林 青，沙春鵬，張 波，徐 磊，孫德奎，劉 晨，趙宏劍，王 崇

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

0 引言

進氣道是由飛機上的進口至發(fā)動機進口所經(jīng)過的一段管道。由于其自身的結構特點，是雷達反射區(qū)域最大的部分，以此必須噴涂隱身涂料以降低雷達反射。然而由于進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)噴涂機器人進行內(nèi)部噴涂，必須設計專門裝置使噴槍進入進氣道內(nèi)部進行噴涂。

根據(jù)文獻[1]描述，美國F-35飛機的進氣道是在部件情況下進行噴涂的。而根據(jù)我國飛機制造工藝要求，需要在整機狀態(tài)下進行噴涂。由于飛機制造的差異和停放位置的不確定，噴涂設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。本文介紹的噴涂設備采用離線編程的方式生成噴槍運行軌跡，由進氣道內(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)表面的距離都可進行實時控制，對于不同截面采用相同的噴涂工藝。

綜合以上的要求，本文進行了進氣道自動噴涂設備的研制。系統(tǒng)由機械系統(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。

本文著重介紹機械系統(tǒng)的設計和試驗結果，同時也對控制系統(tǒng)進行簡單介紹。

1 設備描述

1.1 機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)由移動裝置、調(diào)整平臺和3自由度噴涂機組成，如圖1所示。

圖1 進氣道自動噴涂設備

移動裝置的作用是將3自由度噴涂機由停放位置移動到進氣道的前方完成噴涂設備的粗定位。系統(tǒng)是采用輪式移動裝置，它可以實現(xiàn)各向移動和原地回轉(zhuǎn)?？梢詫崿F(xiàn)狹小場地內(nèi)比較復雜地面條件下的運輸和定位。

移動裝置包括車架，兩個由輪邊電機驅(qū)動的主動輪組件，兩個無驅(qū)動的萬向輪，用于驅(qū)動主動輪繞自身立軸回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向裝置。主動輪采用對角線布置。運動方式如圖2所示。圖紙箭頭表示車輪轉(zhuǎn)動方向。

調(diào)整平臺包括回轉(zhuǎn)支承、橫移裝置和4根支腿，可實現(xiàn)噴涂機高低、俯仰、回轉(zhuǎn)和橫向4個自由度的調(diào)整。

圖2 運動方式示意圖

3自由度噴涂機包括實現(xiàn)前后運動的懸臂和2自由度手腕，手腕可實現(xiàn)噴槍繞進氣道軸線的連續(xù)回轉(zhuǎn)和垂直進氣道軸線的徑向運動。圖3為噴涂機深入進氣道的照片。

圖3 噴涂機深入進氣道

1.2 控制系統(tǒng)

噴涂機運動控制核心部件選用安川MP2310控制器。MP2310是集成型控制器，可完成多個軸的同步伺服控制。標配有MECHATROLINK-II和Ethernet端口，可分別實現(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，以時間軸為主軸，3個電機作為從軸，實現(xiàn)離線編程生成的噴涂軌跡。

移動裝置采用手動控制。

2 噴涂工藝及試驗

噴槍的涂料流量、霧化空氣、扇幅空氣均可進行調(diào)節(jié)，試驗首先根據(jù)噴槍的工藝參數(shù)進行離線編程，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)過對放置在進氣道內(nèi)部試板的噴涂試驗，無論是單次成膜厚度還是漆膜表面質(zhì)量，都符合涂料的設計要求。圖5為試板噴涂效果照片。

圖5 噴涂試板

3 結論

飛機進氣道自動噴涂裝備的研制和試驗，說明我國已經(jīng)掌握了此項關鍵技術，必將極大的提高我國飛機制造水平。同時此項技術也可以應用于此類小直徑、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).