“小设备”让“大飞机”制造打孔无忧

大型运输机、先进战机等航空高端装备内部结构十分紧凑、空间狭小，制造过程需要在复杂条件下加工近百万个0.02毫米精度的连接孔，将成百上千万个零部件精准连接起来。

如何在狭小空间实现复合材料/金属强异质叠层结构的高质量钻孔作业，是世界各国面临的技术难题。长期以来，中国飞机制造“打孔”环节很多是靠纯人工，而国外早已通过小型加工装备实现了半自动、全自动化生产，产能是我国的5倍以上。

面对这一问题，受啄木鸟抓在树干打洞的启发。近日，大连理工大学一支年轻的学生团队在中国科学院院士贾振元的指导下，创新提出变革加工模式，将固定在地面上的“包容式”加工，变为直接固定在零件上的“在体”加工，就像啄木鸟一样，灵巧且智能地完成“打洞”制孔。

要实现这个想法，面临着复杂功能与高精度要求下小型化难、大波动负载下稳定控制难、千种工况精准快速识别难三大难题。团队在相关企业驻厂数月，记录分析加工现场特点，最终找到了突破口，创新提出空间降维式传动方案、性能分级与全局最优设计方法。经过数万次实验探索，六代、数十台样机迭代，一台A4纸大小的灵巧加工装备诞生了，加工能力大幅提升，加工一个孔的效率达到人工3倍以上，并且能加工原来人工无法实现的工况，但加工质量还不够稳定。

从0到1很难，但是从一到无穷大更难。对于装备，加工精度优化、使用稳定性提升是一条关键而漫长的路。在大量实验的基础上，团队提出了基于末端反求的便携式装备精度与刚度分析方法，对影响装备精度、刚度的关键零件进行优化，自主研发力、扭、振三源信息感知模块，发明双驱动同步预测控制算法，面对波动幅值较大的工况也可以稳定控制，使误差降低至2%，远低于国外。同时，团队建立了10万以上的高质量数据集，首创火眼金睛“透视”算法，使装备能够在0.1秒内识别材料加工状态，并切换至最优参数，加工成品率达100%。

“以往使用的机床价格昂贵、设计复杂、技术门槛高。我们的设备操作门槛低，工人师傅只需对准位置、一键启动即可自动加工。单孔耗时由5分钟减至0.5分钟，并将加工精度提升1级。”团队成员、机械工程学院研究生常宇豪介绍。

目前，团队发明的系列智能化灵巧加工装备已成功应用于航空装备制造中，加工能力达到国际先进水平，还可推广到航天、船舶、车辆、能源等领域的高端装备制造中。“我们的控制芯片、电路板，包括前期采用的国外驱动器，现在都已转为自主设计。”团队成员、控制学院研究生朱炀爽说。

（大连理工大学供图）