在航空领域中，发动机是飞机动力系统的核心组成部分，对于飞行的安全性、可靠性和经济性等都有着至关重要的影响。一般说来，航空发动机主要由静子、机匣和作高速定轴旋转的转子等组成。其中，机匣是整台发动机的支架，也是支撑转子和固定静子的重要部件，因而机匣在整台发动机中的作用举足轻重。作为发动机内重要的承载、连接部件，机匣的主体结构大多为薄壁回转体，而且具有径向尺寸大、结构元素多、型面和内腔复杂、外壁单薄易变形、精度要求高等特点，这些都增加了对其进行加工与测量的难度。

　　目前，国内的航空发动机研制和生产单位在应对大型航空发动机机匣的测量问题时，主要依赖于传统的接触式三坐标测量机，并采用笛卡尔直角坐标系和机械触发式测头，不仅存在速度慢、效率低、需要人工干预等缺点，而且在对空间曲面的测量方面具有很大的局限性。以某大型航空发动机机匣为例，需要三坐标测量机测量的项目多达200余项，这就导致一次测量的时间通常在1天以上。而国外的先进坐标测量设备大多采用复合式测头与多轴联动测量技术，即将传统的三坐标测量机与高精度的回转机构结合起来，以构建多轴联动的坐标测量系统，从而实现了复杂曲面零件的高精度点位测量与高效率扫描测量。这是新一代坐标测量技术与装备的发展趋势，对于航空发动机机匣测量系统的搭建具有重要的借鉴意义。

　　在这样的背景下，为了解决当前大型航空发动机机匣测量中的工作量大、效率低等难题，航空工业精密所依托自身在精密、超精密制造技术以及精密测量、测试技术等领域的技术积累和优势，在大型航空发动机机匣测量系统及在线测量技术方面开展了卓有成效的研究工作，研制出了基于高精度气浮转台的五轴坐标测量系统，并对基于此系统的机匣测量方法进行了开发，从而实现了在三维空间中对大型航空发动机机匣的形状、尺寸和位置等几何参数进行快速精密测量的目标，可以大幅度提高我国航空发动机行业的机匣测量效率，这对于提升我国大型航空发动机的制造水平以及国产高档测量装备的技术水平均具有重要意义。

　　根据大型机匣的结构特点与测量需求，精密所对传统的大型龙门式测量机进行了结构优化，并针对其中的承力结构、高精度气浮导轨、轻惯量运动滑架以及轻质量高刚性Z轴等关键部件进行了重点研究，设计出了适用于现场生产环境和检测任务的新型机匣测量系统，其X、Y和Z轴的行程分别为3000mm、2000mm和1500mm，空间测量精度可以达到0.004+0.004L/1000mm。

　　在结构上，该系统主要由大型龙门式三坐标测量机本体、高精度气浮转台、扫描测头、控制系统和测量软件等组成。其中，高精度气浮转台作为辅助测量设备，用于实现机匣的转位测量。该转台基于空气静压轴承技术并以空气作为润滑介质，经由力矩电机直接驱动，可以实现很高的回转精度，而且无磨损、振动小、噪声低，因而能够满足生产现场对精密测量的严苛要求。配备有此高精度气浮转台的机匣测量系统可以最大限度地提高机匣零件的测量效率，这是因为通过该气浮转台的回转可以使被测机匣整周的各个部分均处于测头的测量范围内，这样就可以在只进行一次装夹的情况下（不需要对机匣进行多次装夹），实现对机匣三维信息的全面测量，再通过编程即可进行测量数据的自动拼接，从而获得了完整的机匣测量数据。

　　在控制系统方面，该测量系统选用了多轴运动控制系统，主要由主计算机（上位机）、控制器（下位机）、伺服驱动器、测头系统、光栅测量系统、操作盒、安全及外围逻辑电路等组成，其主要功能是将主计算机中的测量应用软件操作转化为检测系统的控制指令，并通过通讯接口传输到下位机，下位机根据接收到的指令来控制整个系统执行各种动作，例如读取各轴坐标值、控制各轴电机的运动、控制测头的转动和采点、处理状态报警信号等。

　　此外，为了提高整体精度并改善了其动态响应特性，系统还采用了多项先进技术措施，包括：优化主、副导轨结构；提高主、副导轨的支撑刚度来减小变形；采用新材料来提高横梁和Z轴导轨的精度；提高导轨刚度来改善动态性能；提高控制系统性能。

　　由航空工业精密所研制和开发的大型航空发动机机匣五轴测量系统，将大型龙门式测量机与高精度气浮转台结合在一起，并且突破了多轴运动控制、空气轴承设计、数据高效处理、坐标系转换以及系统误差分析和补偿等关键技术，从而实现了大型航空发动机机匣的高效精密测量，可以为当前我国航空发动机制造过程中存在的大型机匣零件的测量效率低和精度差等问题提供了一项实用的技术解决方案。

来源：中国航空报