飛機部件裝配數字化柔性工裝技術分析

李繼紅

（中航飛機西安飛機分公司，陜西 西安 710089）

飛機部件裝配數字化柔性工裝技術分析

李繼紅

（中航飛機西安飛機分公司，陜西 西安 710089）

本文對國內外的典型柔性工裝和其應用情況進行了介紹，并且分析了飛機部件裝配數字化柔性工裝技術，包括柔性工裝結構優化設計技術、柔性工裝集成控制技術、柔性工裝快速制造與數字化安裝技術以及柔性工裝仿真分析技術等。

飛機部件；數字化；柔性工裝；裝配生產線

飛機的產品通常設計較多的零部件，產品結構也十分的復雜。并且飛機產品中的零件很多尺寸都特別的大，且剛性比較差，在裝配的時候特別容易的變形，加之飛機產品協調部位多、裝配精度要求高，因而在飛機裝配過程中，采用了大量裝配工裝來保證產品裝配的準確度和協調性，對勞動條件也有一定的改善，大大的縮短了時間，讓裝配能夠更快。所以，裝配工裝對于飛機裝配而言是十分重要的。

1 飛機數字化裝配柔性工裝的技術

對于先進數字化裝配技術來說，飛機數字化裝配柔性工裝技術是其中一項十分重要的內容，使用數字化裝配柔性工裝技術，能夠大大的降低制造的成本，提高生產的效率，減少制造的周期。柔性工裝的柔性可重構功能，可以快速響應產品對象的變化，從而一套工裝可以用于多個產品的裝配，這樣使得型號研制得到了有效的滿足。柔性工裝基于數字量傳遞，讓工裝的數字化定位得到了實現，這樣讓定位更加的精準了，相比以往來說現在的進步非常的大。

根據相關的數據可以得知，很多國外的飛機都使用了柔性工裝技術，這種技術應用的非常的廣泛，概括當前國外飛機裝配中應用的柔性工裝，按其結構特征劃分，共有四種類型，分別是多點陣真空吸盤式柔性裝配工裝、分散式部件裝配柔性工裝、行列式柔性裝配工裝以及各種形式大部件自動對接平臺。

2 數字化柔性裝配工裝的構成

隨著科技的不斷發展和進步，數字化工裝技術也取得了很大的進步，現在的柔性工裝較以往已經更加多功能了，現如今可以作為測量設備來使用，它是數字化的，在柔性工作中有具有控制功能的系統，除此以外，還有許多其他的系統，這些系統包含了許多的軟件。

如果將柔性工裝系統拆開來，那么這個系統可以變為兩種系統，分別是軟件系統以及硬件系統，前者里面有著許許多度的軟件，而后者則包含了數控系統以及數字化測量設備等。

就柔性工裝系統的結構部分來說，根據功能可以分為兩個部分，分別是靜態框架以及動態模塊。前者是模塊化的框架，它的組成部分包括標準零件以及連接件組合，靜態框架對于工裝結構而言是基礎。后者是根據飛機的產品來設計的，需求不同設計也會發生改變，借助可調整轉接裝置就能夠放到靜態框架上去。以飛機壁板類產品為例，將數字化柔性裝配工裝各功能模塊進行分解，具體如圖1所示。

圖1

3 關于數字化柔性工裝的關鍵技術

對于現代柔性工裝來說，它已不僅僅像傳統專用工裝一樣是一個簡單的剛性結構工裝，而是集成了工裝結構部分、測量系統、控制系統等的綜合系統。柔性工裝涉及一系列的關鍵技術，主要包括以下幾點。

3.1 關于柔性工裝結構的優化設計技術

對于柔性工裝而言，它是一種工藝裝備，是由許多能夠重構的模塊化單元來組成的，這些模塊化單元都有著其專屬的功能，把通用模塊化單元變成標準化，那么僅僅通過設計專用模塊化單元，就能夠實現工裝的快速設計。柔性工裝與傳統的剛性工裝相比，由于要實現柔性功能，結構比一般的剛性工裝要復雜。為了保證工裝定位準確度，柔性工裝結構必須具有足夠的強度、剛度和穩定性，同時還要滿足工作開敞性要求，因此，針對柔性工裝特點的結構優化設計技術是柔性工裝設計的一項重要技術。其主要包括：工裝骨架結構的輕量化設計優化及剛度校核與變形分析，動態模塊應用工況變形分析，改善模塊化單元結構設計等。

3.2 關于柔性工裝集成控制的技術

數字化柔性工裝和以往已經發生了很大的不同，它的定位更加的精準了，如果想要準確的定位的話，那么自然離不開控制系統，通過這個系統來對伺服電機進行驅動，然后就能夠準確的定位了。除此以外，還要結合控制系統的控制指令，測量系統的反饋信息也應該引起重視，可以對其進行調控，動態定位模塊重構單元根據指令來進行運動，這樣就能夠實現重構。要想讓飛機裝配過程中所需各種運動部件都能夠精準的定位、固定飛機部件，那么必須要有先進的的柔性工裝的控制系統作為支撐，因此對工裝集成控制技術進行研究十分有必要的。要實現飛機的柔性裝配，僅僅通過單一的機械裝置是難以實現的，柔性工裝還要配備集成數字化的測量系統，伺服控制系統和輔助軟件系統，將其有機的結合起來，協同工作，才能發揮其的技術優勢。系統化、集成化是柔性工裝的一個顯著特點，所以，要做好柔性工裝的實施工裝，那么一定要掌握好系統集成技術。

3.3 柔性工裝快速制造以及數字化安裝的技術

對于柔性工裝來說，它能夠快速的進行重構，這樣讓飛機裝配工裝的設計時間更加的短了，讓工裝產品能夠具備更快的變化能力，這一點無論是從戰略需要考慮，還是從市場需求出發，都具有非常重要的現實意義。

柔性工裝快速制造主要基于工裝的模塊化設計技術。柔性工裝的各個模塊化單元具有不同的功能，比如將模塊化單元劃分為許多不同的模塊，例如夾緊模塊以及數字化定位模塊等，工裝結構和以往相比的話，變化也是十分巨大的。讓工裝制造能夠實現標準化，并行進行，提高了工裝的制造效率，同時對裝配質量的提高起到了很好的作用。

此外借助機電液一體化和計算機控制手段，應用三維仿真技術、工裝MBD 技術、并行工程技術等在柔性工裝快速制造中也具有積極的作用。

對于飛機裝配工裝的準確度來說，飛機裝配的質量有著直接的影響。柔性工裝屬于數字化工裝的一種，在使用的時侯，需要借助各個模塊化單元來定位產品零件，因此必須要要重視模塊化單元，確保它的位置是準確的，它對于柔性工裝的定位精度有著很重要的影響。模塊化定位單元所使用的是數字化工裝驅動數據，同時借助數字控制技術，來做到飛機裝配工裝的數字化定位，這與以往的定位方式大大的不同，定位也比以前更加的準確了。

3.4 柔性工裝仿真分析技術

柔性工裝本身的結構是定位夾緊機構結構，這種結構較為復雜，并且涉及到了許多的零件，定位件位置也是會經常變化，所以設計完成以后并非意味著工作的結束，還要對對結構部件進行力學仿真分析，查看它的強度、剛度及穩定性是否符合標準，對工裝結構進行優化。仿真時的結構簡化、加載方式等的選擇是實現柔性工裝精確仿真的關鍵環節，需要結合輕量化技術，分析裝配工裝、操作平臺及工具等結構特點，簡化柔性工裝結構，實現柔性工裝精確快速分析計算。另外一個仿真是指動態模擬仿真。一是在各柔性定位單元詳細設計完成后，檢查其運動方向行程是否滿足要求以及運動過程中，有沒有出現一些碰撞的情況，檢查柔性定位是不是達到了可達性的要求，工裝重構是不是達到了可行性的要求。二是產品裝配過程仿真分析，對檢查工裝與產品零部件兩者之間的裝配關系進行檢查，檢查是否符合相關的順序以及方向等等，這樣有助于在第一時間找到產品設計當中所存在的缺陷、裝配順序是否合理、工裝設計可行性以及產品的進出架方式是否合理等裝配關系。

4 結語

現如今，我國的數字化裝配工裝技術的研究已經越來成熟，且已在新機型號研制中逐漸顯現出其技術優勢。不過和西方的發達國家相比還是存在著不少的差距，我們還有些技術是空白的，這對于我國飛機裝配技術的發展起到了阻礙的作用。本文對柔性工裝設計制造中的幾項重要的技術進行了總結和分析，還在此基礎之上建立了柔性工裝技術這一體系，這能夠為我國飛機數字化裝配技術的提升提供相應的依據，促進我國柔性工裝技術的不斷提升和優化。

[1]范玉青 . 現代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

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1671-0711（2016）11（下）-0076-02