探討飛機前機身柔性裝配平臺控制系統設計

劉敏

摘 要：本文首先簡潔性介紹了飛機前機身柔性裝配技術的重要意義，其次概括性地闡述了飛機前機身柔性裝配平臺的機械結構、運行原理及其控制系統設計，最后運用三坐標測量機對某飛機前機身柔性裝配平臺單元進行精度檢測、數據分析與總結，表明其控制系統達到了裝配平臺的功能性及精度要求。

關鍵詞：飛機前機身；柔性裝配；控制系統

隨著我國機械制造業的快速發展，飛機的生產制造對其裝配方法的要求越來越高，生產周期短、制造成本低且能適應多種飛機型號的研究、開發與制造要求，對飛機柔性裝配技術的需求也越來越高。很多發達國家（如波音、空客）已加快了對飛機柔性裝配技術的發展步伐，且在各類新型飛機的研發與制造中，有了明顯的成效。由此說明，飛機柔性裝配技術能有效地提升飛機裝配質量與效率，縮短研發制造的周期，降低生產制造成本，對數字化柔性裝配技術的深入研討具有重要意義。

1.飛機前機身柔性裝配平臺的機械結構及其運行原理

1.1機械結構

柔性裝配平臺控制系統的機械結構主要包括底座、滑座部件、箱體部件、立柱部件、伸縮臂、滾珠絲杠、直線導軌及伺服電機等部件。其中，伸縮臂的前端需安裝真空吸盤，用于吸附飛機曲面壁板件；在運行過程中，電機帶動安裝在底座的絲杠，絲杠帶動安裝在滑座部件上的絲杠螺母與滑塊，使得滑座沿正確的方向運轉；電機帶動安裝在滑座上的絲杠，絲杠再帶動安裝在箱體部件中的絲杠螺母與滑塊件，使得立柱向正確的方向運動?？梢钥闯?，運動部件與控制的電機數量較大，需實現不同電機之間的同步運行，其復雜的運行方式是柔性裝配平臺控制系統的難點。

1.2 運行原理

通過上位機發送運行指令給柔性裝配平臺控制系統，使得系統實現：①通過原點回歸功能讓裝配平臺定位到原點；②通過滑座部件與伸縮臂部件的單動以及吸附定位、夾持曲面壁板件空間特征的定位點；③保持夾持狀態不變，通過各軸的同步運行來實現飛機壁板件的安裝。

2.飛機前機身柔性裝配平臺控制系統的設計

2.1 硬件構成

本控制系統采用可編程控制器實現對飛機前機身柔性裝配平臺的邏輯控制及運動控制，其主要由控制柜、六個可編程控制器、十二個伺服驅動器與伺服電機及光電接近開關等構成。

2.2 開發上位機控制軟件

在控制系統運行的過程中，上位機軟件的控制模塊通過處理基于CATIA平臺的三維數模，生成具有運動數據的控制程序代碼，并向下位機的控制模塊發送運動數據，進而使得下位機控制裝配平臺實現對壁板件的定位、吸附、夾持與安裝。上位機控制軟件的模塊主要由可視化編程與可視化控制兩部分組成。

2.3 實現下位機控制

可編程控制器作為控制系統下位機的核心模塊，在六個可編程控制器中，每個可編程控制器都要通過高速輸出點來控制兩個伺服電機和驅動器，伺服電機經過編碼器反饋數據，形成半閉環控制機制。在編寫通訊程序中，利用可編程控制器編程指令對每個可編程控制器設置通訊數據并編號，進而搭建起RS485通訊網絡。在編程控制程序中，采取模塊化編程，使得程序更為規范。最后形成控制真值表發送至上位機來進行處理，進而實現上位機對每個可編程控制器的信息交換。

3.飛機前機身柔性裝配平臺控制系統的精度測量

3.1 精度測量的方法

針對上述飛機前機身柔性裝配平臺控制系統，筆者采用基于關節臂式三坐標測量機的方法。在柔性裝配平臺控制系統中選取參照點X1，并對其測量，獲得參考照的初始位標，再測量運動后相應參照點的坐標X2等，利用Power INSPECT來分析，獲取裝配平臺運動的距離D1與D2。將測量的距離值和理論值進行比較，進而檢測定位過程的精度。

接下來就以水平軸方向滑枕A1的定位運動為例，對其進行定位運動精度測量方案的設計與測量過程的描述。運行關節臂式三坐標測量機，將水平滑枕分別返回到原點，并以安裝在滑枕側壁的金屬塊作為參考平面，并測量其坐標。通過測量參考平面上六個點來構成一個基準面，其測量數據表明該基準面的平面高度為0.009mm。然后對柔性裝配平臺進行多種運動參數的操作定位，分別檢測操作定位后基準平面空間的位標，并重復進行五次，每次均要對基準平面進行測量，測量數據分別標記為B1，B2，B3，B4，B5，三維測量軟件每計算一次定位平面與原點位標參考面之間的距離就是定位過程中柔性裝配平臺的運動距離。將Power INSPECT軟件生成的測量數據整理后，獲得測量值和理論值。

3.2 精度測量數據的分析

經綜合分析測量數據，表明前期的柔性裝配實驗平臺在水平方向的精度都小于定位精度的要求值（0.12mm），但其運動的波動數值依然較大，并在運動過程當中，出現了細微的爬行現象。因此，有必要對測量數據進行總結與分析，最終搭建起可行性較高的柔性裝配平臺控制系統。

經測量，水平方向滑枕的定位精度值均滿足其要求值（<0.12mm）。由于水平方向滑枕的運動路程相對較長，如運用滾珠絲杠的方式，因絲杠的擾度較大，不容易確保安裝過程的精度值，且較易在運動過程當中產生振動等方面的問題。由此，經過前期柔性裝配平臺的總結與分析，可以采取齒輪齒條的傳動形式來替代滾珠絲杠的傳動形式。

4.結論

綜上所述，通過利用三坐標測量機對某飛機前機身柔性裝配平臺單元進行的精度檢測，表明其控制系統達到了裝配平臺的功能性及精度要求，為深入開展飛機柔性裝配工藝技術的研究，以及對實現智能化柔性裝配生產線具有重要意義。

參考文獻：

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