CN115415785A - 一种涡扇发动机核心机装配系统与装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡扇发动机核心机装配系统与装配方法，属于涡扇发动机核心机技术领域，该系统包括回转装置、机械臂测量装置以及数字化集成控制装置，回转装置的底部固定，顶部能够水平回转；机械臂测量装置底部固定，其机械臂的执行端设置有测量仪器，能够测量待组装的关键零部件、组装完成的关键组件以及核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置；数字化集成控制装置能够根据接收的测量数据自动判断待组装的关键零部件的关键尺寸、组装完成的关键组件的关键尺寸以及核心机的关键尺寸是否满足要求，且数字化集成控制装置能够控制回转装置与机械臂测量装置运动。该系统提高了涡扇发动机核心机装配质量与装配效率。

Description

一种涡扇发动机核心机装配系统与装配方法

技术领域

本发明属于涡扇发动机核心机技术领域，具体涉及一种涡扇发动机核心机装配系统与装配方法。

背景技术

涡扇发动机装配过程中，核心机是对涡扇发动机性能影响最大的环节，核心机以涡轮机匣为基础件，在此基础上进行高压涡轮及导向管、火焰筒、压气机及机匣、中介机匣、轴承、轴承套、低压轴、低压涡轮、风扇轮以及外部管路等零部件的安装。

目前涡扇发动机核心机装配全过程都依靠人工操作，在这个过程中，待组装的关键零部件的关键尺寸(如轴承的内径与外径)、组装完成的关键组件的关键尺寸(如涡轮机匣组件安装轴承处外圆环的圆跳动)以及装配完成的核心机的关键尺寸(如核心机的外轮廓)的测量都是由人工完成，并且测量结果的符合性也是由操作及检验人员进行人工判定，由于无法实现装配结果的在线测量、自动判断检测结果，致使涡扇发动机核心机装配过程质量波动大，限制了涡扇发动机核心机的装配质量及装配效率的提升。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种涡扇发动机核心机装配系统，该系统通过机械臂测量装置对待装的关键零部件的关键尺寸、组装完成的关键组件的关键尺寸以及核心机的关键尺寸进行自动化测量，并由数字化集成控制装置自动判断测量结果，提高了涡扇发动机核心机装配质量与装配效率。

一种涡扇发动机核心机装配系统，包括回转装置、机械臂测量装置以及数字化集成控制装置；

所述回转装置的底部固定，顶部能够水平回转；

所述机械臂测量装置底部固定，其机械臂的执行端设置有测量仪器，能够测量待组装的关键零部件、组装完成的关键组件以及核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至所述数字化集成控制装置；

所述数字化集成控制装置能够根据接收的所述测量数据自动判断待组装的关键零部件的关键尺寸、组装完成的关键组件的关键尺寸以及核心机的关键尺寸是否满足要求，且所述数字化集成控制装置能够控制所述回转装置与所述机械臂测量装置运动。

进一步地，所述待组装的关键零部件包括轴承，所述轴承的关键尺寸包括轴承的内径与外径；

所述组装完成的关键组件包括涡轮机匣组件，所述涡轮机匣组件的关键尺寸包括涡轮机匣安装轴承处外圆环的圆跳动；

所述核心机的关键尺寸包括所述核心机的外轮廓。

进一步地，还包括六自由度并联调姿装置；

所述六自由度并联调姿装置的底部与所述回转装置的顶部固定连接；

所述数字化集成控制装置能够控制所述六自由度并联调姿装置姿态的调节。

进一步地，还包括转接装置；

所述转接装置与所述六自由度并联调姿装置的顶部可拆卸连接，且涡轮机匣能够固定安装于所述转接装置。

进一步地，所述转接装置为零点定位卡盘；

所述零点定位卡盘的一个端面设置有连接件，用于实现与所述六自由度并联调姿装置顶部的可拆卸连接，另一个端面设置有固定件，用于固定所述涡轮机匣。

进一步地，所述连接件为零点定位销。

进一步地，所述零点定位销与所述六自由度并联调姿装置的顶部通过气动连接头气压连接。

此外，本发明还提供了一种涡扇发动机核心机装配方法，该方法通过利用上述的装配系统，在核心机组装过程中进行自动化测量，并自动判断测量结果，能够高效且高质量地完成涡扇发动机核心机的装配。

一种涡扇发动机核心机装配系统，步骤为：

步骤一：将所述涡轮机匣固定到所述回转装置的顶部；

步骤二：所述机械臂测量装置通过测量仪器测量测量所述待组装的关键零部件的关键尺寸，并将测量数据传输至所述数字化集成控制装置，并由所述数字化集成控制装置自动判断所述待组装的关键零部件的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则将所述待组装的关键零部件组装到所述涡轮机匣上，否则更换所述待组装的关键零部件，并对更换的所述待组装的关键零部件的关键尺寸进行重新测量，直至满足要求；

步骤三：所述机械臂测量装置通过测量仪器测量所述组装完成的关键组件的关键尺寸，并将测量数据传输至所述数字化集成控制装置，并由所述数字化集成控制装置自动判断所述组装完成的关键组件的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则继续组装，直至核心机组装完成；否则，重新组装，直至满足要求。

进一步地，所述机械臂测量装置通过测量仪器测量所述组装完成的所述核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至所述数字化集成控制装置，并由所述数字化集成控制装置自动判断所述核心机的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则所述核心机能够交付使用，否则，对所述核心机进行修配，直至满足要求。

进一步地，所述数字化集成控制装置通过将接收的测量数据与其内部的预设值比较，自动判断所述待组装的关键零部件的关键尺寸、所述组装完成的关键零部件的关键尺寸以及所述核心机的关键尺寸是否在误差范围内，若在误差范围内则满足要求，否则，不满足要求。

有益效果：

1、本发明的涡扇发动机核心机装配系统，其中的机械臂测量装置能够测量待组装的关键零部件、组装完成的关键组件以及核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置，并且数字化集成控制装置能够根据接收的测量数据，自动判断关键零部件的关键尺寸、组装完成的关键组件的关键尺寸以及核心机的关键尺寸是否满足要求，自动化程度高、测量结果的稳定性高与测量精度也高，提升了涡扇发动机核心机高精度自动化装配程度，保证了涡扇发动机核心机装配质量的一致性，提升了装配效率。

2、本发明的涡扇发动机核心机装配系统，待组装的关键零部件包括轴承，轴承的关键尺寸包括轴承的内径与外径，组装完成的关键组件包括涡轮机匣组件，涡轮机匣组件的关键尺寸包括涡轮机匣安装轴承处外圆环的圆跳动，核心机的关键尺寸包括核心机的外轮廓，通过机械臂测量装置对这些关键尺寸的测量以及数字化集成控制装置对测量数据的自动判断能保证涡扇发动机核心机的装配质量与装配效率。

3、本发明的涡扇发动机核心机装配系统，六自由度并联调姿装置的底部与回转装置的顶部固定连接，且数字化集成控制装置能够控制六自由度并联调姿装置姿态的调节，这能够使涡轮机匣固定到六自由度并联调姿装置的顶部后还能再次调整姿态，更能保证涡轮机匣的轴线与电动回转台的轴线重合且均竖直向上，提高机械臂测量装置的测量精度，从而提高涡扇发动机涡轮机匣的装配质量。

4、本发明的涡扇发动机核心机装配系统，使用零点定位卡盘作为转接装置，节省了涡扇发动机核心机装配过程中重新找正零点的辅助时间，保证装配工作的连续性，提高了装配效率。

5、本发明的涡扇发动机核心机装配方法，先将涡轮机匣固定到回转装置的顶部，然后机械臂测量装置通过测量仪器测量待组装的关键零部件的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置，并由数字化集成控制装置自动判断待组装的关键零部件的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则将待组装的关键零部件组装到涡轮机匣上，否则更换待组装的关键零部件，并对更换的待组装的关键零部件的关键尺寸进行重新测量，直至满足要求，这实现了对涡扇发动机核心机关键零部件的自动化选配，保证了组装到涡扇发动机核心机的关键零部件的质量，从而提高了涡扇发动机核心机的装配质量。

此外，机械臂测量装置通过测量仪器测组装完成的关键组件的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置，并由数字化集成控制装置自动判断组装完成的关键组件的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则继续组装，直至核心机组装完成，否则，重新组装，直至满足要求，这保证了涡扇发动机核心机关键组件的装配质量，从而进一步提高了涡扇发动机核心机的装配质量。

6、本发明的涡扇发动机核心机装配方法，机械臂测量装置通过测量仪器测量组装完成的核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置，并由数字化集成控制装置自动判断核心机的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则核心机能够交付使用，否则，对核心机进行修配，直至满足要求，这保证了在对核心机的某些零部件未进行自动化选配或未对某些组装完成的组件未进行装配质量的测量或其它各种情况(如测量误差的积累)导致的最终组装完成的核心机的关键尺寸不满足要求时，能够被及时发现，从而保证核心机投入使用后的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种涡扇发动机核心机装配系统的组成示意图；

图2为图1中转接卡盘的结构示意图；

图3为图2中转接卡盘另一个角度的结构示意图。

其中，1－电动回转台，2－六自由度并联调姿装置，3－零点定位卡盘，4－第一机械臂，5－第二机械臂，6－数字化集成控制装置，7－工作平台，8－零点定位销，9－卧式肘夹，10－涡轮机匣。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例一：

如图1～图3所示，本实施例提供一种涡扇发动机核心机装配系统，其组成包括回转装置、机械臂测量装置以及数字化集成控制装置6，其中：

回转装置的底部固定在工作平台7上，顶部能够水平回转；

机械臂测量装置的底部固定在工作平台7上，其机械臂的执行端设置有多种测量仪器，能够测量待组装的关键零部件、组装完成的关键组件以及核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置6；

数字化集成控制装置6能够根据接收的测量数据自动判断关键零部件的关键尺寸、组装完成的关键组件的关键尺寸以及核心机的关键尺寸是否满足要求(数字化集成控制装置通过将接收的测量数据与其内部的预设值比较，自动判断待组装的关键零部件的关键尺寸、组装完成的关键组件的关键尺寸以及核心机的关键尺寸是否在误差范围内，若在误差范围内则满足要求，否则，不满足要求)，且数字化集成控制装置6能够控制回转装置与机械臂测量装置运动。

其中，待组装的关键零部件可以包括轴承，轴承的关键尺寸可以包括轴承的内径与外径；组装完成的关键组件可以包括涡轮机匣组件，涡轮机匣组件的关键尺寸可以包括涡轮机匣10安装轴承处外圆环的圆跳动；核心机的关键尺寸可以包括核心机的外轮廓(外包络)。当然，值得注意的是，在涡扇发动机核心机装配过程中具体要测量的量是可以根据实际情况灵活选择的，根据不同测量的量在机械臂测量装置上设置相应的测量仪器即可。

使用该涡扇发动机核心机装配系统时，将涡轮机匣10固定在回转装置的顶部，通过人工将涡扇发动机核心机的其它组成零部件组装到涡轮机匣10上，而测量由机械臂测量装置配合数字化集成控制装置6完成，即该涡扇发动机核心机装配系统是一个人机协作的装配系统。

具体地，参照图1，在本实施例中，回转装置为电动回转台1，因为电动回转台1顶部的平面度精度较高，当将涡轮机匣10固定在电动回转台1顶部时，能够使涡轮机匣10的轴线与电动回转台1的轴线重合且轴线均竖直向上，这有利于对涡轮机匣10以及电动回转台1构建统一的坐标系，比如X轴、Y轴均于工作平台7平行，Z轴与涡轮机匣10或者电动回转台1的轴线重合，在统一的坐标系下，有利于提高装配过程中的测量精度。另外，电动回转台1的回转精度很高，这有利于装配过程中零部件角向位置的高精度调整。而且，电动回转台1在通电状态下具备锁紧能力，能够在高负荷、需长期运行的环境中使用，满足了涡扇发动机核心机的装配环境要求。

如图1所示，在本实施例中，机械臂测量装置的主体为两个机械臂，分别为第一机械臂4与第二机械臂5，两个机械臂设置在回转装置1的两相对侧；这两个机械臂均能够实现七个自由度的运动，能够满足涡扇发动机核心机装配过程中人机协作的需求。机械臂的运动轨迹规划可以通过数字化集成化控制装置6完成。

作为改进，在电动回转台1的顶部固定安装一个六自由度并联调姿装置2，数字化集成控制装置6能够控制该六自由度并联调姿装置2姿态的调节。如此，这个回转装置就相当于是由电动回转台1以及六自由度调姿装置2共同组成，既能实现水平地回转，也能实现其它方向的运动，具体来说，因为六自由度并联调姿装置2能够灵活调整姿态，所以当涡轮机匣10安装到该六自由度并联调姿装置2的顶部后，还能够再次调整涡轮机匣10的姿态，确保其轴线与电动回转台1的轴线重合且竖直向上，更加有利于提高装配过程中机械臂测量装置的测量精度，从而提高涡扇发动机核心机的装配质量。

参考图1～图3，为了使涡轮机匣10更好地固定到六自由度并联调姿装置2的顶部，设置了一个转接装置，该转接装置与六自由度并联调姿装置2的顶部可拆卸连接，且涡轮机匣10能够固定安装于该转接装置。具体地，在本实施例中，转接装置为零点定位卡盘3，如图2所示，零点定位卡盘3的一个端面设置有作为连接件的零点定位销8，该零点定位销8与六自由度并联调姿装置2顶部的上平台通过气动连接头气压连接，如图3所示，零点定位卡盘3的另一个端面设置有用于固定涡轮机匣10的卧式肘夹9。而且，在零点定位卡盘3上设置有多个减重通孔，具体包括零点定位卡盘3中部直径较大的减重通孔，以及均匀排布在其外周侧的六个相同直径的减重通孔。同时，在零点定位卡盘3设置有卧式肘夹9的端面上还相对设置有一组吊耳，用于将零点定位卡盘3通过吊装安装到六自由度并联调姿装置2上。

使用上述的零点定位卡盘3作为转接装置，节省了涡扇发动机核心机装配过程中重新找正零点的辅助时间，保证装配工作的连续性，提高了装配效率。而且，零点定位卡盘3上设置的作为固定件的卧式肘夹9，结构简单可靠，能够方便地对涡轮机匣10进行可靠的固定。

更进一步，在该涡扇发动机核心机装配系统中还可以设置多媒体采集相机，用于对涡扇发动机核心机装配过程中核心机各组成部件的在线拍照，并将拍照结果传输给数字化集成控制装置6，以实现涡扇发动机核心机装配过程的追溯，便于后续开展发动机质量复查工作。

实施例二：

本实施例在实施例一的基础上提供一种涡扇发动机核心机装配方法。

该方法利用实施例一中的涡扇发动机核心机装配系统进行，其步骤包括：

步骤一：将涡轮机匣10固定到回转装置的顶部；

步骤二：机械臂测量装置通过测量仪器测量测量待组装的关键零部件的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置6，并由数字化集成控制装置6自动判断待组装的关键零部件的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则将待组装的关键零部件组装到涡轮机匣10上，否则更换待组装的关键零部件，并对更换的待组装的关键零部件的关键尺寸进行重新测量，直至满足要求(即对待组装的关键零部件进行自动选配)；

步骤三：机械臂测量装置通过测量仪器测量组装完成的关键组件的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置，并由数字化集成控制装置6自动判断组装完成的关键组件的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则继续组装，直至核心机组装完成；否则，重新组装，直至满足要求。

另外，由于自动选配测量过程存在误差，装配过程也存在误差累积，因此为保证最终组装完成的核心机的质量是满足要求的，可以使用机械臂测量装置通过测量仪器测量组装完成的核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至数字化集成控制装置6，并由数字化集成控制装置6自动判断核心机的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则核心机能够交付使用，否则，对核心机进行修配，直至满足要求。

机械臂测量装置与数字化集成控制装置6完成涡扇发动机核心机装配过程的在线检测，解决了传统核心机装配过程中存在的装调与检测过程分离、检测手段落后、质量控制依赖人为因素较大等诸多技术问题，在自动化测量的基础上，核心机各部件的组装由人工完成，实现了人机协同的装配模式，使核心机装配质量更加可控。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡扇发动机核心机装配系统，包括回转装置、机械臂测量装置以及数字化集成控制装置；

所述回转装置的底部固定，顶部能够水平回转；

所述机械臂测量装置底部固定，其机械臂的执行端设置有测量仪器，能够测量待组装的关键零部件、组装完成的关键组件以及核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至所述数字化集成控制装置；

所述数字化集成控制装置能够根据接收的所述测量数据自动判断待组装的关键零部件的关键尺寸、组装完成的关键组件的关键尺寸以及核心机的关键尺寸是否满足要求，且所述数字化集成控制装置能够控制所述回转装置与所述机械臂测量装置运动。

2.如权利要求1所述的一种涡扇发动机核心机装配系统，其特征在于，所述待组装的关键零部件包括轴承，所述轴承的关键尺寸包括轴承的内径与外径；

所述组装完成的关键组件包括涡轮机匣组件，所述涡轮机匣组件的关键尺寸包括涡轮机匣安装轴承处外圆环的圆跳动；

所述核心机的关键尺寸包括所述核心机的外轮廓。

3.如权利要求1或2所述的一种涡扇发动机核心机装配系统，其特征在于，还包括六自由度并联调姿装置；

所述六自由度并联调姿装置的底部与所述回转装置的顶部固定连接；

所述数字化集成控制装置能够控制所述六自由度并联调姿装置姿态的调节。

4.如权利要求3所述的一种涡扇发动机核心机装配系统，其特征在于，还包括转接装置；

所述转接装置与所述六自由度并联调姿装置的顶部可拆卸连接，且涡轮机匣能够固定安装于所述转接装置。

5.如权利要求4所述的一种涡扇发动机核心机装配系统，其特征在于，所述转接装置为零点定位卡盘；

所述零点定位卡盘的一个端面设置有连接件，用于实现与所述六自由度并联调姿装置顶部的可拆卸连接，另一个端面设置有固定件，用于固定所述涡轮机匣。

6.如权利要求5所述的一种涡扇发动机核心机装配系统，其特征在于，所述连接件为零点定位销。

7.如权利要求6所述的一种涡扇发动机核心机装配系统，其特征在于，所述零点定位销与所述六自由度并联调姿装置的顶部通过气动连接头气压连接。

8.一种涡扇发动机核心机装配方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1－7任意一项所述的一种涡扇发动机核心机装配系统，步骤为：

步骤一：将所述涡轮机匣固定到所述回转装置的顶部；

步骤二：所述机械臂测量装置通过测量仪器测量测量所述待组装的关键零部件的关键尺寸，并将测量数据传输至所述数字化集成控制装置，并由所述数字化集成控制装置自动判断所述待组装的关键零部件的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则将所述待组装的关键零部件组装到所述涡轮机匣上，否则更换所述待组装的关键零部件，并对更换的所述待组装的关键零部件的关键尺寸进行重新测量，直至满足要求；

步骤三：所述机械臂测量装置通过测量仪器测量所述组装完成的关键组件的关键尺寸，并将测量数据传输至所述数字化集成控制装置，并由所述数字化集成控制装置自动判断所述组装完成的关键组件的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则继续组装，直至核心机组装完成；否则，重新组装，直至满足要求。

9.如权利要求8所述的一种涡扇发动机核心机装配方法，其特征在于，所述机械臂测量装置通过测量仪器测量所述组装完成的所述核心机的关键尺寸，并将测量数据传输至所述数字化集成控制装置，并由所述数字化集成控制装置自动判断所述核心机的关键尺寸是否满足要求，若满足要求，则所述核心机能够交付使用，否则，对所述核心机进行修配，直至满足要求。

10.如权利要求9所述所述的一种涡扇发动机核心机装配方法，其特征在于，所述数字化集成控制装置通过将接收的测量数据与其内部的预设值比较，自动判断所述待组装的关键零部件的关键尺寸、所述组装完成的关键零部件的关键尺寸以及所述核心机的关键尺寸是否在误差范围内，若在误差范围内则满足要求，否则，不满足要求。

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