機(jī)身部件柔性裝配工裝的調(diào)型技術(shù)研究

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1、．．jiI監(jiān)叢E巡ylE巡巳Q!邕工機(jī)身部件柔性裝配工裝的調(diào)型技術(shù)研究冰崔兆杰，金朝海，武鋒鋒，王亮(北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，北京100191)I摘要l針對(duì)機(jī)身部件“以骨架為基準(zhǔn)”的裝配特點(diǎn)，確定柔性工裝的總體結(jié)構(gòu)為橋架式，-H-曼'1分了功能模塊，研究了設(shè)備的“串一并”混合型調(diào)型模式一基于機(jī)型與裝配狀態(tài)不同，提出兩類調(diào)型需求，分析基于測(cè)量反饋的調(diào)型數(shù)據(jù)傳遞流后，開發(fā)了專用規(guī)劃仿真軟件一應(yīng)用表明，該調(diào)型方法可以輔助橋架式柔性工裝穩(wěn)定、可靠地完成調(diào)型運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞：機(jī)身裝配；柔性工裝；模塊劃分；調(diào)型技術(shù)DOI：10．160

2、80／j．issnl671-833x．20l6．17．056崔兆杰碩士．畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)航空宇航制造工程專業(yè)．現(xiàn)為中航工業(yè)北京航空制造工程研究所工程師．從事飛機(jī)機(jī)械連接技術(shù)研究工作。}基金項(xiàng)目：國防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目(A0520110016)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51205014)：國際科技合作項(xiàng)目(2010DFB73280)。56航窄制造技術(shù)·2016年第17期飛機(jī)裝配過程中使用大量不同類型的裝配型架用以保證產(chǎn)品的尺寸、形狀及各零部件的相對(duì)位置，滿足產(chǎn)品對(duì)準(zhǔn)確度及協(xié)調(diào)互換的要求【ll。在傳統(tǒng)的飛機(jī)制造業(yè)中，飛機(jī)裝配T裝主要采用的

3、是一對(duì)一剛性專用模式，體型龐大、零組件需要定制、結(jié)構(gòu)不具備重構(gòu)性，其制造與生產(chǎn)均費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。目前，發(fā)展迅速的數(shù)字化柔性裝配T裝基于其可重構(gòu)與柔性的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)并行設(shè)計(jì)中飛機(jī)后期改型的需要，提高T裝利用率，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約研制費(fèi)用和縮短研制周期的目的。柔性工裝的基本特征為可調(diào)型重構(gòu)，即可以根據(jù)待裝配飛機(jī)產(chǎn)品的不同，在一定的范圍內(nèi)合理地調(diào)節(jié)具有定位功能的構(gòu)件，將與產(chǎn)品發(fā)生直接接觸的工作部位移動(dòng)至指定的方向和位置【2I。依據(jù)設(shè)計(jì)過程是否需要關(guān)聯(lián)裝配對(duì)象的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，柔性_T裝可劃分為僅需設(shè)計(jì)概念的通用結(jié)構(gòu)部分和必須關(guān)聯(lián)最終設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的專用結(jié)構(gòu)部

4、分【3】。專用結(jié)構(gòu)一般為基于產(chǎn)品裝配特征的專用接頭，依附于通用結(jié)構(gòu)上，隨通用結(jié)構(gòu)的重構(gòu)改變其位置或姿態(tài)，滿足不同產(chǎn)品的裝配需求。通用結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分為主體支撐與調(diào)型機(jī)構(gòu)兩部分，文獻(xiàn)『4-6]研究了具有低成本與短準(zhǔn)備周期特點(diǎn)的柔性工裝，主體支撐為包含若干個(gè)“箱式接頭(Box—joint)”的模塊化鋼構(gòu)架，在工裝調(diào)型過程中起支撐調(diào)型機(jī)構(gòu)的作用，保證調(diào)型運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)進(jìn)行，調(diào)型機(jī)構(gòu)是被稱為“六足(Hexapods)”的柔性模塊。數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得“六足(Hexapods)”頂板部件的位置數(shù)據(jù)，反饋至專用計(jì)算程序中，專用計(jì)算程序根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)型需求，進(jìn)

5、一步分析、計(jì)算，獲得“六足”各腿的相對(duì)調(diào)整量，“六足”模塊調(diào)整并帶動(dòng)專用接頭運(yùn)動(dòng)到位，完成重構(gòu)任務(wù)。目前，國內(nèi)也開始應(yīng)用將柔性工裝分為通用結(jié)構(gòu)與專用接頭兩部分的理念口1研制柔性工裝，對(duì)機(jī)身部件柔性T裝機(jī)械與控制系統(tǒng)也進(jìn)行了部分探索性研究嬋】，但尚無關(guān)于調(diào)型技術(shù)的系統(tǒng)、深入研究。本文針對(duì)半硬殼式結(jié)構(gòu)機(jī)身部件的裝配特征，以“橋架式”數(shù)字化柔性工裝為對(duì)象．結(jié)合工裝結(jié)構(gòu)的功能模塊劃分和設(shè)備的“串一并”混合調(diào)型模式，研究了基于測(cè)量反饋的閉環(huán)調(diào)型原理，給出相應(yīng)的調(diào)型數(shù)據(jù)傳遞流，并開發(fā)出專用計(jì)算軟件，保證了柔性_丁裝應(yīng)用過程中調(diào)型運(yùn)動(dòng)的順利實(shí)現(xiàn)。

6、柔性工裝工作原理現(xiàn)代軍用飛機(jī)的機(jī)身一般采用傳統(tǒng)的半硬殼式結(jié)構(gòu)

7、9l，以骨架為基準(zhǔn)進(jìn)行裝配。利用裝配工裝定位加強(qiáng)框與邊梁，按照直接裝配法(Par!一to—Part)，隔板、長桁與龍骨等縱向受力件以框?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行定位，裝配形成機(jī)身段骨架。最后壁板蒙皮基于骨架表面進(jìn)行定位，連接裝配成整體機(jī)身部件。綜合分析機(jī)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、裝配順序、產(chǎn)品的定位要求與協(xié)調(diào)關(guān)系等，結(jié)合我國飛機(jī)裝配現(xiàn)狀，確定柔性T裝的總體結(jié)構(gòu)形式為橋架式。1功能模塊劃分橋架式柔性裝配工裝的通用結(jié)構(gòu)即工裝設(shè)備，在確定裝配對(duì)象的基本要求例如裝配總重量、尺寸范同等之后就可以展開研制工作，與

8、具體裝配對(duì)象的關(guān)聯(lián)度不高，隨裝配對(duì)象更換而改變的僅是其部分零組件的空間位置，零組件的幾何外形不變。工裝系統(tǒng)與裝配對(duì)象發(fā)生直接接觸的構(gòu)件為其專用結(jié)構(gòu)，需要在產(chǎn)品所有細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)完成后才能開展設(shè)計(jì)與制造工作，隨裝配對(duì)象更換而改變其空間位置和幾何外形。專用結(jié)構(gòu)作為一個(gè)獨(dú)立的模塊依據(jù)決定性裝配方法(DeterminantAssembly或DeterminateAssembly)，通過十字轉(zhuǎn)接件陰、陽模的配合與通用設(shè)備的定位立柱連接在一起，便于專用模塊的快速更換。根據(jù)是否參與調(diào)型運(yùn)動(dòng)，柔性工裝設(shè)備分為主體支撐和調(diào)型構(gòu)件兩大主要模塊

9、lo】。主體支

10、撐模塊南一個(gè)靜態(tài)框架和四根起導(dǎo)向作用的靜橫梁組成，在工裝的調(diào)型運(yùn)動(dòng)過程中保持靜止，支撐調(diào)型構(gòu)件，確保調(diào)型操作的平穩(wěn)運(yùn)行。調(diào)型構(gòu)件模塊包括動(dòng)橫梁和定位立柱兩類子模塊，按裝配需求，T裝上、下各分布一層，每層動(dòng)橫梁均裝配于兩根靜橫梁上，定位