大型運(yùn)輸機(jī)、先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)等高端航空裝備內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分緊湊、空間狹小。制造過程中，工作人員需要在復(fù)雜條件下加工近百萬個(gè)0.02毫米精度的連接孔，將成百上千萬個(gè)零部件精準(zhǔn)連接起來。
如何在狹小空間實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料、金屬?gòu)?qiáng)異質(zhì)疊層結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量鉆孔作業(yè)，是世界各國(guó)面臨的技術(shù)難題。長(zhǎng)期以來，中國(guó)飛機(jī)制造的打孔環(huán)節(jié)多依靠純?nèi)斯ぃ鴩?guó)外早已通過小型加工裝備實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)、全自動(dòng)化生產(chǎn)，產(chǎn)能是我國(guó)的5倍以上。
面對(duì)這一問題，受啄木鳥抓在樹干上打洞的啟發(fā)，大連理工大學(xué)一支年輕的學(xué)生團(tuán)隊(duì)在中國(guó)科學(xué)院院士賈振元的指導(dǎo)下，變革加工模式，將固定在地面上的“包容式”加工，變?yōu)橹苯庸潭ㄔ诹慵系?ldquo;在體”加工。這種方法就像啄木鳥一樣，可靈巧且智能地完成“打洞”制孔。
要實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法，需要解決復(fù)雜功能與高精度要求下小型化難、大波動(dòng)負(fù)載下穩(wěn)定控制難、千種工況精準(zhǔn)快速識(shí)別難三大難題。團(tuán)隊(duì)在相關(guān)企業(yè)駐廠數(shù)月，記錄分析加工現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，最終找到了突破口，創(chuàng)新提出空間降維式傳動(dòng)方案、性能分級(jí)與全局最優(yōu)設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過數(shù)萬次實(shí)驗(yàn)探索，六代、數(shù)十臺(tái)樣機(jī)迭代，一臺(tái)A4紙大小的靈巧加工裝備誕生。相較傳統(tǒng)模式，該裝備的打孔方式讓加工能力大幅提升，加工效率達(dá)到人工的3倍以上，并且能適應(yīng)原來人工無法適應(yīng)的工況。但其加工質(zhì)量還不夠穩(wěn)定。
從“0到1”很難，但是從一到無窮大更難。在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)提出了基于末端反求的便攜式裝備精度與剛度分析方法，對(duì)影響裝備精度、剛度的關(guān)鍵零件進(jìn)行優(yōu)化，自主研發(fā)力、扭、振三源信息感知模塊，發(fā)明雙驅(qū)動(dòng)同步預(yù)測(cè)控制算法，面對(duì)波動(dòng)幅值較大的工況也可以穩(wěn)定控制，使誤差降低至2%，遠(yuǎn)低于國(guó)外誤差數(shù)值。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)建立了10萬以上的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集，首創(chuàng)火眼金睛“透視”算法，使裝備能夠在0.1秒內(nèi)識(shí)別材料加工狀態(tài)，并切換至最優(yōu)參數(shù)，加工成品率達(dá)100%。
“以往使用的機(jī)床價(jià)格昂貴、設(shè)計(jì)復(fù)雜、技術(shù)門檻高。我們的設(shè)備操作門檻低，工人師傅只需對(duì)準(zhǔn)位置、一鍵啟動(dòng)即可自動(dòng)加工。單孔耗時(shí)由5分鐘減至0.5分鐘，并將加工精度提升1級(jí)。”團(tuán)隊(duì)成員、機(jī)械工程學(xué)院研究生常宇豪介紹。
“我們的控制芯片、電路板，包括前期采用的國(guó)外驅(qū)動(dòng)器，現(xiàn)在都已實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)。”團(tuán)隊(duì)成員、控制學(xué)院研究生朱煬爽說。目前，團(tuán)隊(duì)發(fā)明的系列智能化靈巧加工裝備已成功應(yīng)用于航空裝備制造，加工能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，未來還可推廣到航天、船舶、車輛、能源等領(lǐng)域的高端裝備制造。
大型運(yùn)輸機(jī)、先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)等高端航空裝備內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分緊湊、空間狹小。制造過程中，工作人員需要在復(fù)雜條件下加工近百萬個(gè)0.02毫米精度的連接孔，將成百上千萬個(gè)零部件精準(zhǔn)連接起來。
如何在狹小空間實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料、金屬?gòu)?qiáng)異質(zhì)疊層結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量鉆孔作業(yè)，是世界各國(guó)面臨的技術(shù)難題。長(zhǎng)期以來，中國(guó)飛機(jī)制造的打孔環(huán)節(jié)多依靠純?nèi)斯?，而?guó)外早已通過小型加工裝備實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)、全自動(dòng)化生產(chǎn)，產(chǎn)能是我國(guó)的5倍以上。
面對(duì)這一問題，受啄木鳥抓在樹干上打洞的啟發(fā)，大連理工大學(xué)一支年輕的學(xué)生團(tuán)隊(duì)在中國(guó)科學(xué)院院士賈振元的指導(dǎo)下，變革加工模式，將固定在地面上的“包容式”加工，變?yōu)橹苯庸潭ㄔ诹慵系?ldquo;在體”加工。這種方法就像啄木鳥一樣，可靈巧且智能地完成“打洞”制孔。
要實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法，需要解決復(fù)雜功能與高精度要求下小型化難、大波動(dòng)負(fù)載下穩(wěn)定控制難、千種工況精準(zhǔn)快速識(shí)別難三大難題。團(tuán)隊(duì)在相關(guān)企業(yè)駐廠數(shù)月，記錄分析加工現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，最終找到了突破口，創(chuàng)新提出空間降維式傳動(dòng)方案、性能分級(jí)與全局最優(yōu)設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過數(shù)萬次實(shí)驗(yàn)探索，六代、數(shù)十臺(tái)樣機(jī)迭代，一臺(tái)A4紙大小的靈巧加工裝備誕生。相較傳統(tǒng)模式，該裝備的打孔方式讓加工能力大幅提升，加工效率達(dá)到人工的3倍以上，并且能適應(yīng)原來人工無法適應(yīng)的工況。但其加工質(zhì)量還不夠穩(wěn)定。
從“0到1”很難，但是從一到無窮大更難。在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)提出了基于末端反求的便攜式裝備精度與剛度分析方法，對(duì)影響裝備精度、剛度的關(guān)鍵零件進(jìn)行優(yōu)化，自主研發(fā)力、扭、振三源信息感知模塊，發(fā)明雙驅(qū)動(dòng)同步預(yù)測(cè)控制算法，面對(duì)波動(dòng)幅值較大的工況也可以穩(wěn)定控制，使誤差降低至2%，遠(yuǎn)低于國(guó)外誤差數(shù)值。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)建立了10萬以上的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集，首創(chuàng)火眼金睛“透視”算法，使裝備能夠在0.1秒內(nèi)識(shí)別材料加工狀態(tài)，并切換至最優(yōu)參數(shù)，加工成品率達(dá)100%。
“以往使用的機(jī)床價(jià)格昂貴、設(shè)計(jì)復(fù)雜、技術(shù)門檻高。我們的設(shè)備操作門檻低，工人師傅只需對(duì)準(zhǔn)位置、一鍵啟動(dòng)即可自動(dòng)加工。單孔耗時(shí)由5分鐘減至0.5分鐘，并將加工精度提升1級(jí)。”團(tuán)隊(duì)成員、機(jī)械工程學(xué)院研究生常宇豪介紹。
“我們的控制芯片、電路板，包括前期采用的國(guó)外驅(qū)動(dòng)器，現(xiàn)在都已實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)。”團(tuán)隊(duì)成員、控制學(xué)院研究生朱煬爽說。目前，團(tuán)隊(duì)發(fā)明的系列智能化靈巧加工裝備已成功應(yīng)用于航空裝備制造，加工能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，未來還可推廣到航天、船舶、車輛、能源等領(lǐng)域的高端裝備制造。
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