清华团队研制“移动式混联加工机器人”，“随时随地”加工大型复杂构件，服务航天制造 | NSR

近期，该团队在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表Perspective文章，介绍了这一成果。

移动式混联加工机器人对舱外载荷安装支架进行原位铣削

航天器舱体、卫星整星结构、飞机部组件等大型复杂构件是航空、航天等高端制造业领域内装备的核心零部件，通常具有尺寸超大、型面复杂、结构刚性弱、精度要求高等特点，其结构形态与严苛的工艺要求对加工装备性能提出了严峻挑战：

• 构件“大型化”要求加工装备具备足够大的工作空间；

• 构件“复杂化”对加工装备的自由度和灵活性提出了更高的要求；

• 大构件“局部精确化”则对加工装备的精度提出了更大挑战。

典型大型复杂构件：空间站大型舱体结构件

典型大型复杂构件：飞机部组件

目前，大型复杂构件通常采用以下几种制造模式：

1) 采用高端大行程五轴专用机床并辅以人工的制造方式，但高端机床引进成本高昂，无法大量部署，此外，极端制造技术瓶颈也导致装备的大型化发展模式难以为继；

2) 采用“分体离线加工-在线检测修配”的加工方式，加工过程中需多次变换基准、工艺不稳定、一次装调合格率低、质量一致性差，且加工工序繁多、生产周期长；

3) 对于尺寸或质量超出机床承受极限的构件，主要通过人工作业，对工人技术要求高，且效率低、产品质量及一致性无法保证，尤其工作环境恶劣、劳动强度大、严重影响工人的身体健康。

因此，亟需探索变革性的制造模式，研制高性能的加工装备，突破现有加工技术瓶颈，解决大型复杂构件的高效高质量加工难题。

在此背景下，清华大学机械系刘辛军教授团队开展技术攻关，提出了以机器人化、小型化、便携式为主要特征的大型复杂构件柔性可重构加工制造新模式，发明了具有姿态耦合大摆角输出特色的轻量化五轴并联机构。

在此基础上，该团队采用“全向移动平台+高刚度机械臂+五轴并联加工部件”构型研制了一套移动式混联加工机器人，该机器人具备大范围定位和局部精细加工能力。

移动式混联加工机器人

该机器人已在航天制造企业应用于多种型号产品生产，完成了大型航天器舱体柱段和锥段焊口铣削、舱外载荷安装支架原位铣削、大型碳纤维网格承力结构件外圆铣削和端面磨削，解决了航天器舱体、卫星结构等大型构件的高效高精加工难题。

大型结构件原位加工：锥段焊口铣削

大型结构件原位加工：柱段焊口铣削

可以说，该机器人使大型复杂类构件的加工模式产生了颠覆性变化，为我国大型航天器结构件的加工制造提供了自主可控的技术装备。