飛機進氣道自動噴涂設備研制

林 青，沙春鵬，張 波，徐 磊，孫德奎，劉 晨，趙宏劍，王 崇

（1. 北京機械工業自動化研究所，北京 100120；2. 中航工業沈陽飛機工業（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動機進口所經過的一段管道。由于其自身的結構特點，是雷達反射區域最大的部分，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，內部空間狹小且截面形狀不規則，無法采用常規噴涂機器人進行內部噴涂，必須設計專門裝置使噴槍進入進氣道內部進行噴涂。

根據文獻[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。而根據我國飛機制造工藝要求，需要在整機狀態下進行噴涂。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整能力。

系統采用空氣噴涂的方式，根據噴涂工藝的要求，為保證漆膜質量，噴槍出口距離內表面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，由進氣道內向外連續回轉噴涂，涂層形狀呈螺旋線方式。噴涂速度和噴槍與內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。系統由機械系統、控制系統、定位系統、供漆系統和廢氣處理裝置等組成。

本文著重介紹機械系統的設計和試驗結果，同時也對控制系統進行簡單介紹。

1 設備描述

1.1 機械系統

機械系統由移動裝置、調整平臺和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。系統是采用輪式移動裝置，它可以實現各向移動和原地回轉。可以實現狹小場地內比較復雜地面條件下的運輸和定位。

移動裝置包括車架，兩個由輪邊電機驅動的主動輪組件，兩個無驅動的萬向輪，用于驅動主動輪繞自身立軸回轉的轉向裝置。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動方向。

調整平臺包括回轉支承、橫移裝置和4根支腿，可實現噴涂機高低、俯仰、回轉和橫向4個自由度的調整。

圖2 運動方式示意圖

3自由度噴涂機包括實現前后運動的懸臂和2自由度手腕，手腕可實現噴槍繞進氣道軸線的連續回轉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

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，可分別實現與伺服控制器和上位的通訊。系統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節，試驗首先根據噴槍的工藝參數進行離線編程，目前采用的離線編程數據曲線如圖4所示。

圖4 離線編程數據

經過對放置在進氣道內部試板的噴涂試驗，無論是單次成膜厚度還是漆膜表面質量，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).