面向機身柔性裝配的在線編程技術.pdf

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1、2015年4月第41卷第4期北京航空航天大學學報JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2015V01．41No．4http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0256面向機身柔性裝配的在線編程技術武鋒鋒，李東升+，王亮(北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京100191)摘要：為滿足機身數(shù)字化裝配的“一架多型”和“一架多態(tài)”深層次柔性需求，使“橋架式”柔性工裝具有更好的自主適應能力，必須建立相應的

2、運動學模型，通過在線編程技術合理地規(guī)劃運動控制策略．針對機身定位形式與柔性工裝特點建立了柔性工裝運動學模型，研究了基于仿真模型的在線編程原理、裝配基準點構建方式和運動控制策略規(guī)劃技術，提出了結構功能結合工藝需求驅動的仿真環(huán)境創(chuàng)建方法．為快速生成運動控制指令，開發(fā)了面向機身柔性裝配的在線編程系統(tǒng)．以某飛機后機身裝配為例，驗證了系統(tǒng)的精準性、高效性和超強自主適應能力．關鍵詞：機身；柔性裝配；在線編程；自主適應；運動學模型；仿真中圖分類號：V262．1文獻標識碼：A文章編號：1001—5965(2015)04-0641-08隨著飛機設計中對整體結構的采用?，傳統(tǒng)剛性工裝很難適應結構件本

3、身的制造差異，會產生不可忽視的有害裝配應力，影響裝配質量．柔性制造系統(tǒng)基于具體的工藝需求，通過一定的算法獲取調控指令，引導控制系統(tǒng)將定位器平穩(wěn)、精確地重構到指定位置，可適應這種差異性，實現(xiàn)對裝配件的合理定位與夾緊¨。．從現(xiàn)有成果來看，國內對于壁板組件¨?、前襟翼小部件"1裝配、總裝調姿∞剖與對接∽1數(shù)字化柔性裝配系統(tǒng)的研究較為成熟，柔性化主要體現(xiàn)在兩方面：①快速響應產品變化的能力；②夾緊定位結構的應變能力¨?．調形重構僅僅發(fā)生在工裝準備期間或部件調姿階段，裝配工作一旦開展，柔性工裝定位器就不再運動，與剛性工裝無異，不具備對裝配過程中不同裝配狀態(tài)的適應性．機身裝配過程中，對象結構復

4、雜、待裝配件成百上千、工藝涉及內容繁多且裝配現(xiàn)場環(huán)境多變，因此機身數(shù)字化柔性工裝對裝配狀態(tài)適應性的要求更為突出，國內外對機身類大部件數(shù)字化柔性裝配方面的研究非常有限．文獻[11—13]研究的部件柔性裝配平臺可根據(jù)實際需求，基于測量系統(tǒng)反饋的柔性模塊“六足(Hexapods)”頂板位置數(shù)據(jù)，通過專用算法獲得六足各腿的相對調形量，引導專用接頭運動到位，可適應定位件的差異，但沒有對裝配狀態(tài)的適應性進行進一步相關研究．國內郭洪杰等¨4‘1糾針對飛機快速研制期間工裝準備的短周期、低成本特征，研發(fā)了“橋架式”機身部件柔性工裝，具備與型號的“一對多”及與裝配狀態(tài)的“一對多”特性，但卻沒有對這一

5、特性進行詳細研究．本文從算法編程角度研究了“橋架式”柔性工裝對產品、環(huán)境、裝配狀態(tài)等的自主適應性能，基于柔性工裝運動學模型，分析了面向機身柔性裝配的在線編程技術，并通過構建面向在線編程收稿日期：2014-05-08；錄用日期：2014-08-25；網絡出版時間：2014-10—3011：03網絡出版地址：WWW．cnki．net／kems／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0256．html基金項目：國防基礎科研資助項目作者簡介：武鋒鋒(1983一)，女，山西洪洞人，博士生，wffqll00@163．corn}通訊作者：李東升(1965一)，男，甘

6、肅靜寧人，教授，lidongs@buaa．edu．cn，主要研究方向為現(xiàn)代飛機制造工藝與先進裝備、航空鈑金數(shù)字化制造與鈦合金構件精密成形技術和超大型曲面的超精密柔性成形制造理論與應用技術．引用格式：武鋒鋒，李東升，王亮．面向機身柔性裝配的在線編程技術UJ．北京航空航天大學學報，2015，4J(4)：641-648．WuFF，LiDS．WangL，Onlineprogrammingtechniquefortlexibleassemblyoffuselage【j]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，

7、41“)：641—648(inChinese)．642北京航空航火大學學報仿真環(huán)境增強了編程效率與規(guī)范性．以某機型后機身部件裝配過程為例，驗證了所開發(fā)系統(tǒng)的有效性及適應性．柔性工裝調形運動原理1．1機身數(shù)字化柔性工裝特點機身屬于大部件范疇，對工裝的適用性和開敞性要求更為嚴格．首先，機身裝配包含兩個基本裝配狀態(tài)：骨架裝配狀態(tài)和壁板裝配狀態(tài)，兩個狀態(tài)對工裝有不同的定位及夾緊要求．其次，在工藝與工裝設計合理性驗證的仿真中，由于機身結構復雜且待裝配件眾多，幾乎不可能將所有標準件及一些細小