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1、飛機壁板類組件數字化裝配柔性工裝技術及應用FlexibleToolingTechnologyandApplicationforDigitalAssemblyofAircraftPanelComponent北京航空航天大學機械工程及自動化學院王亮李東升劉鳳貴肖文磊沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司馮子明陶春君白新宇王亮北京航空航天大學博士研究生．航空宇航制造工程專業(yè)，主要從事飛機數字化裝配技術．飛機裝配數控柔性工藝裝備的研究。飛機制造過程可以分為毛坯制造、零件加工、裝配安裝和試驗4個階段[I-2]。在一般機械制造中，裝配和安裝工作的勞動量只占產品制造總勞動量的20％左右，但在
2、飛機制造中，裝配和安裝工作的勞動量卻占到飛機制造總勞動量的50％～60％。58航宅制造技術·2010年第10期柔性工裝技術是基于產品數字量尺寸協(xié)調體系的可重組的模塊化、自動化裝配工裝技術。其目的是免除設計和制造各種零部件(如壁板類、翼梁類組件，機翼、機身部件等)裝配的專用固定型架、夾具，可降低工裝制造成本、縮短工裝準備周期、減少生產用地，同時大幅度提高裝配生產率。因此，飛機裝配技術在飛機制造過程中占有非常重要的地位。飛機結構不同于一般的機械結構，在其裝配過程中，不能單靠零件自身形狀和尺寸的加工準確性來裝配合格的部件，故在飛機的裝配過程中大量采用了具有定位功能的工藝裝備
3、，以保證飛機產品從零組件到部件裝配過程中的精確幾何外形f3】。型架是飛機裝配中的重要工藝裝備。以型架為代表的傳統(tǒng)裝配工裝多采用剛性結構，其可重構性差，裝配模式采用一個組件對應一個型架的一對一模式。因此，對應一個飛機產品，需要設計制造大量工裝，這不僅增加了飛機的制造成本，延長了飛機的制造周期，而且大量的裝配型架占據了大量的廠房面積，特別是隨著越來越多新機型的出現(xiàn)，裝配工裝占地面積大的矛盾越來越突出。隨著數字化技術在飛機制造過程中越來越廣泛的應用，以柔性1二裝技術為代表的各種數字化柔性裝配技術應運而生。飛機數字化柔性裝配技術是一種能適應快速研制和生產、低成本制造要求，及設
4、備和工裝模塊化、可重組的先進裝配技術降51。柔性裝配技術的范疇很廣，包括柔性裝配工藝技術、自動鉆鉚工藝技術、可視化柔性裝配過程仿真技術、柔性裝配質量控制技術、柔性裝配的精度測量技術、柔性工裝技術和柔性裝配系統(tǒng)集成控制技術等。其中，柔性工裝技術是數字化柔性裝配技術重要的組成部分。飛機數字化裝配柔性工裝技術及典型應用柔性工裝技術是基于產品數字量尺寸協(xié)調體系的可重組的模塊化、自動化裝配工裝技術，其目的是免除設計和制造各種零部件裝配的專用固定型架、夾具，可降低工裝制造成本、縮短丁裝準備周期、減少生產用地，同時大幅度提高裝配生產率州。柔性工裝技術在國外飛機的各級裝配中都得到了廣
5、泛的應用，無論是壁板類組件的裝配，還是機身機翼等大部件的裝配，直至最終各個大部件的對接，都應用了大量的柔性裝配工裝。柔性裝配工裝的類型包括用于壁板類組件裝配的多點陣真空吸盤式柔性裝配工裝、用于機翼翼梁和機翼壁板裝配的決定性柔性裝配工裝、用于機身部件裝配的分散式機身柔性裝配工裝，以及用于大部件對接的自動化對接平臺等幾類。國外的飛機制造商在飛機裝配過程中通過大量應用柔性工裝技術，大大降低了飛機的裝配制造成本，提高了生產效率，縮短了裝配周期，提高了產品質量。面向飛機壁板類組件裝配的柔性工裝飛機壁板類組件結構尺寸大，剛度小，制造精確度要求高。在壁板類組件的傳統(tǒng)裝配過程中，為減
6、小變圖1傳統(tǒng)剮性型架結構圖圖2多點陣真空吸盤式柔性工裝形、保證定位的準確性，型架結構(如圖1所示)均采用剛性結構，用來定位的卡板同連在型架骨架上。因此，一個型架只對應一套卡板，從而只能適用于一個壁板組件的裝配。我國當前的飛機壁板組件裝配還是采用這種傳統(tǒng)的裝配方式。在國外飛機壁板類組件的裝配過程中，工裝多采用多點陣真空吸盤式柔性工裝，如圖2所示。多點陣真空吸盤式柔性裝配工裝由一組立柱吸盤組成，吸盤在控制程序控制下可進行三維移動定位，生成與壁板組件曲面完全符合且分布均勻的吸附點陣，從而精確可靠地定位和夾持壁板。當產品外形發(fā)生變化時，吸附點陣布局自動進行數字調整，可以適應不
7、同的裝配組件外形。系統(tǒng)中各軸均采用精磨滾珠絲杠驅動末端執(zhí)行器，各垂直絲杠及導軌包含若干個末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器可成組移動到指定位置，或根據應用對象要求的支點數量以等間隔分布。圖2左圖中夾持的蒙皮為復合材料，正準備移至相應結構部位進行定位作業(yè)。圖2中右端的控制器通過控制程序可控制各個真空吸盤運動到精確位置，定位精度可達0．005英寸(0．127mm)。通過上述對比可以看出，多點陣真空吸盤式柔性工裝不僅具有很好的柔性，而且定位精度高，值得我們研究和學習。但在我國當前的國情狀況下，推廣應用這種柔性工裝還有不少阻力和困難。首先由于多點陣真空吸盤式柔性工裝的裝
