发动机导管的柔性工装的设计制造

裴宇飞 宋子明

摘  要：航空发动机是工业技术的结晶，尤其是现代航空发动机正在向着大推力、低油耗的方向发展，从而使得航空发动机的结构更加复杂、加工的难度也更大。如果将航空发动机比作一个“人”的话，航空发动机内部的管路就可以看作“人”体中的各类血管，航空发动机管路主要完成液压油和燃油的输送，由于空间结构的限制航空发动机管路多为异型件，焊接加工制造的难度极大。为优化加工工艺，在航空发动机管路加工中设计了柔性工装标准模块，在确保质量的基础上有效的提高了加工效率。

关键词：航空发动机;柔性工装;设计

中图分类号：V263          文献标志码：A         文章编号：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

航空发动机内的导管数量众多且种类、形状各异，尤其是一些导管受航空发动机空间结构限制其结构很复杂，加工难度极大。传统的航空发动机导管采用的是“先取样后生产”的模式，但是实际的生产制造中受多种因素的影响并未取得良好的效果。为解决这一难题提高航空发动机导管的制造效率可以采用优化航空发动机导管工装结构的方式，使用柔性工装取代传统的永久性工装。

1 航空发动机导管制造所使用工装简述

航空发动机导管种类繁多、结构复杂，在航空发动机导管的制造上为保证连接强度多使用焊接工艺，在导管的焊接过程中需要使用工装进行固定定位。型架是国内航空发动机导管制造中所使用的主要工装类型，由于型架属于固定类工装其仅能满足单一型号航空发动机导管的加工制造所需。在种类繁多、结构形状各异的航空发动机导管制造需求面前就显得力不从心，为满足航空发动机导管的制造需求往往需要准备众多的型架工装。此外型架工装安装精度低、刚性差，其使用寿命较短因此无法满足现今航空发动机的数字化、高精度的加工要求。为解决这一难题，可以采用柔性工装来取代传统的型架工装，柔性工装能够根据航空发动机导管的制造需求完成快速设计、制造和研发，下文将就柔性工装的设计和制造进行分析阐述。

2 应用于航空发动机导管的柔性工装特点和设计流程

2.1 柔性工装的特点

柔性工装是成组技术、信息技术、自动化技术等的有机结合，通过将柔性工装技术融入到传统的工装设计、制造等环节中从而建立起标准化、模块化、信息化的工装，从而使得工装能够实现快速设计、制造，在降低成本的同时提高工装的使用效率。航空发动机导管具有结构复杂、品种多、周期短的特点，航空发动机导管的设计、制造都是在不断优化的过程中，因此要求工装具有良好的可拆卸性、通用性和重复利用性，相较于型架柔性工装能够良好的满足上述要求。

2.2 柔性工装的构成

柔性工装与传统工装最大的不同在于柔性化、模块化和标准化，柔性工装在设计时预先设计并制造出众多形状各异、规格不同、尺寸不同且能够實现相互之间的完全互换的标准组合零部件。柔性工装在应用时结合各导管的尺寸、形状与特性要求实现对于各构件的精确定位调整，并在需要调整时可以快速的通过众多的标准件进行互换，充分满足了航空发动机导管加工时对于精度、外形以及结构刚度的要求。在柔性工装的设计时首先需要改变其传统的结构形式，主要用于设计出标准化的模块。其中标准化的模块由基础板、定位模块、夹紧模块以及辅助调整部分等几大部分所组成，标准模块结合导管的尺寸设计成一系列的规格型号。柔性工装中的专用结构件主要是定位元件，包括定位销、定位块等，定位销、定位块通过调整、组合的方式完成对于导管的固定。相对于传统的型架结构，柔性工装中的标准件占据到了工装加工制造量的近9成左右，而专用结构件仅占据总体制造量的一成左右。柔性工装具有良好的通用性，大大简化了柔性工装的设计、加工制造的难度，有效的提升了柔性工装的设计、制造效率。

2.3 柔性工装的设计流程

在完成了航空发动机导管的设计后，需要将设计三维模型下发至柔性工装的设计人员手中。设计人员结合导管设计图纸分析确定导管的焊接与装配基准和焊接收缩量，设计人员结合上述参数完成柔性工装的设计制造。结合导管的尺寸、结构在柔性工装标准件库中进行选取，并在选取完成后按照相关参数进行装配。其中关键部分如下：（1）依托导管的三维图纸，完成柔性工装所需要的各标准模块的建模，按照导管所需要的定位方式、按照要求与功能使用建模软件完成标准模块的建立，并在模型图纸上完成相关尺寸的标注和确定。（2）结合导管的直径、焊接要求确定柔性工装的典型特征，按照上述要求赋予柔性工装典型的结构要素与约束方案。在完成了初步确定的柔性工装装配方案后结合实际导管再进行进一步的优化。

3 柔性工装基础关键构件的结构与制造

柔性工装基础关键件主要分为以下几种：基础板、定位模块、约束模块以及支承模块。航空发动机导管柔性工装的结构图如图1所示。

3.1 基础板

基础板是柔性工装中的基础性元件，其作为柔性工装各标准件的连接板，各定位元件分布在基础板上。基础板采用的是T形槽和键槽结构，其他各标准件采用T形键固定在基础板上。基础板要求具有良好的稳定性、刚度与抗震性。

3.2 定位模块

定位模块主要用于柔性工装各模块的定位和精度控制，同时采用定位模块可以实现柔性工装的精确定位和安装。定位模块由定位销、定位键、定位法兰等。在定位模块的设计上可以结合使用要求对定位模块的相关参数进行一定的优化，从而确保定位模块的形状、尺寸能够满足所需装夹的导管的尺寸和形状的要求。定位销座组件、法兰定位座并非标准组件，而是需要结合导管的相关参数进行针对化设计的专用模块。定位销座组件主要作用对象为导管接头部分和三通接头部分，通过定位销组件的固定定位完成后续的焊接作业。定位销座组件包含有定位销、调节支座、调节杆等部分，其中定位销可以结合实际在装配时进行配磨，而对于调节支座和调节杆部分则需要根据导管焊接要求进行分组制作，并做好高度标记，以便调节高度更好的完成装配工作。可转位定位销座主要用于异形导管的装配定位，尤其是在Z轴方向带有一定的角度的导管接头或是三通采用可转位定位销座能够实现对于其良好的固定、定位，固定时可以使用垫块和垫片来调整导管接头或是三通的高度，通过回转支座的旋转来调节定位角度，可转为定位销座的最大调节角度可达±50°，在可回转定位销座上具有回转刻度，在回转定位时可以通过回转刻度线来控制好回转的角度，在完成了导管接头或是其他焊接部分的定位后需要使用螺母进行固定避免松脱。法兰定位座的组成中除定位座为专用件需要进行专用的设计制造外，其他的组成部分都可以采用标准件，在需要时可以通过标准件库进行选取和组装。

3.3 支承件

航空发动机导管属于薄壁件，为避免其在制造的过程中产生变形以采用支撑件实现对于导管的支承。支承件采用Y形结构，支承的调节采用的是调节支座、调节支杆，根据所需要的高度利用调节支座和支杆进行调节。待到高度调节到位后使用紧固螺母进行锁死。Y形支座能够承受直径40mm以内的导管。

3.4 压紧模块

壓紧模块主要用于对导管进行快速的夹紧，完成对于导管的固定。压紧模块采用的是带铰链孔的V形回转压紧合件。

在完成了对于柔性工装的制造和选型后，需要对柔性工装进行检测，通过对柔性工装的结构、尺寸进行检测确定其是否满足导管的相关要求。根据标准柔性工装的接触面精度需要达到0.02mm。在完成了对于柔性工装的装配后需要对其调节精度进行检测，确保其精度满足相关要求。

4 结束语

柔性工装是一种满足航空发动机导管制造要求的装置，通过应用柔性工装能够有效的提升航空发动机导管工装的制造效率，缩短工装的设计和制造周期。柔性工装的应用将帮助航空发动机导管的制造摆脱样机的牵制，克服以往一导管一型架的加工制造模式。实现工装的模块化设计、装配。同时，柔性工装的设计还可以借助于UG软件，通过构建三维模型、模拟仿真的方式实现了航空发动机导管设计与工装夹具设计的无缝衔接，大大加快了航空发动机导管的制造效率和制造精度。本文在分析航空发动机导管柔性工装特点、结构的基础上，对柔性工装的设计流程和制造关键点进行分析介绍。

参考文献：

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