數字化制造技術作為先進制造技術的核心技術，以其響應快、質量高、成本低及柔性好等優點，在航空產品的三維數字化設計、工裝數字化定義、預裝配、數字化樣機應用、主要零件的數控加工、產品數字仿真與試驗、工藝數值模擬與仿真、產品數據及制造過程管理等方面有了較深入的應用，正成為21世紀推動航空發動機制造向前發展的主動力。隨著數字化技術的進步，制造過程與產品數字描述理論、數字化裝備的發展、數字化制造技術將逐步地走向成熟。

 

　　航空發動機的裝配制造涉及裝配工藝、裝配工裝、裝配檢查以及裝配過程管理等技術問題。裝配制造數字化研究的的目的就是要研究如何采用數字化的手段和工具來改善和提高裝配工作現場的生產組織與質量的控制能力，以提高生產組織效率和裝配質量。

 

　　航空發動機傳統裝配裝備

 

　　在民用大涵道比渦輪風扇發動機的風扇、核心機、低壓渦輪裝配成主機以及外部裝配過程中，經常利用四到六根固定在地面上的俗稱“象腿”的立柱來支承發動機外部承力機匣，為了方便移動例如風扇機匣等部件，還利用了裝有滾動輪的車架。

 

6根支柱上裝配發動機

 

立柱與上部吊裝結合

 

　　利用裝配車架、立柱進行裝配屬于傳統裝配方法：優點是占用空間小，建線成本低;缺點是可活動的自由度數單一、裝配區域有限，工人有時需要借助梯架來完成部分作業，存在安全隱患。另外立柱與上部吊裝結合的裝配方式只適用于水平裝配，并且在裝配過程中有時還需要借助上部吊裝系統如天車等，不適合在大批景生產中應用該種裝配方法。

 

　　由于航空發動機重量大，在裝配和運輸過程中還用到了起重設備。在發動機裝配車間，多種吊車型式可用在相適應工部，其中有：橋式或懸掛起重機、懸臂起重機、單軌起重機，架空軌道系統。在應用吊車型式設備進行航空發動機吊裝時，存在的不足之處是：一是啟動電流對電網沖擊大，負載大慣性造成的機械沖擊也較大，長期使用會造成機械設備使用壽命的縮短，操作人員的安全系數較差，設備運行可靠性相對較低;二是操作人員的熟練程度與起重機工作時的協調性有很大關系，長時間作業專注作業會使操作人員精神壓力大，容易產生疲勞，易產生誤操作。

 

　　航空發動機先進裝配裝備

 

　　隨著數字化、自動化、信息化等技術在飛行器制造技術中的廣泛應用，傳統的剛性定位逐漸向數字化、自動化、柔性化定位方向發展。

 

　　柔性裝配是指采用柔性定位技術進行裝配的一種數字化裝配方法，這種工裝可以適用于不同形狀、不同尺寸組件或部件的裝配，滿足不同產品的定位需要，同時可以保證裝配的準確度。柔性裝配技術是一種能適應快速研制、低成本制造及工裝可重組模塊化的先進裝配技術，涵蓋了柔性工裝、精確定位與檢測、數據采集/處理系統等方面的技術。

 

　　柔性裝配工裝基于產品數字量尺寸協調體系設計，具有模塊化、可重組、自動化的特點，免除了設計和制造各種產品裝配專用的傳統裝配型架/夾具，從而降低了工裝制造成本，縮短工裝準備周期，同時大幅度提高裝配生產率。

 

　　目前，國外航空發動機先進裝配裝備主要有以下發展。

 

　　1、應用上部軌道水平吊裝系統裝配

 

　　上部軌道水平吊裝系統構成水平脈動裝配線，通過流水作業的方式將風扇、核心機、低壓渦輪單元體組裝成主機和進行外部總裝(包括安裝附件機匣)。發動機行業內最著名的脈動裝配線是GE航空公司和賽峰集團的以上部吊裝水平裝配系統為主體的裝配線。

 

上部軌道水平吊裝系統

 

GE 航空水平脈動裝配線

 

　　水平脈動裝配線首先是以水平吊裝的風扇機匣為基礎，進行風扇單元體裝配，然后將在分散的裝配工位裝配出的核心機水平裝到風扇模塊上，再將低壓渦輪軸水平穿過核心機與風扇相連，將低壓渦輪裝配到主機，再進行外部總裝水平裝配，最后是終檢。

 

　　應用水平脈動裝配線進行航空發動機裝配，存在的不足之處是：該裝配系統對軌道、支撐和地基都有特殊要求，其應用不包括核心機、低壓渦輪、附件機匣等部件裝配，此外投資大，不適宜小批量生產。這也是為什么世界上最暢銷CFM56發動機才敢上脈動生產線。

 

　　2、應用單自由度工裝設備裝配

 

　　利用裝配車架、立柱以及上部軌道水平吊裝系統進行裝配的過程中，裝配部、組件是固定不動的，裝配工人有時會在極不舒服的姿勢下完成作業，不能保證作業的質量。根據裝配工藝的要求，裝配件有時需要反復多次翻轉裝配，應用上述裝配設備、方法顯然是不易完成作業的。而如果應用下圖所示的單自由度工裝設備，發動機等裝配件可以實現俯仰旋轉，在進行發動機外部管路系統的裝配作業以及檢修時，可以不借助梯架既能完成大部分作業，有利于減輕工人作業強度，同時也提高了作業的安全性。應用下圖所示的提升設備，可以將固定在裝配車架上的發動機連同裝配車架一起提升到適宜高度，方便工人完成在只有裝配車架時不易完成的作業。

 

單柱提升設備

 

單柱提升與翻轉組合裝配

 

　　3、多自由度工裝設備

 

　　Snecma航空發動機公司(現賽峰航空發動機公司)申請的專利，公開了一種如圖所示的航空發動機單元體裝配裝置。該裝置包括一個可升降剪叉式托架、一個位于托架上方的樞轉部分、單元體支撐工具和在樞轉部分上裝配單元體支撐工具的附加裝置。剪叉式托架能夠實現垂直方向上有限的升降，托架上方的樞轉部分可以將單元體從豎直位置轉到水平位置，可使單元體的裝配工作在最佳工作條件下迅速進行，且人工干預極少，避免了單元體運轉、翻轉過程中使用起吊機械帶來的一些弊端。該設備不足之處在于：僅僅局限于單元體之間的裝配。

 

賽峰的發動機單元體裝配設備

 

　　英國Rolls-Royce公司在對EJ200渦輪風扇發動機進行總裝過程中，用到了下圖所示的總裝設備。該設備的總體結構式是單柱提升機與弧形加持裝置通過旋轉盤相連接，實現在總裝過程中垂直升降和旋轉的動作。該設備與單柱提升與翻轉組合裝配設備相比，只有一側單柱提升機，節約出了另一側的空間，方便工人作業。

 

Rolls-Royce公司總裝設備

 

　　多自由度工裝設備與上述工裝設備相比最大的優點是：占地面積小;在航空發動機裝配時不需要從一個工位移動到另一個工位，提高了裝配的可靠性;不僅能夠進行整機總裝，還可以利用該設備實現單元體、核心機的裝配，通用性較強。

 

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