CN115476151A - 一种航空发动机自动化装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机自动化装配系统。本发明的系统底座单元左右两端各安装有转运单元，转运单元与系统底座单元中的侧向矩形轨道单元、水平矩形轨道单元形成90°循环轨道切换系统，突破传统生产线布局方式，可大幅度减小占地空间；多台柔性装配架装置通过侧挂侧向矩形轨道单元上，可以根据批产机装配生产调度指令，按节拍脉动式同步移动生产，自动化程度高；也能适应科研新机固定站位式生产；本发明通过增减柔性装配架装置数量，可以适应装配工位数量变化，系统具有一定的拓展性；本发明通过快换柔性装配架装置的专用翻转单元C形架，可以适应多机型、小批量的航空发动机共线生产，体现柔性化生产制造特点。

Description

一种航空发动机自动化装配系统

技术领域

本发明属于航空发动机自动化装配技术领域的一种装配系统，具体涉及了一种航空发动机自动化装配系统。

背景技术

航空发动机装配是发动机制造过程中最为重要的环节之一，其产品结构复杂、工作环境恶劣，制造过程涉及零件数量多、协调部位复杂，其装配技术水平和装配质量直接影响发动机的工况特性，直接决定着发动机的可靠性、寿命及主要性能参数等,在装配过程中由成千或上万的零件组成,从零件制造开始到单元体部件装配,再经过总装和试车形成完整发动机交付,在这个过程中需要对发动机装配对象的反复姿态调整,通常经历多次折装、测量、修配和测试等循环过程,才能保证装配关键精度指标。因此，装配效率低，质量一次性交付合格率不高，严重制约了当代飞机主机厂对发动机提出的短周期、高可靠性、长寿命的综合要求。

当前，国内航空发动机装配技术水平,明显落后于汽车、飞机等相关行业大量引入数字化、智能化生产线及装备，尤其是装配技术方面,采用简易机械焊接装配架、手工测量肉眼观察等传统制造方法仍然是主流。

发明内容

为了提升我国航空发动机产高端装备的整体水平，弥补制造工艺装备的短板，亟需自主创新、研制适合于我国发动机研制工艺特点的新技术、新方法和新装备，本发明的目的是提供一种满足国产航空发动机高效、多型号、小批量柔性制造要求的自动化装配系统，是基于国内航空发动机装配工艺特点，实现总装装配按节拍自动化、数字化装配系统，具有精度高、效率高、安全性好的特点，降低操作者劳动强度；是航空发动机装配技术从传统固定装配模式向柔性化、自动化装配技术变革的发展趋势，在航空航天发动机数字化、智能化装配领域中具有广泛应用前景。

本发明的技术方案如下：

本发明包括吊运单元、柔性装配装置、系统底座单元和转运单元；

系统底座单元上方设置有吊运单元，柔性装配装置设置在系统底座单元的侧面，柔性装配装置与系统底座单元相连，系统底座单元的两端部还分别安装有对应转运单元，吊运单元设置在多个柔性装配装置和转运单元上方；吊运单元将航空发动机吊运至对应柔性装配装置处后固定安装在柔性装配装置中，各个柔性装配装置通过转运单元在系统底座单元中进行转运。

所述系统底座单元包括安装底座、侧向矩形轨道单元、水平矩形轨道单元和装配架回收操作梯；

多个安装底座沿直线间隔地固定安装在地面上并形成安装座，安装座上固定安装有吊运单元，安装座两端部的安装底座上分别安装有对应的转运单元，两个转运单元之间的多个安装底座上固定安装有水平矩形轨道单元，两个转运单元之间的多个安装底座的侧面还固定安装有侧向矩形轨道单元，侧向矩形轨道单元和水平矩形轨道单元平行且间隔布置，水平矩形轨道单元远离侧向矩形轨道单元的一侧设置有装配架回收操作梯，侧向矩形轨道单元和/或水平矩形轨道单元上布置有柔性装配装置，侧向矩形轨道单元上的柔性装配装置通过对应的转运单元转运至水平矩形轨道单元上，水平矩形轨道单元上的柔性装配装置通过对应的转运单元转运至侧向矩形轨道单元上。

所述转运单元包括电动推杆驱动装置、转运单元轨道、回转支撑座和回转支承轴承；

回转支撑座通过回转支承轴承安装在系统底座单元的端部侧面，回转支撑座的侧面固定安装有转运单元轨道，系统底座单元上的柔性装配装置可移动至转运单元轨道上，系统底座单元的端部上固定安装有电动推杆驱动装置，电动推杆驱动装置的输出轴与转运单元轨道下的回转支撑座固定连接，电动推杆驱动装置输出轴的轴向与转运单元轨道的轨道滑动方向垂直布置；电动推杆驱动装置的驱动，带动回转支撑座进行旋转，进而带动转运单元轨道旋转，将柔性装配装置转运至系统底座单元上。

所述吊运单元包括吊运轨道支撑柱、吊运轨道和电动葫芦组件，多个吊运轨道支撑柱的一端固定安装在系统底座单元上，多个吊运轨道支撑柱的另一端向上延伸并呈弯曲状，多个吊运轨道支撑柱的另一端固定安装有吊运轨道，吊运轨道中设置有电动葫芦组件，电动葫芦组件沿着吊运轨道滑动。

所述柔性装配装置包括升降单元立柱、翻转单元减速器、翻转单元C形架、发动机主安装节、发动机前可调撑杆、升降单元滑板、操作按钮盒、HMI控制面板、旋转单元滑板、滚轮组件、翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构、旋转单元减速器、旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构、升降单元蜗轮蜗杆伺服驱动机构和升降导轨；

旋转单元滑板通过滚轮组件嵌装在系统底座单元中，旋转单元滑板的端面固定安装有旋转单元减速器，旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构与旋转单元减速器相连，旋转单元减速器与升降单元立柱固定连接，旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构的驱动，带动旋转单元减速器旋转，进而带动升降单元立柱旋转；升降单元立柱内安装有升降导轨，升降单元蜗轮蜗杆伺服驱动机构设置在升降单元立柱的一端并与升降导轨的一端相连，升降单元滑板套设在与升降导轨中，升降单元滑板的端面上固定安装有翻转单元减速器，翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构与翻转单元减速器相连，翻转单元减速器与翻转单元C形架连接，翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构的驱动，带动翻转单元减速器旋转，进而带动翻转单元C形架以及航空发动机翻转；航空发动机通过发动机主安装节和发动机前可调撑杆固定安装在翻转单元C形架中。

所述航空发动机通过发动机主安装节和发动机前可调撑杆固定安装在翻转单元C形架中，具体为：

航空发动机的中部两侧设置有凸起块，翻转单元C形架的侧面也设置有安装凸块，航空发动机的凸起块和翻转单元C形架对应的安装凸块通过发动机主安装节固定连接，发动机前可调撑杆的一端与航空发动机的端部相连，发动机前可调撑杆的另一端与翻转单元C形架相连。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)本发明的系统底座单元左右两端安装有对应转运单元，构建90°循环轨道切换系统；与传统生产线平面布局方式，本发明的90°循环轨道切换系统大幅度地减小占地空间；

2)本发明中柔性装配架装置通过侧挂侧向矩形轨道单元上，可以根据批产机装配生产调度指令，按节拍同步脉动式移动生产，自动化程度高；也能适应科研新机固定站位式生产；

3)本发明可以增加柔性装配架装置数量，可以适应装配工位数量变化，系统具有一定的拓展性；

4)本发明通过快换柔性装配架装置的专用翻转单元C形架，可以适应多机型、小批量航空发动机共线生产，体现柔性化生产特点；

5)柔性装配架装置通过侧挂侧向矩形轨道单元上进行正常装配，操作开惝性好；

6)本发明设置集成吊运单元，实现发动机部件装配过程中，辅助大部件吊装与对接装配，降低劳动强度、避免产品磕碰风险。

附图说明

图1是航空发动机自动化装配系统轴视图(正面)；

图2是航空发动机自动化装配系统轴视图(背面)；

图3是航空发动机自动化装配系统底座单元轴视图；

图4是航空发动机自动化装配系统主视图；

图5是航空发动机自动化装配系统右视图；

图6是航空发动机自动化装配系统柔性装配装置轴视图A；

图7是航空发动机自动化装配系统柔性装配装置轴视图B；

图8是航空发动机自动化装配系统第一转运单元轴视图A；

图9是航空发动机自动化装配系统第一转运单元轴视图B；

图中：吊运轨道支撑柱1、吊运轨道2、安装底座3、电动葫芦组件4、第一转运单元5、柔性装配装置6、安全围栏7、航空发动机8、第二转运单元12、装配架回收操作梯13、侧向矩形轨道单元14、水平矩形轨道单元15、升降单元立柱17、升降单元风琴罩18、翻转单元减速器19、翻转单元C形架20、发动机主安装节21、发动机前可调撑杆22、升降单元滑板23、操作按钮盒24、HMI 控制面板25、旋转单元滑板26、滚轮组件27、翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构28、旋转单元减速器29、旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构30、升降单元蜗轮蜗杆伺服驱动机构31、电动推杆驱动装置33、转运单元轨道34、回转支撑座35、回转支承轴承36、可调垫铁组件37、定位插销38、升降导轨39。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括吊运单元、柔性装配装置6、系统底座单元和转运单元；系统底座单元上方设置有吊运单元，柔性装配装置6 设置在系统底座单元的侧面，柔性装配装置6与系统底座单元相连，系统底座单元的两端部还分别安装有对应转运单元，吊运单元设置在多个柔性装配装置6 和转运单元上方；吊运单元将航空发动机吊运至对应柔性装配装置处后固定安装在柔性装配装置6中，各个柔性装配装置6通过转运单元在系统底座单元中进行转运。具体实施中，侧向矩形轨道单元14上的柔性装配装置6设置为5个，即5个装配工位，在侧向进行正常装配，操作开惝性好，各个工位装配可固定站位式生产或者按节拍实现脉动式生产。

系统底座单元包括安装底座3、安全围栏7、可调垫铁组件37、侧向矩形轨道单元14、水平矩形轨道单元15和装配架回收操作梯13；

多个安装底座3通过对应的可调垫铁组件37沿直线等间隔地固定安装在地面上并形成安装座，安装座上固定安装有吊运单元，安装座两端部的安装底座3 上分别安装有对应的转运单元的电动推杆驱动装置33和回转支承轴承36，两端的转运单元对称布置，两个转运单元之间的多个安装底座3上固定安装有水平矩形轨道单元15，两个转运单元之间的多个安装底座3的侧面还固定安装有侧向矩形轨道单元14，侧向矩形轨道单元14和水平矩形轨道单元15平行且间隔布置，侧向矩形轨道单元14的轨道朝向为安装底座3的侧方，水平矩形轨道单元15的轨道朝向为安装底座3的上方，即形成90°方向布局。水平矩形轨道单元15远离侧向矩形轨道单元14的一侧设置有装配架回收操作梯13，操作人员装配架回收操作梯13上还安装有安全围栏7，操作人员装配架回收操作梯13上进行实际操作，侧向矩形轨道单元14和/或水平矩形轨道单元15上布置有柔性装配装置6，柔性装配装置6通过手动或自动的方式在轨道上移动。两个转运单元记为第一转运单元5和第二转运单元12，第一转运单元5的转运单元轨道34 与侧向矩形轨道单元14和/或水平矩形轨道单元15连通，第二转运单元12与侧向矩形轨道单元14和/或水平矩形轨道单元15连通。侧向矩形轨道单元14上的柔性装配装置通过对应的转运单元转运至水平矩形轨道单元15上，水平矩形轨道单元15上的柔性装配装置通过对应的转运单元转运至侧向矩形轨道单元14 上，即实现安装有发动机的柔性装配装置从侧向矩形轨道单元14的一端转运至水平矩形轨道单元15的一端，柔性装配装置在水平矩形轨道单元15上卸下发动机后再从水平矩形轨道单元15的另一端转运至侧向矩形轨道单元14的另一端，即形成90°循环轨道切换系统。

如图8和图9所示，转运单元包括电动推杆驱动装置33、转运单元轨道34、回转支撑座35和回转支承轴承36；

回转支撑座35通过回转支承轴承36安装在系统底座单元的端部的安装底座3靠近侧向矩形轨道单元14的侧面，回转支承轴承36固定安装在端部安装底座3，回转支撑座35与回转支承轴承36的内圈同轴连接，回转支撑座35的侧面固定安装有转运单元轨道34，转运单元轨道34位于侧向矩形轨道单元14 的端部，转运单元轨道34与侧向矩形轨道单元14在一条直线上并且两者的轨道朝向相同，系统底座单元的侧向矩形轨道单元14上的柔性装配装置6可移动至转运单元轨道34上，系统底座单元的端部的当前安装底座3上固定安装有电动推杆驱动装置33，电动推杆驱动装置33的输出轴与转运单元轨道34下的回转支撑座35固定连接，电动推杆驱动装置33输出轴的轴向与转运单元轨道34 的轨道滑动方向在空间上垂直布置；电动推杆驱动装置33的驱动，带动回转支撑座35在回转支承轴承36上进行旋转(即进行翻转动作)，进而带动转运单元轨道34旋转，使得转运单元轨道34设置在水平矩形轨道单元15的端部，转运单元轨道34与水平矩形轨道单元15在一条直线上并且两者的轨道朝向相同，最终将柔性装配装置6转运至系统底座单元的水平矩形轨道单元15上，实现轨道的精准切换对接。

如图5所示，吊运单元包括吊运轨道支撑柱1、吊运轨道2和电动葫芦组件 4，多个吊运轨道支撑柱1的一端分别固定安装在系统底座单元的多个安装底座 3上，即多个吊运轨道支撑柱1在一条直线上间隔布置，多个吊运轨道支撑柱1 的另一端向上延伸并呈弯曲状，多个吊运轨道支撑柱1的另一端固定安装有吊运轨道2，吊运轨道2的轨道朝向为安装底座3的下方，吊运轨道2的正下方为侧向矩形轨道单元14上的柔性装配装置，吊运轨道2中设置有电动葫芦组件4，电动葫芦组件4沿着吊运轨道2滑动，用于发动机部件或整机的吊运和安装。

如图6和图7所示，柔性装配装置6包括升降单元立柱17、升降单元风琴罩18、翻转单元减速器19、翻转单元C形架20、发动机主安装节21、发动机前可调撑杆22、升降单元滑板23、操作按钮盒24、HMI控制面板25、旋转单元滑板26、滚轮组件27、定位插销38、翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构28、旋转单元减速器29、旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构30、升降单元蜗轮蜗杆伺服驱动机构 31和升降导轨39；

旋转单元滑板26通过滚轮组件27嵌装在系统底座单元的侧向矩形轨道单元14或水平矩形轨道单元15中，侧向矩形轨道单元14和水平矩形轨道单元15 内开设有多个定位孔，旋转单元滑板26上固定安装有定位插销38，手动滑动旋转单元滑板26后通过定位插销38与对应的定位孔配合实现当前柔性装配装置6 在轨道中的定位。具体实施中，将旋转单元滑板26上的定位插销替换为气缸，旋转单元滑板26的侧面固定安装有伺服电机驱动装置，伺服电机驱动装置和气缸控制驱动，伺服电机驱动装置与轨道接触配合，气缸与定位孔配合，使得旋转单元滑板26在轨道上进行自动地滑动并定位。旋转单元滑板26远离滚轮组件27的端面固定安装有旋转单元减速器29，旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构30安装在旋转单元减速器29上，旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构30通过联轴器与旋转单元减速器29相连，旋转单元减速器29与升降单元立柱17固定连接，旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构30的驱动，带动旋转单元减速器29旋转，进而带动升降单元立柱17旋转；升降单元立柱17内安装有升降导轨39，升降单元蜗轮蜗杆伺服驱动机构31设置在升降单元立柱17的一端并与升降导轨39的一端相连，升降单元滑板23套设在与升降导轨39中并通过螺纹相连，升降单元滑板23上下两侧的升降单元立柱17的侧面安装有升降单元风琴罩18，升降单元滑板23 与两侧升降单元风琴罩18相连，升降单元滑板23沿着升降导轨39进行升降，升降单元风琴罩18也随之进行折叠，保证升降单元立柱17内封闭，升降单元滑板23的端面上固定安装有翻转单元减速器19，翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构 28安装在翻转单元减速器19上，翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构28通过联轴器与翻转单元减速器19相连，翻转单元减速器19与翻转单元C形架20连接，翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构28的驱动，带动翻转单元减速器19旋转，进而带动翻转单元C形架20以及航空发动机8翻转；航空发动机8通过发动机主安装节21 和发动机前可调撑杆22固定安装在翻转单元C形架20中，即航空发动机8被翻转单元C形架20夹持，具体地，航空发动机8的中部两侧设置有凸起块，翻转单元C形架20的侧面也设置有安装凸块，航空发动机8的凸起块和翻转单元 C形架20对应的安装凸块通过发动机主安装节21固定连接，发动机前可调撑杆 22的一端与航空发动机8的端部相连，发动机前可调撑杆22的另一端与翻转单元C形架20相连。具体实施中，通过更换不同尺寸的发动机主安装节(21)、发动机前可调撑杆(22)可以实现在不同型号发动机在柔性装配装置6上的装配。

Claims (6)

1.一种航空发动机自动化装配系统，其特征在于，包括吊运单元、柔性装配装置(6)、系统底座单元和转运单元；

系统底座单元上方设置有吊运单元，柔性装配装置(6)设置在系统底座单元的侧面，柔性装配装置(6)与系统底座单元相连，系统底座单元的两端部还分别安装有对应转运单元，吊运单元设置在多个柔性装配装置(6)和转运单元上方；吊运单元将航空发动机吊运至对应柔性装配装置处后固定安装在柔性装配装置(6)中，各个柔性装配装置(6)通过转运单元在系统底座单元中进行转运。

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机自动化装配系统，其特征在于，所述系统底座单元包括安装底座(3)、侧向矩形轨道单元(14)、水平矩形轨道单元(15)和装配架回收操作梯(13)；

多个安装底座(3)沿直线间隔地固定安装在地面上并形成安装座，安装座上固定安装有吊运单元，安装座两端部的安装底座(3)上分别安装有对应的转运单元，两个转运单元之间的多个安装底座(3)上固定安装有水平矩形轨道单元(15)，两个转运单元之间的多个安装底座(3)的侧面还固定安装有侧向矩形轨道单元(14)，侧向矩形轨道单元(14)和水平矩形轨道单元(15)平行且间隔布置，水平矩形轨道单元(15)远离侧向矩形轨道单元(14)的一侧设置有装配架回收操作梯(13)，侧向矩形轨道单元(14)和/或水平矩形轨道单元(15)上布置有柔性装配装置(6)，侧向矩形轨道单元(14)上的柔性装配装置通过对应的转运单元转运至水平矩形轨道单元(15)上，水平矩形轨道单元(15)上的柔性装配装置通过对应的转运单元转运至侧向矩形轨道单元(14)上。

3.根据权利要求1所述的一种航空发动机自动化装配系统，其特征在于，所述转运单元包括电动推杆驱动装置(33)、转运单元轨道(34)、回转支撑座(35)和回转支承轴承(36)；

回转支撑座(35)通过回转支承轴承(36)安装在系统底座单元的端部侧面，回转支撑座(35)的侧面固定安装有转运单元轨道(34)，系统底座单元上的柔性装配装置(6)可移动至转运单元轨道(34)上，系统底座单元的端部上固定安装有电动推杆驱动装置(33)，电动推杆驱动装置(33)的输出轴与转运单元轨道(34)下的回转支撑座(35)固定连接，电动推杆驱动装置(33)输出轴的轴向与转运单元轨道(34)的轨道滑动方向垂直布置；电动推杆驱动装置(33)的驱动，带动回转支撑座(35)进行旋转，进而带动转运单元轨道(34)旋转，将柔性装配装置(6)转运至系统底座单元上。

4.根据权利要求1所述的一种航空发动机自动化装配系统，其特征在于，所述吊运单元包括吊运轨道支撑柱(1)、吊运轨道(2)和电动葫芦组件(4)，多个吊运轨道支撑柱(1)的一端固定安装在系统底座单元上，多个吊运轨道支撑柱(1)的另一端向上延伸并呈弯曲状，多个吊运轨道支撑柱(1)的另一端固定安装有吊运轨道(2)，吊运轨道(2)中设置有电动葫芦组件(4)，电动葫芦组件(4)沿着吊运轨道(2)滑动。

5.根据权利要求1所述的一种航空发动机自动化装配系统，其特征在于，所述柔性装配装置(6)包括升降单元立柱(17)、翻转单元减速器(19)、翻转单元C形架(20)、发动机主安装节(21)、发动机前可调撑杆(22)、升降单元滑板(23)、操作按钮盒(24)、HMI控制面板(25)、旋转单元滑板(26)、滚轮组件(27)、翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构(28)、旋转单元减速器(29)、旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构(30)、升降单元蜗轮蜗杆伺服驱动机构(31)和升降导轨(39)；

旋转单元滑板(26)通过滚轮组件(27)嵌装在系统底座单元中，旋转单元滑板(26)的端面固定安装有旋转单元减速器(29)，旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构(30)与旋转单元减速器(29)相连，旋转单元减速器(29)与升降单元立柱(17)固定连接，旋转单元蜗轮蜗杆驱动机构(30)的驱动，带动旋转单元减速器(29)旋转，进而带动升降单元立柱(17)旋转；升降单元立柱(17)内安装有升降导轨(39)，升降单元蜗轮蜗杆伺服驱动机构(31)设置在升降单元立柱(17)的一端并与升降导轨(39)的一端相连，升降单元滑板(23)套设在与升降导轨(39)中，升降单元滑板(23)的端面上固定安装有翻转单元减速器(19)，翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构(28)与翻转单元减速器(19)相连，翻转单元减速器(19)与翻转单元C形架(20)连接，翻转单元蜗轮蜗杆驱动机构(28)的驱动，带动翻转单元减速器(19)旋转，进而带动翻转单元C形架(20)以及航空发动机(8)翻转；航空发动机(8)通过发动机主安装节(21)和发动机前可调撑杆(22)固定安装在翻转单元C形架(20)中。

6.根据权利要求5所述的一种航空发动机自动化装配系统，其特征在于，所述航空发动机(8)通过发动机主安装节(21)和发动机前可调撑杆(22)固定安装在翻转单元C形架(20)中，具体为：

航空发动机(8)的中部两侧设置有凸起块，翻转单元C形架(20)的侧面也设置有安装凸块，航空发动机(8)的凸起块和翻转单元C形架(20)对应的安装凸块通过发动机主安装节(21)固定连接，发动机前可调撑杆(22)的一端与航空发动机(8)的端部相连，发动机前可调撑杆(22)的另一端与翻转单元C形架(20)相连。

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