飛機(jī)壁板類組件數(shù)字化裝配柔性工裝技術(shù)及應(yīng)用

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1、飛機(jī)壁板類組件數(shù)字化裝配柔性工裝技術(shù)及應(yīng)用FlexibleToolingTechnologyandApplicationforDigitalAssemblyofAircraftPanelComponent北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院王亮李東升劉鳳貴肖文磊沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司馮子明陶春君白新宇王亮北京航空航天大學(xué)博士研究生．航空宇航制造工程專業(yè)，主要從事飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)．飛機(jī)裝配數(shù)控柔性工藝裝備的研究。飛機(jī)制造過程可以分為毛坯制造、零件加工、裝配安裝和試驗(yàn)4個(gè)階段[I-2]。在一般機(jī)械制造中，裝配和安裝工作的勞動(dòng)量只占產(chǎn)品制造總勞動(dòng)量的20％左右，但在

2、飛機(jī)制造中，裝配和安裝工作的勞動(dòng)量卻占到飛機(jī)制造總勞動(dòng)量的50％～60％。58航宅制造技術(shù)·2010年第10期柔性工裝技術(shù)是基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系的可重組的模塊化、自動(dòng)化裝配工裝技術(shù)。其目的是免除設(shè)計(jì)和制造各種零部件(如壁板類、翼梁類組件，機(jī)翼、機(jī)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(zhǔn)備周期、減少生產(chǎn)用地，同時(shí)大幅度提高裝配生產(chǎn)率。因此，飛機(jī)裝配技術(shù)在飛機(jī)制造過程中占有非常重要的地位。飛機(jī)結(jié)構(gòu)不同于一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在其裝配過程中，不能單靠零件自身形狀和尺寸的加工準(zhǔn)確性來裝配合格的部件，故在飛機(jī)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(jī)產(chǎn)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(jī)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(jié)構(gòu)，其可重構(gòu)性差，裝配模式采用一個(gè)組件對(duì)應(yīng)一個(gè)型架的一對(duì)一模式。因此，對(duì)應(yīng)一個(gè)飛機(jī)產(chǎn)品，需要設(shè)計(jì)制造大量工裝，這不僅增加了飛機(jī)的制造成本，延長(zhǎng)了飛機(jī)的制造周期，而且大量的裝配型架占據(jù)了大量的廠房面積，特別是隨著越來越多新機(jī)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(shù)字化技術(shù)在飛機(jī)制造過程中越來越廣泛的應(yīng)用，以柔性1二裝技術(shù)為代表的各種數(shù)字化柔性裝配技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配技術(shù)是一種能適應(yīng)快速研制和生產(chǎn)、低成本制造要求，及設(shè)

4、備和工裝模塊化、可重組的先進(jìn)裝配技術(shù)降51。柔性裝配技術(shù)的范疇很廣，包括柔性裝配工藝技術(shù)、自動(dòng)鉆鉚工藝技術(shù)、可視化柔性裝配過程仿真技術(shù)、柔性裝配質(zhì)量控制技術(shù)、柔性裝配的精度測(cè)量技術(shù)、柔性工裝技術(shù)和柔性裝配系統(tǒng)集成控制技術(shù)等。其中，柔性工裝技術(shù)是數(shù)字化柔性裝配技術(shù)重要的組成部分。飛機(jī)數(shù)字化裝配柔性工裝技術(shù)及典型應(yīng)用柔性工裝技術(shù)是基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系的可重組的模塊化、自動(dòng)化裝配工裝技術(shù)，其目的是免除設(shè)計(jì)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(zhǔn)備周期、減少生產(chǎn)用地，同時(shí)大幅度提高裝配生產(chǎn)率州。柔性工裝技術(shù)在國(guó)外飛機(jī)的各級(jí)裝配中都得到了廣

5、泛的應(yīng)用，無論是壁板類組件的裝配，還是機(jī)身機(jī)翼等大部件的裝配，直至最終各個(gè)大部件的對(duì)接，都應(yīng)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(diǎn)陣真空吸盤式柔性裝配工裝、用于機(jī)翼翼梁和機(jī)翼壁板裝配的決定性柔性裝配工裝、用于機(jī)身部件裝配的分散式機(jī)身柔性裝配工裝，以及用于大部件對(duì)接的自動(dòng)化對(duì)接平臺(tái)等幾類。國(guó)外的飛機(jī)制造商在飛機(jī)裝配過程中通過大量應(yīng)用柔性工裝技術(shù)，大大降低了飛機(jī)的裝配制造成本，提高了生產(chǎn)效率，縮短了裝配周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。面向飛機(jī)壁板類組件裝配的柔性工裝飛機(jī)壁板類組件結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖圖2多點(diǎn)陣真空吸盤式柔性工裝形、保證定位的準(zhǔn)確性，型架結(jié)構(gòu)(如圖1所示)均采用剛性結(jié)構(gòu)，用來定位的卡板同連在型架骨架上。因此，一個(gè)型架只對(duì)應(yīng)一套卡板，從而只能適用于一個(gè)壁板組件的裝配。我國(guó)當(dāng)前的飛機(jī)壁板組件裝配還是采用這種傳統(tǒng)的裝配方式。在國(guó)外飛機(jī)壁板類組件的裝配過程中，工裝多采用多點(diǎn)陣真空吸盤式柔性工裝，如圖2所示。多點(diǎn)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(jìn)行三維移動(dòng)定位，生成與壁板組件曲面完全符合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。當(dāng)產(chǎn)品外形發(fā)生變化時(shí)，吸附點(diǎn)陣布局自動(dòng)進(jìn)行數(shù)字調(diào)整，可以適應(yīng)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(qū)動(dòng)末端執(zhí)行器，各垂直絲杠及導(dǎo)軌包含若干個(gè)末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器可成組移動(dòng)到指定位置，或根據(jù)應(yīng)用對(duì)象要求的支點(diǎn)數(shù)量以等間隔分布。圖2左圖中夾持的蒙皮為復(fù)合材料，正準(zhǔn)備移至相應(yīng)結(jié)構(gòu)部位進(jìn)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(gè)真空吸盤運(yùn)動(dòng)到精確位置，定位精度可達(dá)0．005英寸(0．127mm)。通過上述對(duì)比可以看出，多點(diǎn)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(xué)習(xí)。但在我國(guó)當(dāng)前的國(guó)情狀況下，推廣應(yīng)用這種柔性工裝還有不少阻力和困難。首先由于多點(diǎn)陣真空吸盤式柔性工裝的裝