一种航空高温导管柔性调节定位装置及新制工艺的制作方法

本发明涉及航空维修工艺装备领域，特别是一种航空高温导管柔性调节定位装置及新制工艺。

背景技术：

按照飞机制造厂技术通报的要求，在对飞机发动机高温输气导管进行新制和外场换装的过程中，发现航空发动机高温输气导管因飞机架次不同、导管数量多、涉及部队多而且分布区域广，其管道走向和机上安装尺寸均存在差异，加之经长期使用也会出现局部变形和错位等现象，这给高温导管的新制和换装增加了难度，传统的导管新制多通过采用铁丝弯曲比对和取样来确定管道走向，需通过多次反复的机上实物验装并现场逐步切割修磨的方式来确定导管接口的空间位置，其定位精度差，耗时长，工作效率低，经常出现新制的高温导管无法装上飞机或与其它机件出现干涉的情况。

且在导管换装过程中飞机不能飞行，而且随着部队训练及各类特殊任务越来越重，不会留出太多的导管换装时间，也不会提供多次拆装导管的机会，会影响到部队的正常训练和任务。现急需优化改进传统的工艺方法，探索出一种高精度的实物测仿方法和一种可调式导管空间姿态和空间尺寸的精密定位工装来提高导管制造精度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种航空高温导管柔性调节定位装置及新制工艺，采用三维扫描仪对机上原机导管进行取样扫描和三维建模并检查和控制建模精度，设计专用模胎对管道半管模压成形，对管道接头通过数控编程加工，研制一种航空高温导管柔性调节定位装置实现三维空间下的六自由度调节，通过导管与工装的数字化模拟装配来确定定位夹具的空间位置，辅助采用激光跟踪仪实现定位夹具空间位置的精确调整，通过柔性工装的定位组装和组焊，通过关节测量臂或三坐标测量机对新制导管与原机逆向数模进行比对测点检测精度，提高导管的整体制造精度，省去机上反复多次验装修磨和调整的过程，缩短制造周期，实现外场换装一次装机合格的目标。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种航空高温导管柔性调节定位装置，它包括底部支撑框架，所述底部支撑框架的顶部固定安装有支撑平台，所述支撑平台的顶部固定安装有多个不同位置的用于对导管进行空间定位支撑的三维空间支撑机构，所述三维空间支撑机构的顶部安装有多种不同类型的用于对导管不同位置进行固定的装夹夹具。

所述三维空间支撑机构包括安装板，安装板的顶部通过升降调节机构支撑安装有底板，底板的顶部支撑安装有能够横向移动调节的横向调节板，横向调节板的顶部支撑安装有能够纵向移动调节的纵向调节板，纵向调节板的顶部通过z轴旋转座支撑有第一弧形座，第一弧形座上通过第一转轴铰接有x轴旋转座，x轴旋转座的顶部固定有第二弧形座，第二弧形座上通过第二转轴铰接有y轴旋转座，y轴旋转座上安装有定位连接组件；

所述底部支撑框架的底部四角固定有基准板，在底部支撑框架的外侧壁上固定有吊装环；所述支撑平台的顶部加工有激光测量基准孔。

所述安装板上均布加工有多个螺栓孔，所述螺栓孔上贯穿安装有底部螺栓。

所述升降调节机构包括固定在安装板顶部的支撑筒，所述支撑筒的内部通过滑动配合安装有升降柱，所述底板固定在升降柱的顶部，所述底板和支撑筒之间呈对角布置安装有调节螺杆，所述升降柱和支撑筒之间安装有第一锁紧螺钉。

所述横向调节板和纵向调节板上都分别加工有调节槽。

所述z轴旋转座上加工有对称布置的第一弧形槽，所述第一弧形槽上贯穿安装有锁紧螺栓，并与纵向调节板固定相连。

所述x轴旋转座上加工有对称布置的第二弧形槽，所述第二弧形槽上贯穿安装有锁紧螺栓，并与第一弧形座固定相连。

所述y轴旋转座上加工有对称布置的第三弧形槽，所述第三弧形槽上贯穿安装有锁紧螺栓，并与第二弧形座固定相连。

所述定位连接组件包括滑动安装在y轴旋转座顶部的伸缩杆，伸缩杆通过第二锁紧螺钉固定在y轴旋转座上，在伸缩杆的端头固定有定位盘，伸缩杆的中心部位加工有激光测量孔。

采用所述一种航空高温导管柔性调节定位装置进行航空高温导管新制的方法，包括以下步骤：

步骤1，在外场进行导管的外形扫描：

1.1.在部队外场从飞机上拆下需新制换装的导管；

1.2.利用便携手持式三维扫描仪对导管进行外形及接口扫描，采集点云数据；

1.3.将导管重新装机并按技术要求完成导管的机上气密试验，飞机即可复飞并继续执行飞行任务；

步骤2，在内场进行导管的逆向建模：

2.1.将步骤1中采集到的原机导管的扫描点云数据带回工厂，利用专业软件进行导管的逆向建模；

2.2.作建模精度分析并将导管走向外形的建模精度控制在±0.1mm以内；将导管接头的建模精度控制在±0.04mm以内；

步骤3，异形管道半管模压成形模胎的设计和制造：

3.1.根据导管逆向数模完成异形管道半管成形模胎的设计；

3.2.按照管道半管成形模胎的设计图样完成模具制造；

步骤4，柔性调节定位装置的设计和制造：

4.1.根据导管逆向数模完成柔性调节定位装置的设计；

4.2.按照柔性调节定位装置的设计图样完成柔性工装的实物制造和装配；

4.3.通过导管逆向数模与柔性调节定位装置的三维模拟装配确定导管接头三维调节机构及导管走向调节定位机构的空间三维定位坐标；

4.4.根据导管接头三维调节机构及导管走向调节定位机构的空间三维定位坐标，通过激光跟踪仪对各调节机构和定位件在柔性调节定位装置上进行精确调整并定位锁紧；

步骤5，导管各零件的机械加工：

5.1.通过数控编程完成喇叭管接头、导管连接盘和法兰盘零件的机械加工；

5.2.完成标准直通管道的下料和加工；

步骤6，异形管道各半管的模压成形和组焊：

6.1.通过模胎实现异形管道各上下半管的模压成形；

6.2.对上下半管进行对焊；

步骤7，导管在柔性调节定位装置上的定位组装和组焊：

7.1.在柔性调节定位装置上进行导管的定位组装；

7.2.在柔性调节定位装置上进行导管的定位组焊；

步骤8，导管探伤、气密和制造精度检测：

8.1.对新制高温导管按技术要求完成无损探伤检测并经检验合格；

8.2.对新制高温导管按技术要求完成地面气密试验并经检验合格；

8.3.利用关节测量臂或三坐标测量机对新制导管实物与原机导管的逆向数模通过取点比对进行精度检测，将导管走向外形的制造精度控制在±0.2mm以内；将导管接头的制造精度控制在±0.08mm以内；

步骤9，导管的外场机上换装：

9.1.将新制高温导管带到部队外场进行现场换装；

9.2.按技术要求完成导管的机上气密试验并经检验合格，飞机即可复飞并继续执行飞行任务。

本发明有如下有益效果：

1、本发明提供一种航空高温导管柔性调节定位装置及新制工艺，能有效解决飞机修理过程中的实物取样和实物定位问题。通过采用三维扫描仪对机上原机导管进行取样扫描和三维建模并检查和控制建模精度，设计专用模胎对管道半管模压成形，对管道接头通过数控编程加工，研制一种航空高温导管柔性调节定位装置实现三维空间下的六自由度调节，通过导管与工装的数字化模拟装配来确定定位夹具的空间位置，辅助采用激光跟踪仪实现定位夹具空间位置的精确调整，通过柔性工装的定位组装和组焊，通过关节测量臂或三坐标测量机对新制导管与原机逆向数模进行比对测点检测精度，提高导管的整体制造精度，省去机上反复多次验装修磨和调整的过程，缩短制造周期，实现外场换装一次装机合格的目标。

2、通过纯机械式手动调节机构，将三维空间下各方位的移动和转动集成到一套调节装置上，体积小，重量轻。

3、可快速实现三维空间下六个自由度的调节定位和锁紧，满足不同安装孔或安装面的空间快速定位需求。

4、本机构的通用性强，针对不同的安装孔或安装面通过更换不同规格的定位构件来实现其任一空间位置的定位。

5、调节范围大，可实现三维空间下六个自由度的自由调节。

6、在调节机构中采用自锁垫圈增加锁紧力来有效防松。

7、采用多套机构组合配套使用可实现复杂结构下的多个安装尺寸的空间定位。

8、在定位构件的轴线前后两个端面上分别制有2个激光测量孔，可采用激光跟踪仪进行其空间位置的高精度数字化装配和调整。

9、机构操作简单，使用方便。化防护、任务规划、医疗救护、瞭望取证、技术保障、状态自检、体力补给等多种功能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明导管具体装夹时的第一视角三维图。

图2为本发明导管具体装夹时的第二视角三维图。

图3为本发明柔性调节定位装置第一视角三维图。

图4为本发明柔性调节定位装置第二视角三维图。

图5为本发明导管第一视角三维图。

图6为本发明导管第二视角三维图。

图中：安装板1、底部螺栓2、支撑筒3、调节螺杆4、第一锁紧螺钉5、升降柱6、底板7、横向调节板8、纵向调节板9、z轴旋转座10、第一弧形座11、x轴旋转座12、第一弧形槽13、第二弧形槽14、第一转轴15、第二弧形座16、第三弧形槽17、第二转轴18、激光测量孔19、y轴旋转座20、第二锁紧螺钉21、定位盘22、伸缩杆23、导管28、直管道定位支撑座29、压盖30、三维空间支撑机构31、激光测量基准孔32；

标准直通管道2801、法兰盘2802、导管连接盘2803、喇叭管接头2804、异形管道半管2805。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-4，为解决航空高温导管新制过程中的精确定位问题，研制一种航空高温导管柔性调节定位装置，将多套三维调节机构安装到同一个平板上组合和配套使用，通过纯机械式手动调节机构，可实现航空高温导管的走向、接口、安装孔或安装面的空间快速调整和精确定位需求,新制导管在此柔性调节定位装置上可实现精确定位组装和组焊，能确保导管接口满足机上安装需求，管道走向与旧件一致不与机上其它构件发生干涉，其操作简单，使用方便。

进一步的，所述一种航空高温导管柔性调节定位装置，它包括底部支撑框架26，所述底部支撑框架26的顶部固定安装有支撑平台27，所述支撑平台27的顶部固定安装有多个不同位置的用于对导管进行空间定位支撑的三维空间支撑机构31，所述三维空间支撑机构31的顶部安装有多种不同类型的用于对导管不同位置进行固定的装夹夹具。

进一步的，所述三维空间支撑机构31包括安装板1，它包括安装板1，安装板1的顶部通过升降调节机构支撑安装有底板7，底板7的顶部支撑安装有能够横向移动调节的横向调节板8，横向调节板8的顶部支撑安装有能够纵向移动调节的纵向调节板9，纵向调节板9的顶部通过z轴旋转座10支撑有第一弧形座11，第一弧形座11上通过第一转轴15铰接有x轴旋转座12，x轴旋转座12的顶部固定有第二弧形座16，第二弧形座16上通过第二转轴18铰接有y轴旋转座20，y轴旋转座20上安装有定位连接组件。通过采用上述结构的三维调节定位机构，能够用于飞机上非标管道的实物取样和定位，进而实现复杂零部件的修复。

进一步的，所述底部支撑框架26的底部四角固定有基准板24，在底部支撑框架26的外侧壁上固定有吊装环25；所述支撑平台27的顶部加工有激光测量基准孔32。

进一步的，所述安装板1上均布加工有多个螺栓孔，所述螺栓孔上贯穿安装有底部螺栓2。通过上述的安装方式，能够对整个调节机构进行可靠的固定和安装。

进一步的，所述升降调节机构包括固定在安装板1顶部的支撑筒3，所述支撑筒3的内部通过滑动配合安装有升降柱6，所述底板7固定在升降柱6的顶部，所述底板7和支撑筒3之间呈对角布置安装有调节螺杆4，所述升降柱6和支撑筒3之间安装有第一锁紧螺钉5。通过上述的升降调节机构能够实现整个定位机构高度的调节，进而适应不同的高度调节需求，调节过程中，通过调节螺杆4对底板7的高度进行调节。

进一步的，所述横向调节板8和纵向调节板9上都分别加工有调节槽。通过上述的调节槽，能够便于实现一定范围内的横向和纵向调节。

进一步的，所述z轴旋转座10上加工有对称布置的第一弧形槽13，所述第一弧形槽13上贯穿安装有锁紧螺栓，并与纵向调节板9固定相连。通过上述的第一弧形槽13能够实现z轴旋转座10的转动角度调节。

进一步的，所述x轴旋转座12上加工有对称布置的第二弧形槽14，所述第二弧形槽14上贯穿安装有锁紧螺栓，并与第一弧形座11固定相连。通过上述的第二弧形槽14能够实现x轴旋转座12的转动角度调节。

进一步的，所述y轴旋转座20上加工有对称布置的第三弧形槽17，所述第三弧形槽17上贯穿安装有锁紧螺栓，并与第二弧形座16固定相连。通过上述的第三弧形槽17能够实现y轴旋转座20的转动角度调节。

进一步的，所述定位连接组件包括滑动安装在y轴旋转座20顶部的伸缩杆23，伸缩杆23通过第二锁紧螺钉21固定在y轴旋转座20上，在伸缩杆23的端头固定有定位盘22，伸缩杆23的中心部位加工有激光测量孔19。通过上述的定位连接组件能够用于对待定位安装的部件进行连接固定。

实施例2：

本新制方法中所述的飞机发动机高温输气导管的典型外形结构见图5-6：

1.对于异形管道分为上下两段半管分别通过成形模胎模压成形后，从中间对焊而成，在中间有两条焊缝；

2.对于标准直通管道直接采用无缝不锈钢管切割下料制作；

3.喇叭管接头、法兰盘和导管连接盘均为数控机加件。

4.本方法中所述的异形管道半管模胎是根据各半管的外形数模设计制作的一种常规式的凸凹模结构，用于各半管的模压成形。

参见图1-2，采用所述一种航空高温导管柔性调节定位装置进行航空高温导管新制的方法，包括以下步骤：

步骤1，在外场进行导管的外形扫描：

1.1.在部队外场从飞机上拆下需新制换装的导管28；

1.2.利用便携手持式三维扫描仪对导管28进行外形及接口扫描，采集点云数据；

1.3.将导管28重新装机并按技术要求完成导管的机上气密试验，飞机即可复飞并继续执行飞行任务；

步骤2，在内场进行导管的逆向建模：

2.1.将步骤1中采集到的原机导管的扫描点云数据带回工厂，利用专业软件进行导管的逆向建模；

2.2.作建模精度分析并将导管走向外形的建模精度控制在±0.1mm以内；将导管接头的建模精度控制在±0.04mm以内；

步骤3，异形管道半管模压成形模胎的设计和制造：

3.1.根据导管逆向数模完成异形管道半管2805成形模胎的设计；

3.2.按照管道半管成形模胎的设计图样完成模具制造；

步骤4，柔性调节定位装置的设计和制造：

4.1.根据导管逆向数模完成柔性调节定位装置的设计；

4.2.按照柔性调节定位装置的设计图样完成柔性工装的实物制造和装配；

4.3.通过导管逆向数模与柔性调节定位装置的三维模拟装配确定导管接头三维调节机构及导管走向调节定位机构的空间三维定位坐标；

4.4.根据导管接头三维调节机构及导管走向调节定位机构的空间三维定位坐标，通过激光跟踪仪对各调节机构和定位件在柔性调节定位装置上进行精确调整并定位锁紧；

步骤5，导管各零件的机械加工：

5.1.通过数控编程完成喇叭管接头2804、导管连接盘2803和法兰盘2802零件的机械加工；

5.2.完成标准直通管道2801的下料和加工；

步骤6，异形管道各半管的模压成形和组焊：

6.1.通过模胎实现异形管道各上下半管的模压成形；

6.2.对上下半管进行对焊；

步骤7，导管在柔性调节定位装置上的定位组装和组焊：

7.1.在柔性调节定位装置上进行导管的定位组装；

7.2.在柔性调节定位装置上进行导管的定位组焊；

步骤8，导管探伤、气密和制造精度检测：

8.1.对新制高温导管按技术要求完成无损探伤检测并经检验合格；

8.2.对新制高温导管按技术要求完成地面气密试验并经检验合格；

8.3.利用关节测量臂或三坐标测量机对新制导管实物与原机导管的逆向数模通过取点比对进行精度检测，将导管走向外形的制造精度控制在±0.2mm以内；将导管接头的制造精度控制在±0.08mm以内；

步骤9，导管的外场机上换装：

9.1.将新制高温导管带到部队外场进行现场换装；

9.2.按技术要求完成导管的机上气密试验并经检验合格，飞机即可复飞并继续执行飞行任务。

实施例3：

本发明的航空高温导管柔性调节定位装置工作过程和原理：

1、安装板，支撑筒和升降导向套组焊至一体。

2、安装板用于调节装置整体在平板上的固定。

3、升降柱与底板组焊至一体，升降柱可在升降滑套内上下升降，通过调节螺杆调节其升降高度，通过第一锁紧螺钉5定位锁紧。

4、调节螺杆是一根全螺纹螺杆，安装在升降导向套的螺孔内，两端加工有对扁，便于采用扳手进行扳动调节。

5、横向调节板可在底板上横向移动。

6、纵向调节板可在横向调节板上沿纵向移动。

7、x、y、z轴旋转座能够分别实现三个方向的转动，通过紧固螺钉定位锁紧，通过自锁防松垫圈进行有效防松。

8、定位连接组件用于与需要定位的产品进行连接和固定，针对不同的安装孔或安装面通过更换不同规格的定位构件来实现其任一空间位置的定位。

9、定位连接组件在其轴线的前后两个端面上分别制有2个激光测量孔，可采用激光跟踪仪进行其空间位置的高精度数字化装配和调整。

10、定位连接组件可在y轴旋转座的导向孔内滑动，通过第二锁紧螺钉21定位锁紧。

实施例4：

所述航空高温导管柔性调节定位装置的具体优势如下：

1.三维调节机构用于导管各处接头的空间快速精确定位，可实现六自由度快速调节，并可靠定位锁紧；

2.导管走向调节定位机构用于导管管道走向的空间快速精确定位，可实现五个自由度3个移动，2个转动，根据导管管道走向的实际定位使用需求，只需要5个自由度可调即可快速调节，并可靠定位锁紧。

3.支撑平台用于安装和固定各调节机构，下端有基准板，基准板的下平面和支撑平台的上平面均通过机械加工，保证其平面度和平行度，支撑平台上制有螺纹孔，便于各调节机构通过螺栓在此进行固定，吊环螺钉用于转运时的起吊和吊装。

4.在支撑平台上加工有3个激光测量基准孔，各定位构件在其轴线的前后两个端面上分别制有2个激光测量孔，管道定位支撑座在前后两个端面上也分别制有2个激光测量孔，可采用激光跟踪仪进行其空间位置的高精度数字化装配和调整。