飛機(jī)柔性裝配工裝關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢分析

劉娜 沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司

飛機(jī)柔性裝配技術(shù)在我國飛機(jī)制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。本文通過對傳統(tǒng)裝配工裝和柔性裝配工裝的對比，闡述了飛機(jī)裝配工裝的特點(diǎn)、作用以及柔性裝配工裝的關(guān)鍵性技術(shù)及其未來發(fā)展趨勢。

一、飛機(jī)裝配工裝的特點(diǎn)和作用

傳統(tǒng)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件以鈑金件為主，通過二維圖紙轉(zhuǎn)化成的模線樣板或由模線樣板制造的工裝加工而成。鈑金件剛性小，飛機(jī)裝配就是將鈑金件按產(chǎn)品技術(shù)要求相互定位，按一定順序，并用規(guī)定的方法相互連接，組裝成部件或產(chǎn)品的過程。是飛機(jī)制造的重要環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)組件、部件的剛度需求，保證裝配協(xié)調(diào)和外形準(zhǔn)確，飛機(jī)裝配采用了大量的剛性裝配工裝。它是彈性體曲面剛性定位技術(shù)的體現(xiàn)。支撐曲面不具有可變性，因此，只能用于一種機(jī)型零件或部件的加工和裝配。傳統(tǒng)飛機(jī)裝配工裝的作用：1、定位夾緊：通過基孔、基線、基軸等方式進(jìn)行定位，將零件裝夾在工裝上。2、保證尺寸，形狀的穩(wěn)定：剛性小的鈑金件，在連接時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，而裝配工裝能控制裝配過程的變形，使尺寸和形狀更穩(wěn)定。3、提高生產(chǎn)效率，降低成本。傳統(tǒng)飛機(jī)裝配工裝特點(diǎn)：1、專用性：針對不同機(jī)型的組件、部件專門設(shè)計(jì)制造的工藝裝備。2、相互協(xié)調(diào)：一個(gè)部件的裝配工作需要的多個(gè)流程使用的裝配工裝必須與裝配過程前后相關(guān)的零件、部件的工裝相協(xié)調(diào)。3、準(zhǔn)確性：通過外形準(zhǔn)確度、位置準(zhǔn)確度和表面流線平滑度來體現(xiàn)。①外形準(zhǔn)確度：通過檢驗(yàn)型架或裝配型架上的等距檢驗(yàn)卡板進(jìn)行檢驗(yàn)，來保證外形誤差在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。②位置準(zhǔn)確度：飛機(jī)零件，部件的位置準(zhǔn)確度是相對基準(zhǔn)軸線的位置要求，是實(shí)際裝配位置相對于理論軸線的位置偏差。③表面流線平滑度：保證零件通過鉚接，焊接、螺接等方式進(jìn)行連接時(shí)，其表面局部出現(xiàn)的凸凹缺陷，對接間隙和階差等現(xiàn)象可控。

二、柔性裝配工裝的應(yīng)用

隨著需求的提升，多型號，多品種，小批量生產(chǎn)是航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。利用數(shù)字化信息對飛機(jī)尺寸進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，對飛機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)重組的柔性裝配技術(shù)凸顯而出。柔性是相對于剛性而言的。它是彈性體曲面柔性定位技術(shù)的體現(xiàn)。通過調(diào)整，重組，控制等手段動(dòng)態(tài)生成工裝定位模塊，實(shí)現(xiàn)一套工裝用于多機(jī)型，多結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模式。相較傳統(tǒng)的剛性裝配工裝，優(yōu)勢體現(xiàn)在以下四點(diǎn)：（1）工裝利用率高。通過拼裝或調(diào)換柔性裝配工裝局部定位件進(jìn)行信息重組，可以完成多型號飛機(jī)的裝配任務(wù)。（2）工裝實(shí)物的減少帶來飛機(jī)成本的降低。（3）對生產(chǎn)需求有快速反應(yīng)應(yīng)變能力，對新研機(jī)型可以快速提供裝備，縮短工藝準(zhǔn)備周期。（4）運(yùn)用靈活，產(chǎn)能靈活。因此，柔性裝配工裝在飛機(jī)制造工程中應(yīng)用前景廣闊。

三、柔性裝配工裝的關(guān)鍵性技術(shù)

（一）柔性定位技術(shù)

柔性定位可分為多點(diǎn)陣真空吸盤式定位和行列式定位。多點(diǎn)陣真空吸盤式的定位是通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使能夠沿空間X、Y、Z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的帶真空吸盤的立柱模塊受控移動(dòng)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)，并均勻分布。形成與任意產(chǎn)品曲面相貼合的定位點(diǎn)陣系統(tǒng)。當(dāng)產(chǎn)品外形發(fā)生改變時(shí)，定位點(diǎn)陣也會(huì)隨外形的改變而自動(dòng)變化并調(diào)整。帶真空吸盤式的柔性裝配工裝更適用于機(jī)身板面結(jié)構(gòu)組件的裝配。2、行列式的定位立柱模塊以行列式獨(dú)立排列分布。通過立柱模塊兒上的三維移動(dòng)調(diào)整夾持部件的狀態(tài)和位置，來完成不同產(chǎn)品組件、部件的定位和裝卡。行列式柔性裝配工裝更適用于壁板、框梁等組件的裝配。

（二）仿真測試技術(shù)

柔性裝配工裝與剛性裝配工裝相比，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。當(dāng)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)完成后，需要對其結(jié)構(gòu)的承力部件進(jìn)行力學(xué)的模擬仿真。經(jīng)分析核準(zhǔn)承力部件強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性后，結(jié)合裝配工裝操作平臺(tái)的特點(diǎn)對其進(jìn)行輕量化處理，使柔性裝配工裝結(jié)構(gòu)得以簡化，實(shí)現(xiàn)柔性裝配工裝快速精準(zhǔn)的仿真。這是仿真的目的之一。目的之二就是模擬飛機(jī)產(chǎn)品相對于柔性裝配工裝的裝配過程：裝配順序是否合理，產(chǎn)品與工裝是否干涉，產(chǎn)品的進(jìn)出是否順暢等裝配關(guān)系。在仿真測試實(shí)驗(yàn)中，按照工裝的技術(shù)要求，將仿真實(shí)驗(yàn)與工裝進(jìn)行整合。通過仿真測試明確工裝的精確度控制要求，滿足飛機(jī)裝配技術(shù)控制實(shí)踐需求，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)制造及設(shè)計(jì)應(yīng)用能力的提升。

（三）自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)主要由定位組件，激光測量系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)和綜合控制系統(tǒng)組成。激光測量系統(tǒng)對部件的具體形狀和參數(shù)進(jìn)行測量，并將整體綜合數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)對激光測量系統(tǒng)傳來的信息進(jìn)行對比和核算，進(jìn)行系統(tǒng)編程操作，通過控制系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)將定位組件按計(jì)算機(jī)輸入的預(yù)定運(yùn)行軌跡移動(dòng)到相應(yīng)位置，并進(jìn)行自動(dòng)的微調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部件的定位、夾緊和裝配。柔性裝配工裝的自動(dòng)控制技術(shù)在很大程度上降低了人的體力勞動(dòng)，輔助了人的腦力活動(dòng)。實(shí)現(xiàn)飛機(jī)制造過程中人、機(jī)、料、法，環(huán)、測六方面的優(yōu)化、協(xié)調(diào)，管理和控制，是一種綜合技術(shù)。

四、飛機(jī)柔性裝配技術(shù)發(fā)展趨勢的展望

當(dāng)前，國內(nèi)飛機(jī)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)與零件制造技術(shù)發(fā)展迅速，但是裝配技術(shù)作為飛機(jī)制造的關(guān)鍵和重要環(huán)節(jié)，還停留在二、三代機(jī)的制造水平，已成為飛機(jī)型號快速研制和生產(chǎn)的瓶頸。現(xiàn)代柔性裝配技術(shù)取代傳統(tǒng)裝配技術(shù)已經(jīng)成為時(shí)代所趨，各種部件的精準(zhǔn)制造為飛機(jī)柔性裝配奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。因此，不斷創(chuàng)新，優(yōu)化柔性裝配生產(chǎn)線，擴(kuò)大柔性裝配工裝的數(shù)字化優(yōu)點(diǎn)，便于更早解決飛機(jī)裝配中遇到的困難和瓶頸，是滿足現(xiàn)代飛機(jī)制造業(yè)需求的必然趨勢。

五、結(jié)語

綜上所述，飛機(jī)柔性裝配技術(shù)在我國飛機(jī)制造業(yè)中的應(yīng)用，能夠協(xié)助裝配操作人員更加精準(zhǔn)地完成飛機(jī)組裝任務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字化的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)人工裝配化向智能化、自動(dòng)化裝配的控制。