飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)分析

孫曉光

摘要：飛機(jī)柔性裝配工整技術(shù)，是數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了不同形狀、特征的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)族多部件的裝配。目前來說，飛機(jī)柔性裝配工裝技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中，國外對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的理論研究較為成熟，科學(xué)工作者提出了可重構(gòu)柔性工裝、決定性裝配等多種裝配方式，而我國目前針對不同的飛機(jī)產(chǎn)品，也設(shè)計(jì)出了行列吸盤式壁板柔性裝配工裝等多種實(shí)踐性工藝，促進(jìn)了我國飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展。為了進(jìn)一步保障技術(shù)應(yīng)用效果，在設(shè)計(jì)分析過程中，首先需要進(jìn)行目標(biāo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析，了解柔性定位特點(diǎn)，確定柔性定位器功能，加強(qiáng)定位執(zhí)行末端的設(shè)計(jì)，在最終環(huán)節(jié)定位單元行程，進(jìn)行布局優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；柔性裝配工裝設(shè)計(jì)；分析

飛機(jī)是目前應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域較為先進(jìn)的一種交通工具，其生產(chǎn)制造水平對于國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著較大影響。隨著飛機(jī)制造行業(yè)的發(fā)展，其制造理論體系不斷完善，制作工藝水平不斷提升，柔性裝配工裝關(guān)鍵技術(shù)是基于數(shù)字化技術(shù)開發(fā)出來的一種飛機(jī)新型生產(chǎn)技術(shù)，能夠通過調(diào)整飛機(jī)零件尺寸實(shí)現(xiàn)重組設(shè)計(jì)，形成一個數(shù)字化、自動化的工裝系統(tǒng)，對于提高飛機(jī)制作水平具有積極意義[1]。在傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配工裝中，一旦產(chǎn)品設(shè)計(jì)調(diào)整，工裝調(diào)整耗費(fèi)時間較長，使用柔性裝配工裝設(shè)計(jì)技術(shù)，只要是同一結(jié)構(gòu)族的裝配工程，即使是尺寸、形狀不同的多個部件，也可以統(tǒng)一完成裝配，這樣能夠有效縮短飛機(jī)裝配工裝的設(shè)計(jì)與制造周期。

1.飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

目前，柔性工裝技術(shù)在國外飛機(jī)裝配工裝中廣泛應(yīng)用，主要的施工技術(shù)理論有：①適用于含有大曲率或復(fù)雜形狀工件定位的柔性工裝技術(shù)。通過控制真空吸盤生成吸附點(diǎn)陣，可保證裝配工件曲面外形一致，在進(jìn)行鉆孔、鉚接等工作時可有效固定住工件，保證定位的精準(zhǔn)性；②主要用于機(jī)翼裝配的可重構(gòu)柔性工裝技術(shù)。由標(biāo)準(zhǔn)量和裝配造型架構(gòu)成工裝靜態(tài)框架，并在其主梁上安裝動態(tài)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)使定位夾緊器的精準(zhǔn)控制；③主要用于機(jī)翼與翼梁裝配中的決定性裝配方法（DA）。該技術(shù)通過合理的設(shè)計(jì)與緊密的加工，降低了常規(guī)工藝設(shè)備使用率，降低了飛機(jī)裝配對于型架的依賴性；④主要用于翼身對接的定位系統(tǒng)，通過定位單元的重用實(shí)現(xiàn)新的飛機(jī)部件的柔性裝配[2]。

我國在柔性裝配技術(shù)的研究水平也處于世界領(lǐng)先地位，針對國內(nèi)不同的飛機(jī)產(chǎn)品，出現(xiàn)了不同類型的施工技術(shù)，比如說行列吸盤式壁板柔性裝配工裝，用于機(jī)身部件、翼面類部件、機(jī)翼翼盒裝配等，這些技術(shù)體系都已經(jīng)比較完善，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。在飛機(jī)裝配工裝中，設(shè)計(jì)方案的頻繁更改是難免的，但是這樣會延長工裝調(diào)整的時間，是飛機(jī)快速生產(chǎn)的一個瓶頸，潘志毅等人針對這一問題，通過對主幾何層、源控制幾何層等進(jìn)行綜合運(yùn)算建立了型架變型設(shè)計(jì)模型，有效解決了這一問題。

2.飛機(jī)柔性裝配工裝具體設(shè)計(jì)分析

2.1目標(biāo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，在于產(chǎn)品需求，因此在設(shè)計(jì)之前，首先需要根據(jù)產(chǎn)品制造理念選擇設(shè)計(jì)模型，綜合分析模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過閱讀文獻(xiàn)、搜查資料等方式，借鑒以往成功的設(shè)計(jì)方案及其理念，明確目標(biāo)產(chǎn)品的基本特征，并以此為基礎(chǔ)，嚴(yán)格按照飛機(jī)飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)分析的流程，進(jìn)行裝配協(xié)調(diào)，進(jìn)一步提升裝配精度，使得多裝配構(gòu)件間能夠保持一致協(xié)調(diào)的精準(zhǔn)度，在縮短裝配工裝設(shè)計(jì)與制造周期的同時，實(shí)現(xiàn)裝配基準(zhǔn)。

2.2明晰柔性定位特點(diǎn)

對目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行工藝分析，劃分工藝分離面，建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，將外形準(zhǔn)確度、交點(diǎn)準(zhǔn)確度等所必須保證的產(chǎn)品頂層關(guān)鍵特征為頂點(diǎn)，向下逐級傳遞分解直至零件級，標(biāo)注出關(guān)鍵型面、結(jié)構(gòu)交點(diǎn)等裝配準(zhǔn)確度影響要素的協(xié)調(diào)關(guān)系或特征，形成初始定位特征集，并與裝配工裝定位特征對應(yīng)起來。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型中，可以獲取產(chǎn)品零部件或工裝的關(guān)鍵特征信息，包括外形輪廓、結(jié)構(gòu)尺寸、空間位置與相對位置關(guān)系等，再根據(jù)結(jié)構(gòu)幾何信息推斷出與定位特征相對應(yīng)的特征元，獲取相關(guān)的尺寸約束及配合約束信息。

2.3確定柔性定位器功能

在飛機(jī)柔性裝配工裝系統(tǒng)中，一套工裝具備多裝配構(gòu)建的柔性定位功能，其關(guān)鍵就在于模塊化柔性定位器的應(yīng)用，該設(shè)備通過3個坐標(biāo)可實(shí)現(xiàn)6甚至8自由度運(yùn)動[3]。柔性定位器有多種類型，不同類型有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的場合，比如說XYZ型，具有立柱穩(wěn)定性好、易于安裝調(diào)試的作用，但是占據(jù)較大的底層空間，一般適用于端部定位及正下方定位的工裝設(shè)備。在選擇柔性定位器時，應(yīng)以滿足柔性工裝的結(jié)構(gòu)簡約性與空間開敞性為基本要求，針對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)特征及相對位置關(guān)系，篩選出柔性定位特征，合理選擇。與此同時，為了進(jìn)一步提高飛機(jī)制造的安全性，應(yīng)盡量提高柔性設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與精確度，減小設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)誤差。

2.4定位執(zhí)行末端的設(shè)計(jì)

定位執(zhí)行末端包括兩個主要構(gòu)件：①外形定位件，具有確定飛機(jī)部件的氣動力外形的作用；②接頭定位件，能夠保證各外形定位件互換和對接接頭的協(xié)調(diào)性。在選擇定位執(zhí)行末端的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，應(yīng)綜合考慮到制造可行性、裝配操作開敞性、結(jié)構(gòu)剛度等多個要素，針對目標(biāo)產(chǎn)品的幾何特征，采用合理的定位方法，明確定位執(zhí)行末端的結(jié)構(gòu)信息和定位特征，確保所選設(shè)計(jì)方式能夠確定滿足所有關(guān)鍵特征定位功能，且定位執(zhí)行末端數(shù)量最低，實(shí)現(xiàn)定位功能的高度集成，如若無法實(shí)現(xiàn)高度集成的目標(biāo)，則可以通過設(shè)置專用定位器等方式加以解決。

2.5定位單元行程與布局優(yōu)化

正所謂細(xì)節(jié)決定成敗，在飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)的最終環(huán)節(jié)，應(yīng)該加強(qiáng)行程定位、布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保各部件裝配位置的合理性，提高裝配精準(zhǔn)度，切實(shí)發(fā)揮這一技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。在定位單元行程過程中，由于各柔性坐標(biāo)定位單元的X/Y/Z行程與待裝配對象種類及其在工裝坐標(biāo)系中的擺放位置關(guān)系有關(guān)，因此可以通過建立工裝坐標(biāo)系、獲取XOY基礎(chǔ)平面上投影等多道工序，對各自由度運(yùn)動行程進(jìn)行修改，就可以實(shí)現(xiàn)行程與布局的優(yōu)化[4]。這一步驟能夠提高裝配操作的開敞性，同時降低定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)自由度行程及尺寸，降低生產(chǎn)成本。

3.結(jié)語

飛機(jī)裝配工裝是一個根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造需求，支撐并定位產(chǎn)品零部件，使其保持預(yù)設(shè)相對位置關(guān)系的過程。在傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配工裝中，每一個部件的裝配操作過程至少需要一個專用的剛性裝配工裝，因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)更新是也需要相應(yīng)地調(diào)整工裝，耗費(fèi)時間較長，嚴(yán)重阻礙了飛機(jī)的快速生產(chǎn)[5]。飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，有效解決了這一問題，為飛機(jī)的快速生產(chǎn)準(zhǔn)備提供了技術(shù)支持。在柔性裝配工裝設(shè)計(jì)過程中，為了進(jìn)一步保障設(shè)計(jì)的合理性，需要經(jīng)歷多個步驟，建立技術(shù)評價(jià)模型，根據(jù)產(chǎn)品需求合理設(shè)置設(shè)計(jì)參數(shù)，這樣能夠有效保障技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，同時為裝備發(fā)展規(guī)劃的制定及裝備技術(shù)水平的提升提供有效的決策參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]王新，張毅，趙銳霞.無余量裝配技術(shù)在復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)部段上的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2017，04：106-109.

[2]孫永杰，田威，廖文和，劉明爽.機(jī)身骨架裝配柔性工裝設(shè)計(jì)[J].航空制造技術(shù)，2017，07：86-91.

[3]李維亮，楊京京，周良明.基于模塊化設(shè)計(jì)的柔性裝配工裝關(guān)鍵技術(shù)研究[J].機(jī)床與液壓，2016，04：14-17.

[4]胡玉龍，王仲奇，李西寧，康永剛.基于ELM的飛機(jī)數(shù)字化裝配定位運(yùn)動模型[J].航空學(xué)報(bào)，2016，04：1374-1383.

[5]王巍，谷天慧，俞鴻均.某型飛機(jī)垂尾壁板類柔性工裝設(shè)計(jì)[J].航空制造技術(shù)，2016，12：66-70.endprint