飛機(jī)薄壁組件數(shù)字化柔性裝配研究

劉衛(wèi)東　廣 偉　姚 展（中航飛機(jī)股份有限公司漢中飛機(jī)分公司，陜西　漢中　723213）

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飛機(jī)薄壁組件數(shù)字化柔性裝配研究

劉衛(wèi)東廣 偉姚 展
（中航飛機(jī)股份有限公司漢中飛機(jī)分公司，陜西漢中723213）

摘要：現(xiàn)有的飛機(jī)裝配工裝仍沿用專用裝配型架裝配飛機(jī)組件，是制約飛機(jī)研發(fā)、制造，增加資源耗費(fèi)，裝配效用亟待提高。當(dāng)前，飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)及制造、裝配工裝定位柔性化、裝配工裝裝夾柔性化等柔性裝配基礎(chǔ)技術(shù)已基本成熟，飛機(jī)柔性化裝配系統(tǒng)構(gòu)建正當(dāng)其時(shí)。飛機(jī)薄壁組件樣式繁多、數(shù)量龐大，裝配難度相對(duì)較大，但曲面連續(xù)性好，裝配工藝大同小異，數(shù)字量少，為柔性化裝配創(chuàng)造了條件，是飛機(jī)柔性化裝配重要突破口。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化柔性裝配；飛機(jī)制造；薄壁組件

柔性化裝配是基于數(shù)字化、自動(dòng)化技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種裝配制造技術(shù)，具有敏捷度高、精確、快速、高效等優(yōu)點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)的人工或自動(dòng)裝配，可靠性強(qiáng)、成本相對(duì)較低、裝配速度快，是未來(lái)裝配制造領(lǐng)域的的核心技術(shù)。飛機(jī)裝配是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程，耗時(shí)長(zhǎng)、成本高，一條裝配系統(tǒng)適應(yīng)性長(zhǎng)，無(wú)法滿足多型號(hào)飛機(jī)的裝配，裝配已成為制約飛機(jī)制造行業(yè)的重要瓶頸。在此背景下，飛機(jī)柔性化裝配應(yīng)運(yùn)而生，其主要通過(guò)一套裝配工裝完成多個(gè)產(chǎn)品裝配的制造技術(shù)，極大的拓展了裝配工裝的適應(yīng)性，提高了生成效率。飛機(jī)薄壁組件幾乎覆蓋機(jī)體全身，樣式繁多，且數(shù)量龐大，對(duì)裝配水平提出了更高的要求。當(dāng)前，數(shù)字化技術(shù)飛速發(fā)展，日新月異，充分的挖掘數(shù)字化柔性裝配在飛機(jī)薄壁組件中的應(yīng)用價(jià)值非常必要。本次研究試探討當(dāng)前飛機(jī)薄壁組件數(shù)字化柔性裝配現(xiàn)狀，并提出展望。

1 飛機(jī)柔性化裝配

1.1 飛機(jī)裝配

當(dāng)前，全世界飛機(jī)生產(chǎn)廠商數(shù)量仍十分有限，現(xiàn)仍在生產(chǎn)的飛機(jī)型號(hào)也較少，飛機(jī)制造從某種程度上說(shuō)是一種壟斷行業(yè)。各國(guó)飛機(jī)裝配仍普遍采用專用裝配型架裝配飛機(jī)組件，即依據(jù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)模型，結(jié)合CAD等手段，通過(guò)數(shù)字量協(xié)調(diào)傳遞線路，按照指定的路線、程序進(jìn)行部件裝配。在研發(fā)一種新的飛機(jī)后，需要新研發(fā)一套裝配架，或?qū)υ械难b配架進(jìn)行重大調(diào)整，這一過(guò)程十分漫長(zhǎng)，直接影響新型飛機(jī)的研制。鑒于此，許多發(fā)達(dá)國(guó)家致力于研發(fā)一種柔性專配，多點(diǎn)陣成形真空吸附式萬(wàn)能柔性工裝系統(tǒng)是當(dāng)前一款比較成熟的系統(tǒng)，其主要通過(guò)模塊化的陣列組成，通過(guò)數(shù)字化調(diào)整，以分布陣列上的吸附點(diǎn)，滿足不同型號(hào)產(chǎn)品的鉆孔、連接等裝配工作。該系統(tǒng)并非飛機(jī)裝用裝配架，還被廣泛用于汽車、輪船等工業(yè)品制造。X-35是洛克希德·馬丁飛機(jī)制造公司研發(fā)創(chuàng)造的一種專用的龍門(mén)鉆削系統(tǒng)，極大的節(jié)省了人力，縮短了裝配之間。

1.2 飛機(jī)柔性化裝配基礎(chǔ)儲(chǔ)備

目前尚無(wú)專門(mén)針對(duì)飛機(jī)薄壁組件裝配的柔性裝配系統(tǒng)，但從現(xiàn)有的其他領(lǐng)域柔性裝配工藝來(lái)看，飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)及制造、裝配工裝定位柔性化、裝配工裝裝夾柔性化、適合裝配工裝尺寸調(diào)整的柔性化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)雜曲面數(shù)字識(shí)別、自動(dòng)鉆孔、多軸系統(tǒng)控制、自動(dòng)鉚接技術(shù)等技術(shù)已基本成熟，為飛機(jī)柔性裝配系統(tǒng)的構(gòu)建提供了可能。

1.3 飛機(jī)柔性化裝配需解決的問(wèn)題

1.3.1 數(shù)字量協(xié)調(diào)

前文提到，數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是飛機(jī)柔性化裝配的基礎(chǔ)，數(shù)模的構(gòu)建是開(kāi)展裝配的依據(jù)，數(shù)據(jù)還是開(kāi)展柔性化裝配的標(biāo)準(zhǔn)，柔性化裝配其本身便是依據(jù)數(shù)字量開(kāi)展機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。數(shù)字化統(tǒng)一了裝配過(guò)程所需要的控制量，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建提供了條件。飛機(jī)的柔性化裝配不僅僅是原有的裝配工藝與工裝結(jié)合，而是對(duì)計(jì)算機(jī)、電子、制造等多個(gè)學(xué)科的綜合化集成。

1.3.2 分離面劃分

飛機(jī)的分離面分為設(shè)計(jì)與工藝分離面，前者是指可拆卸部件之間的分離面，是方便制造、裝配的單元分離面。分離面的構(gòu)建對(duì)于飛機(jī)柔性裝配具有重要意義，理想的分離面構(gòu)建應(yīng)規(guī)范、便捷、通用，這一定程度上要求飛機(jī)設(shè)計(jì)者在飛機(jī)設(shè)計(jì)之處便充分考慮柔性配裝問(wèn)題，設(shè)計(jì)需要符合現(xiàn)有的分離面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以保證配裝過(guò)程中的承重托點(diǎn)、定位銷坐標(biāo)可算。

1.3.3 柔性連接、定位于夾緊問(wèn)題

飛機(jī)是一種復(fù)雜的高科技產(chǎn)品，且不同于汽車等工業(yè)產(chǎn)品，保密性非常嚴(yán)格，當(dāng)并無(wú)飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化配裝與設(shè)計(jì)平臺(tái)，一定程度上限制了配裝工裝通用化。但飛機(jī)場(chǎng)內(nèi)部可設(shè)立復(fù)合自身設(shè)計(jì)特色的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前飛機(jī)柔性連接、定位和夾緊標(biāo)準(zhǔn)目前還處于探索階段。

2 數(shù)字化柔性裝配在飛機(jī)薄壁組件裝配中的應(yīng)用

飛機(jī)薄壁組件幾乎覆蓋機(jī)體全身，樣式繁多，且數(shù)量龐大，主要由鋁制，質(zhì)量輕且薄，裝配難度相對(duì)較大。但不同于飛機(jī)內(nèi)部組件，其曲面連續(xù)性好，裝配工藝大同小異，數(shù)字量少，柔性化裝配需重點(diǎn)應(yīng)在于準(zhǔn)確的定位曲面上的點(diǎn)。飛機(jī)薄層曲面多采用貝齊埃曲線擬合。誓將Ai，j作為空間定位點(diǎn)，則可表示為Ai，j（X，Y，Z，ny），X、Y、Z為點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，ny為點(diǎn)的空間法矢量，任意點(diǎn)的位置變量主要為曲面零件厚度、裝配調(diào)節(jié)、裝配工裝，據(jù)此我們可以計(jì)算曲面上任意一點(diǎn)的數(shù)值。定位點(diǎn)越多，則裝配越精確，但與此同時(shí)工作了越大，可供裝配的空間也越小。零件的曲面形狀是已知的，采用柔性裝配即將曲面上的點(diǎn)輸入至裝配控制程序，后者定位裝配機(jī)械，使其運(yùn)動(dòng)到想要的位置，進(jìn)行操作。當(dāng)裝配的薄層變化時(shí)，只需要重新定位，便可以調(diào)整柔性架裝配位置，滿足裝配需要。

3 展望

柔性化裝配是解決當(dāng)前飛機(jī)研制時(shí)間耗時(shí)長(zhǎng)、資金耗費(fèi)巨大的重要途徑，其不僅可用于飛機(jī)研制，在其他復(fù)雜工業(yè)制成品制造領(lǐng)域也有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ梢哉f(shuō)是未來(lái)機(jī)械產(chǎn)品制造的核心技術(shù)。當(dāng)前，應(yīng)以技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較小的薄層裝配為突破口，集成現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建成熟的柔性化裝配工裝體系。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：V415

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