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    【檢測量儀 技術】大型航空發動機機匣多軸測量系統的搭建與實現
    2017-07-12 悉恩悉機床網


      在航空領域中,發動機是飛機動力系統的核心組成部分,對于飛行的安全性、可靠性和經濟性等都有著至關重要的影響。一般說來,航空發動機主要由靜子、機匣和作高速定軸旋轉的轉子等組成。其中,機匣是整臺發動機的支架,也是支撐轉子和固定靜子的重要部件,因而機匣在整臺發動機中的作用舉足輕重。作為發動機內重要的承載、連接部件,機匣的主體結構大多為薄壁回轉體,而且具有徑向尺寸大、結構元素多、型面和內腔復雜、外壁單薄易變形、精度要求高等特點,這些都增加了對其進行加工與測量的難度。


      目前,國內的航空發動機研制和生產單位在應對大型航空發動機機匣的測量問題時,主要依賴于傳統的接觸式三坐標測量機,并采用笛卡爾直角坐標系和機械觸發式測頭,不僅存在速度慢、效率低、需要人工干預等缺點,而且在對空間曲面的測量方面具有很大的局限性。以某大型航空發動機機匣為例,需要三坐標測量機測量的項目多達200余項,這就導致一次測量的時間通常在1天以上。而國外的先進坐標測量設備大多采用復合式測頭與多軸聯動測量技術,即將傳統的三坐標測量機與高精度的回轉機構結合起來,以構建多軸聯動的坐標測量系統,從而實現了復雜曲面零件的高精度點位測量與高效率掃描測量。這是新一代坐標測量技術與裝備的發展趨勢,對于航空發動機機匣測量系統的搭建具有重要的借鑒意義。


      在這樣的背景下,為了解決當前大型航空發動機機匣測量中的工作量大、效率低等難題,航空工業精密所依托自身在精密、超精密制造技術以及精密測量、測試技術等領域的技術積累和優勢,在大型航空發動機機匣測量系統及在線測量技術方面開展了卓有成效的研究工作,研制出了基于高精度氣浮轉臺的五軸坐標測量系統,并對基于此系統的機匣測量方法進行了開發,從而實現了在三維空間中對大型航空發動機機匣的形狀、尺寸和位置等幾何參數進行快速精密測量的目標,可以大幅度提高我國航空發動機行業的機匣測量效率,這對于提升我國大型航空發動機的制造水平以及國產高檔測量裝備的技術水平均具有重要意義。


      根據大型機匣的結構特點與測量需求,精密所對傳統的大型龍門式測量機進行了結構優化,并針對其中的承力結構、高精度氣浮導軌、輕慣量運動滑架以及輕質量高剛性Z軸等關鍵部件進行了重點研究,設計出了適用于現場生產環境和檢測任務的新型機匣測量系統,其X、YZ軸的行程分別為3000mm、2000mm1500mm,空間測量精度可以達到0.004+0.004L/1000mm。


      在結構上,該系統主要由大型龍門式三坐標測量機本體、高精度氣浮轉臺、掃描測頭、控制系統和測量軟件等組成。其中,高精度氣浮轉臺作為輔助測量設備,用于實現機匣的轉位測量。該轉臺基于空氣靜壓軸承技術并以空氣作為潤滑介質,經由力矩電機直接驅動,可以實現很高的回轉精度,而且無磨損、振動小、噪聲低,因而能夠滿足生產現場對精密測量的嚴苛要求。配備有此高精度氣浮轉臺的機匣測量系統可以最大限度地提高機匣零件的測量效率,這是因為通過該氣浮轉臺的回轉可以使被測機匣整周的各個部分均處于測頭的測量范圍內,這樣就可以在只進行一次裝夾的情況下(不需要對機匣進行多次裝夾),實現對機匣三維信息的全面測量,再通過編程即可進行測量數據的自動拼接,從而獲得了完整的機匣測量數據。


      在控制系統方面,該測量系統選用了多軸運動控制系統,主要由主計算機(上位機)、控制器(下位機)、伺服驅動器、測頭系統、光柵測量系統、操作盒、安全及外圍邏輯電路等組成,其主要功能是將主計算機中的測量應用軟件操作轉化為檢測系統的控制指令,并通過通訊接口傳輸到下位機,下位機根據接收到的指令來控制整個系統執行各種動作,例如讀取各軸坐標值、控制各軸電機的運動、控制測頭的轉動和采點、處理狀態報警信號等。


      此外,為了提高整體精度并改善了其動態響應特性,系統還采用了多項先進技術措施,包括:優化主、副導軌結構;提高主、副導軌的支撐剛度來減小變形;采用新材料來提高橫梁和Z軸導軌的精度;提高導軌剛度來改善動態性能;提高控制系統性能。


      由航空工業精密所研制和開發的大型航空發動機機匣五軸測量系統,將大型龍門式測量機與高精度氣浮轉臺結合在一起,并且突破了多軸運動控制、空氣軸承設計、數據高效處理、坐標系轉換以及系統誤差分析和補償等關鍵技術,從而實現了大型航空發動機機匣的高效精密測量,可以為當前我國航空發動機制造過程中存在的大型機匣零件的測量效率低和精度差等問題提供了一項實用的技術解決方案。


    來源:中國航空報

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