林 青，沙春鵬，張 波，徐 磊，孫德奎，劉 晨，趙宏劍，王 崇

（1. 北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120；2. 中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，沈陽 110034）

0 引言

進(jìn)氣道是由飛機(jī)上的進(jìn)口至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口所經(jīng)過的一段管道。由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是雷達(dá)反射區(qū)域最大的部分，以此必須噴涂隱身涂料以降低雷達(dá)反射。然而由于進(jìn)氣道長度直徑比很大，內(nèi)部空間狹小且截面形狀不規(guī)則，無法采用常規(guī)噴涂機(jī)器人進(jìn)行內(nèi)部噴涂，必須設(shè)計(jì)專門裝置使噴槍進(jìn)入進(jìn)氣道內(nèi)部進(jìn)行噴涂。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]描述，美國F-35飛機(jī)的進(jìn)氣道是在部件情況下進(jìn)行噴涂的。而根據(jù)我國飛機(jī)制造工藝要求，需要在整機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行噴涂。由于飛機(jī)制造的差異和停放位置的不確定，噴涂設(shè)備需要具備行走和位姿調(diào)整能力。

系統(tǒng)采用空氣噴涂的方式，根據(jù)噴涂工藝的要求，為保證漆膜質(zhì)量，噴槍出口距離內(nèi)表面200mm～300mm，噴涂速度約為0.4m/s。由于進(jìn)氣道空間限制，無法滿足噴槍始終垂直與被噴涂表面。本文介紹的噴涂設(shè)備采用離線編程的方式生成噴槍運(yùn)行軌跡，由進(jìn)氣道內(nèi)向外連續(xù)回轉(zhuǎn)噴涂，涂層形狀呈螺旋線方式。噴涂速度和噴槍與內(nèi)表面的距離都可進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，對(duì)于不同截面采用相同的噴涂工藝。

綜合以上的要求，本文進(jìn)行了進(jìn)氣道自動(dòng)噴涂設(shè)備的研制。系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、供漆系統(tǒng)和廢氣處理裝置等組成。

本文著重介紹機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)也對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹。

1 設(shè)備描述

1.1 機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械系統(tǒng)由移動(dòng)裝置、調(diào)整平臺(tái)和3自由度噴涂機(jī)組成，如圖1所示。

圖1 進(jìn)氣道自動(dòng)噴涂設(shè)備

移動(dòng)裝置的作用是將3自由度噴涂機(jī)由停放位置移動(dòng)到進(jìn)氣道的前方完成噴涂設(shè)備的粗定位。系統(tǒng)是采用輪式移動(dòng)裝置，它可以實(shí)現(xiàn)各向移動(dòng)和原地回轉(zhuǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)狹小場(chǎng)地內(nèi)比較復(fù)雜地面條件下的運(yùn)輸和定位。

移動(dòng)裝置包括車架，兩個(gè)由輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)輪組件，兩個(gè)無驅(qū)動(dòng)的萬向輪，用于驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪繞自身立軸回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向裝置。主動(dòng)輪采用對(duì)角線布置。運(yùn)動(dòng)方式如圖2所示。圖紙箭頭表示車輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

調(diào)整平臺(tái)包括回轉(zhuǎn)支承、橫移裝置和4根支腿，可實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)高低、俯仰、回轉(zhuǎn)和橫向4個(gè)自由度的調(diào)整。

圖2 運(yùn)動(dòng)方式示意圖

3自由度噴涂機(jī)包括實(shí)現(xiàn)前后運(yùn)動(dòng)的懸臂和2自由度手腕，手腕可實(shí)現(xiàn)噴槍繞進(jìn)氣道軸線的連續(xù)回轉(zhuǎn)和垂直進(jìn)氣道軸線的徑向運(yùn)動(dòng)。圖3為噴涂機(jī)深入進(jìn)氣道的照片。

圖3 噴涂機(jī)深入進(jìn)氣道

1.2 控制系統(tǒng)

噴涂機(jī)運(yùn)動(dòng)控制核心部件選用安川MP2310控制器。MP2310是集成型控制器，可完成多個(gè)軸的同步伺服控制。標(biāo)配有MECHATROLINK-II和Ethernet端口，可分別實(shí)現(xiàn)與伺服控制器和上位的通訊。系統(tǒng)利用了控制器的電子凸輪功能，以時(shí)間軸為主軸，3個(gè)電機(jī)作為從軸，實(shí)現(xiàn)離線編程生成的噴涂軌跡。

移動(dòng)裝置采用手動(dòng)控制。

2 噴涂工藝及試驗(yàn)

噴槍的涂料流量、霧化空氣、扇幅空氣均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，試驗(yàn)首先根據(jù)噴槍的工藝參數(shù)進(jìn)行離線編程，目前采用的離線編程數(shù)據(jù)曲線如圖4所示。

圖4 離線編程數(shù)據(jù)

經(jīng)過對(duì)放置在進(jìn)氣道內(nèi)部試板的噴涂試驗(yàn)，無論是單次成膜厚度還是漆膜表面質(zhì)量，都符合涂料的設(shè)計(jì)要求。圖5為試板噴涂效果照片。

圖5 噴涂試板

3 結(jié)論

飛機(jī)進(jìn)氣道自動(dòng)噴涂裝備的研制和試驗(yàn)，說明我國已經(jīng)掌握了此項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，必將極大的提高我國飛機(jī)制造水平。同時(shí)此項(xiàng)技術(shù)也可以應(yīng)用于此類小直徑、大深度工件的內(nèi)表面噴涂。

[1] Seegmiller N A.Precision robotic coating application and thickness control optimization for F-35 final finishes [J].SAE Journal,2010 (3).