壁板組件柔性裝配工裝技術(shù)

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1、壁板組件柔性裝配工裝技術(shù)米ToolingTechnologyofFlexibleAssemblyforPanelComponent西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院王仲奇王贏郭飛燕康永剛李西寧王仲奇教授。博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任先進(jìn)近凈成形與模具制造共性技術(shù)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟專(zhuān)家委員會(huì)成員、中國(guó)航空學(xué)會(huì)工藝專(zhuān)業(yè)委員會(huì)會(huì)員、數(shù)控制造技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室客座教授。主要從事飛機(jī)制造工藝與裝備數(shù)字化技術(shù)、集成制造技術(shù)、塑性成形過(guò)程模擬與控制技術(shù)以及飛機(jī)裝配數(shù)字化技術(shù)的研究。先后承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、863基金、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、航空基金、國(guó)防基礎(chǔ)科研、總裝預(yù)研以及型

2、號(hào)研制項(xiàng)目30余項(xiàng)。獲國(guó)防科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、陜西省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、陜西省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。陜西省精品課程《金屬塑性成形原理》負(fù)責(zé)人。}國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAFl3803、2011BAFl3807)資助。44航空制造技術(shù)-2013年第12期為解決當(dāng)前飛機(jī)壁板類(lèi)組件裝配工裝重構(gòu)性弱、定位精度低，通用性差及卡板依賴(lài)性強(qiáng)等問(wèn)題，本文根據(jù)機(jī)身壁板的結(jié)構(gòu)，分析其裝配需求，采用N-2-1的定位方法，研制了面向機(jī)身壁板的數(shù)字化柔性裝配工裝。飛機(jī)裝配具有零件形狀復(fù)雜、氣動(dòng)外形要求嚴(yán)格及精度要求高等特點(diǎn)，必須使用大量的工藝裝配型架

3、(簡(jiǎn)稱(chēng)工裝)來(lái)保證裝配質(zhì)量?。壁板類(lèi)組件是構(gòu)成飛機(jī)氣動(dòng)外形的主要結(jié)構(gòu)件，具有尺寸大、剛度低、制造和裝配精度高等特點(diǎn)，其裝配精度直接影響后續(xù)機(jī)身、機(jī)翼部裝和總裝的裝配質(zhì)量，是保證飛機(jī)裝配精確的基礎(chǔ)‘2卅。針對(duì)壁板類(lèi)組件的裝配，國(guó)外多采用多點(diǎn)陣真空吸盤(pán)柔性工裝，采用“N一2—1”的定位方法，通過(guò)控制吸盤(pán)的三維移動(dòng)定位，生成與壁板組件曲面完全符合并且分布均勻的吸附點(diǎn)陣，從而精確可靠地定位和夾持壁板[5-9]o目前，國(guó)內(nèi)在實(shí)際生產(chǎn)中仍然大量使用“一對(duì)一”式的傳統(tǒng)剛性工裝，采用卡板以?xún)?nèi)／外形定位的方式定位壁板組件，每套壁板組件對(duì)應(yīng)的工裝都需

4、單獨(dú)設(shè)計(jì)制造，工裝缺乏對(duì)壁板產(chǎn)品變化的快速響應(yīng)能力，工裝制造成本高、準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、誤差累積較大【3卅。針對(duì)這一問(wèn)題，柔性壁板裝配工裝在現(xiàn)實(shí)中已經(jīng)得到初步應(yīng)用呷。151：王亮等[101提出了一種卡板定位支點(diǎn)可重構(gòu)的數(shù)控柔性多點(diǎn)型架的方法，通過(guò)移動(dòng)卡板裝配點(diǎn)位置，結(jié)合可更換的卡板，實(shí)現(xiàn)在飛機(jī)裝配中一個(gè)型架用于多種壁板類(lèi)組件的裝配模式，但其仍采用大量外形卡板的定位方式，延續(xù)的仍是傳統(tǒng)剛性工裝的設(shè)計(jì)思路，當(dāng)產(chǎn)品對(duì)象更改時(shí)，更換后的卡板工作外形安裝精度難以保證，裝配準(zhǔn)確度較低；李東升等【l”描述了一種行列吸盤(pán)式壁板裝配柔性工裝，工裝中的每個(gè)吸

5、盤(pán)在電機(jī)控制下能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維的精確定位，構(gòu)成不同外形點(diǎn)陣可滿(mǎn)足對(duì)各種外形壁板的吸附定位。雖然不再使用卡板定位，能夠滿(mǎn)足數(shù)字化、柔性化裝配要求，但結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，制柔性工裝技術(shù)造安裝困難，另外，x和Z向移動(dòng)通過(guò)同步帶傳動(dòng)，導(dǎo)致外廓尺寸較大，同時(shí)同步帶齒易折斷、磨損，需經(jīng)常更換。Lu【l41、陸俊百¨51等對(duì)用于飛行器薄壁件柔性工裝定位陣列優(yōu)化自動(dòng)生成進(jìn)行研究，通過(guò)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，采用“N一2—1”的定位方法，解決了工裝定位曲面的快速生成和相應(yīng)的優(yōu)化控制等關(guān)鍵技術(shù)，已應(yīng)用于大型薄壁件的加工。為解決當(dāng)前飛機(jī)壁板類(lèi)組件裝配工裝重構(gòu)

6、性弱、定位精度低、通用性差及卡板依賴(lài)性強(qiáng)等問(wèn)題，本文根據(jù)機(jī)身壁板的結(jié)構(gòu)，分析其裝配需求，采用“N一2—1”的定位方法，研制了面向機(jī)身壁板的數(shù)字化柔性裝配工裝。通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)承載立柱，采用專(zhuān)用定位器夾持壁板邊界，由多個(gè)真空吸盤(pán)吸附壁板內(nèi)表面，并使用PLC+IPC(可編程控制器+工業(yè)計(jì)算機(jī))的控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)調(diào)整定位器和吸盤(pán)的定位布局，實(shí)現(xiàn)了機(jī)身壁板裝配的數(shù)字化和柔性化。機(jī)身壁板裝配需求分析機(jī)身壁板主要由蒙皮、長(zhǎng)桁等弱剛性薄壁件組成，按照特定的位置關(guān)系鉚接成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。蒙皮作為壁板的主要構(gòu)件，為剛性較差的彈性薄壁件，具有尺

7、寸大、形狀復(fù)雜及易變形的特點(diǎn)，需用定位器保持其外形輪廓；長(zhǎng)桁一般為“z”形或“J”結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)桁外形面及蒙皮上取預(yù)裝配孑L，按裝配孑L沿蒙皮母線(xiàn)方向定位裝配[I-310結(jié)合數(shù)字化、柔性化裝配的要求，使用數(shù)字量的尺寸與形狀傳遞方式，采用鉆孑L機(jī)器人完成蒙皮與長(zhǎng)桁的制孔，實(shí)現(xiàn)不同曲率機(jī)身壁板對(duì)象組成零件的預(yù)裝配定位工作，以保證飛機(jī)壁板的高精度裝配要求，文中根據(jù)機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)不同壁板定位布局的快速轉(zhuǎn)換，滿(mǎn)足不同壁板的定位需求，機(jī)身壁板組件柔性裝配需求如下：(1)根據(jù)壁板在工裝中定位完成后，采用鉆孔機(jī)器人完成蒙皮與長(zhǎng)桁制孑L時(shí)的開(kāi)

8、敞性需求，需以蒙皮內(nèi)形為裝配基準(zhǔn)，采用內(nèi)定位的裝配定位方式。(2)為滿(mǎn)足壁板在工裝上定位的穩(wěn)定性，采用“N一2—1”的定位方法(壁板內(nèi)表面由多個(gè)蒙皮內(nèi)形定位點(diǎn)進(jìn)行精確定位，壁板下側(cè)水平邊界由兩個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行定位，壁板豎直邊界由一個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行定位)，在