine is the crystallization of industrial technology， especially modern aero-engine is developing in the direction of high thrust and low fuel consumption， which makes the structure of aero-engine more complex and more difficult to process. If the aero-engine is like a "human"， the internal pipeline of the aero-engine can be regarded as all kinds of blood vessels in the "human" body， and the aero-engine pipeline mainly completes the transportation of hydraulic oil and fuel. Due to the limitation of spatial structure， most of the aero-engine pipelines are special-shaped parts， so it is very difficult to weld and manufacture. In order to optimize the processing technology， a flexible tooling standard module is designed in the aero-engine pipeline machining， which effectively improves the machining efficiency on the basis of ensuring the quality.

Keywords： aero-engine; flexible tooling; design

前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的導(dǎo)管數(shù)量眾多且種類、形狀各異，尤其是一些導(dǎo)管受航空發(fā)動(dòng)機(jī)空間結(jié)構(gòu)限制其結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，加工難度極大。傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管采用的是“先取樣后生產(chǎn)”的模式，但是實(shí)際的生產(chǎn)制造中受多種因素的影響并未取得良好的效果。為解決這一難題提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的制造效率可以采用優(yōu)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管工裝結(jié)構(gòu)的方式，使用柔性工裝取代傳統(tǒng)的永久性工裝。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管制造所使用工裝簡(jiǎn)述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的制造上為保證連接強(qiáng)度多使用焊接工藝，在導(dǎo)管的焊接過(guò)程中需要使用工裝進(jìn)行固定定位。型架是國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管制造中所使用的主要工裝類型，由于型架屬于固定類工裝其僅能滿足單一型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的加工制造所需。在種類繁多、結(jié)構(gòu)形狀各異的航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管制造需求面前就顯得力不從心，為滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的制造需求往往需要準(zhǔn)備眾多的型架工裝。此外型架工裝安裝精度低、剛性差，其使用壽命較短因此無(wú)法滿足現(xiàn)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字化、高精度的加工要求。為解決這一難題，可以采用柔性工裝來(lái)取代傳統(tǒng)的型架工裝，柔性工裝能夠根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的制造需求完成快速設(shè)計(jì)、制造和研發(fā)，下文將就柔性工裝的設(shè)計(jì)和制造進(jìn)行分析闡述。

2 應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的柔性工裝特點(diǎn)和設(shè)計(jì)流程

2.1 柔性工裝的特點(diǎn)

柔性工裝是成組技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合，通過(guò)將柔性工裝技術(shù)融入到傳統(tǒng)的工裝設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)中從而建立起標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、信息化的工裝，從而使得工裝能夠?qū)崿F(xiàn)快速設(shè)計(jì)、制造，在降低成本的同時(shí)提高工裝的使用效率。航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種多、周期短的特點(diǎn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的設(shè)計(jì)、制造都是在不斷優(yōu)化的過(guò)程中，因此要求工裝具有良好的可拆卸性、通用性和重復(fù)利用性，相較于型架柔性工裝能夠良好的滿足上述要求。

2.2 柔性工裝的構(gòu)成

柔性工裝與傳統(tǒng)工裝最大的不同在于柔性化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，柔性工裝在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先設(shè)計(jì)并制造出眾多形狀各異、規(guī)格不同、尺寸不同且能夠?qū)崿F(xiàn)相互之間的完全互換的標(biāo)準(zhǔn)組合零部件。柔性工裝在應(yīng)用時(shí)結(jié)合各導(dǎo)管的尺寸、形狀與特性要求實(shí)現(xiàn)對(duì)于各構(gòu)件的精確定位調(diào)整，并在需要調(diào)整時(shí)可以快速的通過(guò)眾多的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行互換，充分滿足了航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管加工時(shí)對(duì)于精度、外形以及結(jié)構(gòu)剛度的要求。在柔性工裝的設(shè)計(jì)時(shí)首先需要改變其傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，主要用于設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化的模塊。其中標(biāo)準(zhǔn)化的模塊由基礎(chǔ)板、定位模塊、夾緊模塊以及輔助調(diào)整部分等幾大部分所組成，標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)合導(dǎo)管的尺寸設(shè)計(jì)成一系列的規(guī)格型號(hào)。柔性工裝中的專用結(jié)構(gòu)件主要是定位元件，包括定位銷、定位塊等，定位銷、定位塊通過(guò)調(diào)整、組合的方式完成對(duì)于導(dǎo)管的固定。相對(duì)于傳統(tǒng)的型架結(jié)構(gòu)，柔性工裝中的標(biāo)準(zhǔn)件占據(jù)到了工裝加工制造量的近9成左右，而專用結(jié)構(gòu)件僅占據(jù)總體制造量的一成左右。柔性工裝具有良好的通用性，大大簡(jiǎn)化了柔性工裝的設(shè)計(jì)、加工制造的難度，有效的提升了柔性工裝的設(shè)計(jì)、制造效率。

2.3 柔性工裝的設(shè)計(jì)流程

在完成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的設(shè)計(jì)后，需要將設(shè)計(jì)三維模型下發(fā)至柔性工裝的設(shè)計(jì)人員手中。設(shè)計(jì)人員結(jié)合導(dǎo)管設(shè)計(jì)圖紙分析確定導(dǎo)管的焊接與裝配基準(zhǔn)和焊接收縮量，設(shè)計(jì)人員結(jié)合上述參數(shù)完成柔性工裝的設(shè)計(jì)制造。結(jié)合導(dǎo)管的尺寸、結(jié)構(gòu)在柔性工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中進(jìn)行選取，并在選取完成后按照相關(guān)參數(shù)進(jìn)行裝配。其中關(guān)鍵部分如下：（1）依托導(dǎo)管的三維圖紙，完成柔性工裝所需要的各標(biāo)準(zhǔn)模塊的建模，按照導(dǎo)管所需要的定位方式、按照要求與功能使用建模軟件完成標(biāo)準(zhǔn)模塊的建立，并在模型圖紙上完成相關(guān)尺寸的標(biāo)注和確定。（2）結(jié)合導(dǎo)管的直徑、焊接要求確定柔性工裝的典型特征，按照上述要求賦予柔性工裝典型的結(jié)構(gòu)要素與約束方案。在完成了初步確定的柔性工裝裝配方案后結(jié)合實(shí)際導(dǎo)管再進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

3 柔性工裝基礎(chǔ)關(guān)鍵構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與制造

柔性工裝基礎(chǔ)關(guān)鍵件主要分為以下幾種：基礎(chǔ)板、定位模塊、約束模塊以及支承模塊。航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管柔性工裝的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.1 基礎(chǔ)板

基礎(chǔ)板是柔性工裝中的基礎(chǔ)性元件，其作為柔性工裝各標(biāo)準(zhǔn)件的連接板，各定位元件分布在基礎(chǔ)板上?；A(chǔ)板采用的是T形槽和鍵槽結(jié)構(gòu)，其他各標(biāo)準(zhǔn)件采用T形鍵固定在基礎(chǔ)板上。基礎(chǔ)板要求具有良好的穩(wěn)定性、剛度與抗震性。

3.2 定位模塊

定位模塊主要用于柔性工裝各模塊的定位和精度控制，同時(shí)采用定位模塊可以實(shí)現(xiàn)柔性工裝的精確定位和安裝。定位模塊由定位銷、定位鍵、定位法蘭等。在定位模塊的設(shè)計(jì)上可以結(jié)合使用要求對(duì)定位模塊的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行一定的優(yōu)化，從而確保定位模塊的形狀、尺寸能夠滿足所需裝夾的導(dǎo)管的尺寸和形狀的要求。定位銷座組件、法蘭定位座并非標(biāo)準(zhǔn)組件，而是需要結(jié)合導(dǎo)管的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行針對(duì)化設(shè)計(jì)的專用模塊。定位銷座組件主要作用對(duì)象為導(dǎo)管接頭部分和三通接頭部分，通過(guò)定位銷組件的固定定位完成后續(xù)的焊接作業(yè)。定位銷座組件包含有定位銷、調(diào)節(jié)支座、調(diào)節(jié)桿等部分，其中定位銷可以結(jié)合實(shí)際在裝配時(shí)進(jìn)行配磨，而對(duì)于調(diào)節(jié)支座和調(diào)節(jié)桿部分則需要根據(jù)導(dǎo)管焊接要求進(jìn)行分組制作，并做好高度標(biāo)記，以便調(diào)節(jié)高度更好的完成裝配工作?？赊D(zhuǎn)位定位銷座主要用于異形導(dǎo)管的裝配定位，尤其是在Z軸方向帶有一定的角度的導(dǎo)管接頭或是三通采用可轉(zhuǎn)位定位銷座能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于其良好的固定、定位，固定時(shí)可以使用墊塊和墊片來(lái)調(diào)整導(dǎo)管接頭或是三通的高度，通過(guò)回轉(zhuǎn)支座的旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)定位角度，可轉(zhuǎn)為定位銷座的最大調(diào)節(jié)角度可達(dá)±50°，在可回轉(zhuǎn)定位銷座上具有回轉(zhuǎn)刻度，在回轉(zhuǎn)定位時(shí)可以通過(guò)回轉(zhuǎn)刻度線來(lái)控制好回轉(zhuǎn)的角度，在完成了導(dǎo)管接頭或是其他焊接部分的定位后需要使用螺母進(jìn)行固定避免松脫。法蘭定位座的組成中除定位座為專用件需要進(jìn)行專用的設(shè)計(jì)制造外，其他的組成部分都可以采用標(biāo)準(zhǔn)件，在需要時(shí)可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)進(jìn)行選取和組裝。

3.3 支承件

航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管屬于薄壁件，為避免其在制造的過(guò)程中產(chǎn)生變形以采用支撐件實(shí)現(xiàn)對(duì)于導(dǎo)管的支承。支承件采用Y形結(jié)構(gòu)，支承的調(diào)節(jié)采用的是調(diào)節(jié)支座、調(diào)節(jié)支桿，根據(jù)所需要的高度利用調(diào)節(jié)支座和支桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。待到高度調(diào)節(jié)到位后使用緊固螺母進(jìn)行鎖死。Y形支座能夠承受直徑40mm以內(nèi)的導(dǎo)管。

3.4 壓緊模塊

壓緊模塊主要用于對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行快速的夾緊，完成對(duì)于導(dǎo)管的固定。壓緊模塊采用的是帶鉸鏈孔的V形回轉(zhuǎn)壓緊合件。

在完成了對(duì)于柔性工裝的制造和選型后，需要對(duì)柔性工裝進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)柔性工裝的結(jié)構(gòu)、尺寸進(jìn)行檢測(cè)確定其是否滿足導(dǎo)管的相關(guān)要求。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)柔性工裝的接觸面精度需要達(dá)到0.02mm。在完成了對(duì)于柔性工裝的裝配后需要對(duì)其調(diào)節(jié)精度進(jìn)行檢測(cè)，確保其精度滿足相關(guān)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

柔性工裝是一種滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管制造要求的裝置，通過(guò)應(yīng)用柔性工裝能夠有效的提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管工裝的制造效率，縮短工裝的設(shè)計(jì)和制造周期。柔性工裝的應(yīng)用將幫助航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的制造擺脫樣機(jī)的牽制，克服以往一導(dǎo)管一型架的加工制造模式。實(shí)現(xiàn)工裝的模塊化設(shè)計(jì)、裝配。同時(shí)，柔性工裝的設(shè)計(jì)還可以借助于UG軟件，通過(guò)構(gòu)建三維模型、模擬仿真的方式實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管設(shè)計(jì)與工裝夾具設(shè)計(jì)的無(wú)縫銜接，大大加快了航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的制造效率和制造精度。本文在分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管柔性工裝特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)柔性工裝的設(shè)計(jì)流程和制造關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析介紹。

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