一种伺服机构排焰管数字化装配制造方法

摘要

本发明公开了一种伺服机构排焰管数字化装配制造方法，利用数字化测量与装配协调技术对该类排焰管的两端边界实际装配空间进行模拟，建立一种基于管路装配的数字化协调模型，提出了在数字化虚拟空间对管路协调段的选择与装配，以数字化协调参数为全过程制造依据进行管路激光切割，最终实现排焰管的数字化制造，极大提高了装配生产效率，缩短了装配等待时间。

说明书

技术领域

本发明主要应用于航空航天装配制造技术领域，具体为一种伺服机构排焰管数字化装配制造方法。

背景技术

伺服机构排焰管是飞行器管路系统的重要部件，它的工作环境主要受高温、高压、振动等综合环境影响，若管路连接出现强度下降、密封性能减弱、结构特性变化等问题，将直接影响整个管路系统与伺服机构的正常运作。

目前，该类排焰管的装配制造依旧依赖串行生产、实地取样的制造模式，该方法数字化程度低，对装配边界条件适应性差是普遍面临的问题，主要表现在以下几个方面：

①管路制造无法并行生产。现有模式的排焰管取样必须在总装车间现场进行，且必须在完成发动机与尾段装配对接之后开展，极大增加了产品总装等待时间。

②管路装配边界条件高度依赖产品实物。每次需要2-3名人员协同工作并将焊机、工装、工具等物资从制造车间运输至总装现场，基于现场产品实物完成修配、点焊、试装等过程，造成一定时间、人力和资源的冲突和浪费。

③人工经验要求高，修配过程耗时长。排焰管没有补偿能力，因此极大增加了现场修配的难度，对协调段的微小修配都会导致管路末端较大的倾角。目前完全依赖人工经验进行锉修，劳动强度大、经验要求高、耗费时间长，经验丰富的技师锉修一件至少需2小时。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种伺服机构排焰管数字化装配制造方法，利用数字化测量与装配协调技术对该类排焰管的两端边界实际装配空间进行模拟，建立一种基于管路装配的数字化协调模型，提出了在数字化虚拟空间对管路协调段的选择与装配，以数字化协调参数为全过程制造依据进行管路激光切割，最终实现排焰管的数字化制造，极大提高了装配生产效率，缩短了装配等待时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种伺服机构排焰管数字化装配制造方法，包括以下步骤：

第一步，运用激光跟踪仪设备对水平放置的发动机与尾段的对接面进行测量坐标系V1XYZ构建，再测量伺服机构管嘴外端圆，以代理模型圆Q1矢量形式表示；

第二步，运用激光跟踪仪设备对垂直放置的尾段与发动机的对接面进行测量坐标系V2XYZ构建，再测量尾段排焰管口内侧面及圆弧，以代理模型圆Q2矢量形式表示；

第三步，分别将第一、二步测量数据转换为三维模型，并进行数字化虚拟装配，将测量坐标系V1XYZ与测量坐标系V2XYZ对齐，得到排焰管两端边界条件；

第四步，将排焰管管接头、过渡管装配于代理模型圆Q1上，获得过渡管末端代理模型圆为Q3；

第五步，将待修配管子导入数字化装配协调模型，将管子长端装配于尾段排焰管口，保证中心轴线穿过代理模型圆Q2中心点；另一侧管子短端中心轴线穿过过渡管末端代理模型圆Q3中心点；

第六步，在数字化装配协调模型里调整管子到适度位置，保证短端与过渡管适度重叠，长端能够伸出尾段壁面，且满足间隙要求值；

第七步，在数字化装配协调模型里对管子与过渡管进行协调实施，得到虚拟切割后的管子及其尺寸参数；

第八步，将虚拟切割后的管子尺寸参数导入到三维激光机对管子实物进行激光切割，最后将激光切割后的管子实物与管接头、过渡管实物进行焊接，完成排焰管的数字化装配制造。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

（1）本发明采用并行生产的制造模式，能够将排焰管制造时间提前，待完成总装对接后即可进行管路装配，极大节约了总装等待时间。

（2）本发明采用激光跟踪仪等测量设备进行产品尺寸测量，测量精度高，能够快速、准确地反映产品特征信息，提高了产品的数字化制造精度。

（3）本发明消除了操作人员实地现场进行修配、点焊和试装的过程，避免了一定时间、人力与资源的冲突和浪费。

（4）本发明制造过程依据测量数据进行生产，消除了过分依赖人工经验进行生产而导致的耗费时间长，劳动强度大，同时提高了产品的数字化制造程度，提升了产品生产效率。

本发明解决了航天领域管路装配高度依赖实地锉修的落后问题，且具有测量精准、数据管控、操作性强、高效经济等特点，在同类方法中具备良好的推广与实用价值，广泛推广和应用后能产生良好的经济价值，在分段管路连接装配领域有很好的借鉴作用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的发动机及伺服机构安装位置示意图；

图2是本发明的尾段及排焰管口位置示意图；

图3是本发明的三维模型排焰管两端边界条件示意图；

图4是本发明的数字化装配模型示意图；

图5是本发明的数字化装配模型协调实施后示意图；

图6是本发明的管子激光切割装夹示意图；

图7是本发明的伺服机构排焰管实际装配示意图。

其中，附图标记包括：发动机1、发动机与尾段对接面2、伺服机构管嘴3、尾段4、尾段与发动机对接面5、尾段排焰管口内侧面6、尾段排焰管口内侧面圆弧7、管接头8、过渡管9、待修配管子协调实施前10、管子协调实施后11、激光切割定位工装12、压块13、伺服机构排焰管14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：

在发动机1和尾段4还未水平对接之前，分别对需要装配的伺服机构排焰管两端接口进行尺寸测量：如图1所示，发动机1为水平放置状态，需构建以对接面2为基准的坐标系用于描述伺服机构管嘴3的矢量位置；测量坐标系V1XYZ构建方法：发动机1的对接面上测量不少于8个点构建YOZ对接面2，四个象限的对接孔构建的中心点在对接面2的投影点为该坐标系原点o1，对接面2法线为X1轴方向，指向尾部（后）为正；原点o1与III象限孔点在对接面2投影连线为Y1轴方向，指向III象限为正，根据右手定则确立Z1轴；测量伺服机构管嘴3外端圆周向不少于6个点构建代理模型圆Q1，该圆心位置表示为（642.827，251.997，602.581），方向矢量为（134.6554，66.4247，336.6763）；

如图2所示，尾段4为垂直放置状态，同样，需构建以对接面为基准的坐标系用于描述伺服机构排焰管口的矢量位置；测量坐标系V2XYZ构建方法：尾段4的对接面上测量不少于8个点构建YOZ对接面5，四个象限的对接孔构建的中心点在对接面5的投影点为该坐标系原点o2，对接面5法线为X2轴方向，指向尾部（下）为正；原点o2与III象限孔点在对接面5投影连线为Y2轴方向，指向III象限为正，根据右手定则确立Z2轴；测量尾段排焰管口内侧面6及圆弧7不少于6个点构建代理模型圆Q2，该圆心位置表示为（602.614，553.297，877.807），方向矢量为（45.1464，67.3537，22.5425）。

如图3所示，将上述测量数据转换为三维模型，并进行数字化虚拟装配，将测量坐标系V1XYZ与测量坐标系V2XYZ对齐，得到排焰管两端边界条件（伺服机构管嘴3和尾段排焰管口内侧面圆弧7所示相对位置）；将排焰管管接头8、过渡管9属于机加零件的产品装配于代理模型圆Q1上，该类机加零件均为回转体，其实质是沿代理模型圆的法线方向偏置相应零件厚度值即可，获得过渡管9末端代理模型圆为Q3，剩余空间即为排焰管管子所要实现从过渡管9到尾段排焰管口圆弧7连接部分。

如图4所示，将待修配管子10导入数字化装配协调模型，将管子10长端装配于尾段排焰管口，保证中心轴线穿过代理模型圆Q2中心点；另一侧管子10短端中心轴线穿过过渡管9末端代理模型圆Q3中心点，并装配协调至管子10到适度位置，且保证短端与过渡管9重叠区域长度控制在10mm以内，长端能够伸出尾段壁面，且满足与壁面间隙要求值5mm以上。其中，待修配管子10为通过样板工装制造具备较高一致性。

在数字化装配协调模型，对待修配管子10进行协调实施，具体为在装配环境下激活管子10进行编辑，参考过渡管9末端代理模型圆Q3，以该圆法线向管外侧方向进行拉伸切除，得到协调实施后的管子11及其尺寸参数，如图5所示。

如图6所示，将管子10实物在激光切割平台的定位工装12上采用压块13进行装夹，该定位装夹基准为管子10长端端面，数字化装配模型里获得的协调实施后的管子11尺寸参数基准与在激光切割平台上的定位工装描述一致，均以管子11长端端面为基准进行描述，并将该管子11尺寸参数导入到三维激光机进行激光切割。将激光切割后的管子11实物与排焰管管接头8、过渡管9实物进行焊接，从而完成伺服机构排焰管的数字化装配制造。

将伺服机构排焰管14交付总装，并安装在伺服机构管嘴3上，如图7所示。对管子伸出尾段壁面的间隙要求值进行实测，若周向均满足间隙5mm以上则认为该产品合格，否则为不合格。需将待修配管子10重新导入数字化装配协调模型重复前述步骤重新制造。