機(jī)身部件數(shù)字化柔性裝配技術(shù)

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1、髫譴坻一—一。．一一一。。；參——DigitalAssemblyTechnologyforLargeAircraft釤論壇F。RuMDigitalandFlexibleAssemblyTechnologyforFuselage北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院翟雨農(nóng)李東升王亮中航工業(yè)北京航空制造工程研究所張書生鄒方中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司郭洪杰馮子明—j翟雨農(nóng)北京航空航天大學(xué)博士研究生。研究方向?yàn)轱w機(jī)柔性裝配技術(shù)。飛機(jī)機(jī)身部件裝配是根據(jù)尺寸協(xié)調(diào)原則，將框、桁梁、壁板、隔板及各類角片按

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行組合、連接的過程。其裝配過程主要包括骨架裝配、部件總裝、外形檢查等。機(jī)身部件裝配精度直接影響后續(xù)大部件對接的裝配質(zhì)量，是保證飛機(jī)產(chǎn)品裝配精度的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前國內(nèi)航空工業(yè)在機(jī)身部件裝配中，仍主要采用傳統(tǒng)的裝配模％國防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目(A0520110016)、國際科技合作項(xiàng)目(2010DFB73280)資助。76航空制造技術(shù)·2013年第1／2期本文根據(jù)某飛機(jī)后機(jī)身部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，立足于國內(nèi)機(jī)身部件裝配現(xiàn)狀。設(shè)計確定了其數(shù)字化柔性裝配工裝的結(jié)構(gòu)形式，研究了其數(shù)字化裝配工藝過程，分析了數(shù)字化激

3、光測量系統(tǒng)在其裝配過程中的應(yīng)用方法。并對以上內(nèi)容進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。式。工藝設(shè)計仍沿襲“設(shè)計一制造一評價”和“實(shí)物驗(yàn)證”這一傳統(tǒng)模式【l】，因而難以避免在實(shí)際裝配過程中出現(xiàn)大量工藝問題。裝配工裝仍采用“專架專用”的剛性工裝，其數(shù)字化、自動化程度低，缺乏對機(jī)身產(chǎn)品變化的快速響應(yīng)能力，導(dǎo)致飛機(jī)制造成本高，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，企業(yè)生產(chǎn)效益低圓。部件裝配過程的i貝0量和檢驗(yàn)仍采用常規(guī)光學(xué)儀器和模擬量形式的標(biāo)準(zhǔn)樣件【3]，其測量準(zhǔn)確度和檢驗(yàn)精度差、效率低。隨著國內(nèi)飛機(jī)制造業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)身部件裝配模式的弊端愈加

4、突出，已難以滿足新一代飛機(jī)的研制生產(chǎn)要求，亟需發(fā)展應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)來提高機(jī)身部件的裝配技術(shù)水平。本文根據(jù)某飛機(jī)后機(jī)身部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，立足于國內(nèi)機(jī)身部件裝配現(xiàn)狀，設(shè)計確定了其數(shù)字化柔性裝配工裝的結(jié)構(gòu)形式，研究了其數(shù)字化裝配工藝過程，分析了數(shù)字化激光測量系統(tǒng)在其裝配過程中的應(yīng)用方法，并對以上內(nèi)容進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。后機(jī)身部件結(jié)構(gòu)及裝配特點(diǎn)分析現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)身大多為半硬殼式結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)由加強(qiáng)框、桁梁、隔板、壁板等組件組成，各組件具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)剛性和工藝剛性。圖1為某型飛機(jī)后機(jī)身部件。該后機(jī)身包括發(fā)動機(jī)艙及左右

5、兩側(cè)尾梁，由4個“眼鏡式”鈦合金加強(qiáng)框構(gòu)成主承力構(gòu)件，其中包括與機(jī)翼、尾翼相連的交點(diǎn)框；加強(qiáng)框之間的桁梁是后機(jī)身的主要縱向受力骨架，為后機(jī)身的縱向分離面提供支持；壁板則是構(gòu)成后機(jī)身氣動外形的主要結(jié)構(gòu)件【4】。由后機(jī)身部件結(jié)構(gòu)可知，其包含的組件及板件數(shù)量多，外形復(fù)雜，協(xié)DigilaIAss。。blyTe。hnologyforLarg。觚砷大飛機(jī)數(shù)字化裝配技爿圖1某型飛機(jī)后機(jī)身部件調(diào)環(huán)節(jié)多。后機(jī)身部件裝配特點(diǎn)如下：(1)以骨架外形為裝配基準(zhǔn)，先形成剛性骨架，再進(jìn)行壁板總裝，誤差積累是“由內(nèi)向外”，其中

6、骨架裝配的關(guān)鍵在于加強(qiáng)框的定位。(2)定位方法主要采用DA孔定位、裝配工裝定位以及基準(zhǔn)零件特征定位。其中主承力構(gòu)件通過工裝結(jié)合定位孔定位。(3)連接方式以鉚接為主，連接工作繁雜，局部有密封要求。(4)為保證裝配精度和準(zhǔn)確度，各重要部位在上架定位后需進(jìn)行精加工。(5)裝配過程中存在強(qiáng)迫裝配，導(dǎo)致機(jī)身部件的裝配應(yīng)力較大。為避免機(jī)身部件出現(xiàn)錯位甚至變形，要遵循“同一時間與機(jī)身保持連接的定位、夾緊元件盡量多”的原則。面向后機(jī)身部件數(shù)字化裝配的柔性工裝根據(jù)后機(jī)身部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，面向其數(shù)字化、柔性化裝配要求，基

7、于柔性工裝技術(shù)，設(shè)計確定了后機(jī)身部件柔性裝配工裝的結(jié)構(gòu)。1后機(jī)身部件柔性工裝原理后機(jī)身部件柔性工裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，其是在傳統(tǒng)機(jī)身部件裝配工裝的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，融合柔性工裝技術(shù)的思想而設(shè)計完成的。柔性工裝的基本原理是將原本固定的橫梁、支臂及定位、夾緊元件可移動化，將每一個定位、夾緊元件都視作一個獨(dú)立的模塊，通過增加或減少橫梁及支臂的數(shù)量和更換不同形式的定位、夾緊模塊，來實(shí)現(xiàn)工裝的“一架多用”功能，即柔性。2后機(jī)身部件柔性工裝結(jié)構(gòu)工裝結(jié)構(gòu)主要由框架、橫梁及定位器構(gòu)成，采用多梁式的組合式骨架形式，如圖2所示

8、。骨架由底座、立柱、縱向(y向)導(dǎo)軌梁、橫向(x向)導(dǎo)軌梁、定位器支臂等模擬化元件所組成。在工裝兩側(cè)立柱的頂端和底端沿縱向共設(shè)置4根導(dǎo)軌梁，并固連于立柱底座。上、下橫梁架于兩側(cè)縱梁之間，在伺服電機(jī)驅(qū)動下沿縱梁導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)y向移動。每根橫梁上布置若干個定位器支臂，在伺服電機(jī)驅(qū)動下可分別沿橫梁導(dǎo)軌及自身上下導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)x向和z向移動。定位、夾緊模塊(如圖3所示)通過各種形式的定位孔連接在支臂靠近機(jī)身產(chǎn)品的一端。因此，隨著電機(jī)驅(qū)動橫梁及支臂沿導(dǎo)軌移動，定位、夾緊模塊可以實(shí)現(xiàn)空間三維的移動。通過改