淺談飛機(jī)部件數(shù)字化總裝配系統(tǒng)

牛潤(rùn)軍

（中航工業(yè)陜西飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，陜西 城固 723213）

飛機(jī)裝配按規(guī)模可分為組件裝配、部件總裝和全機(jī)總裝。其中，部件總裝是指由多個(gè)相鄰的組件連接而成的飛機(jī)大型結(jié)構(gòu)件。傳統(tǒng)飛機(jī)部件總裝主要采用的是部件總裝配型架。裝配型架通常由骨架、定位件、夾緊件和輔助設(shè)備構(gòu)成四部分組成，其主要作用是保證產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和互換性，改善勞動(dòng)條件、提高裝配工作效率。

隨著社會(huì)的進(jìn)步和新技術(shù)的應(yīng)用,航空制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,市場(chǎng)對(duì)大型飛機(jī)的需求一般都是小批量多品種的,且產(chǎn)品的交貨周期很短。這對(duì)傳統(tǒng)的部件總裝型架來(lái)說(shuō),無(wú)論是其成本還是其生產(chǎn)周期都無(wú)法滿足現(xiàn)在的需求。為了適應(yīng)現(xiàn)代航空制造業(yè)的發(fā)展,必須研究開發(fā)基于數(shù)字化技術(shù)的部件總裝新方法。

1 部件數(shù)字化總裝配系統(tǒng)

1.1 基本功能

部件數(shù)字化總裝系統(tǒng)目的是實(shí)現(xiàn)部件總裝過(guò)程數(shù)字化和自動(dòng)化，其作為部件總裝的制造裝備，應(yīng)能完成部件總裝過(guò)程中各組件定位和夾緊、組件對(duì)合區(qū)域制孔和連接、關(guān)鍵控制點(diǎn)（交點(diǎn)、端面）精加工，還應(yīng)圍繞產(chǎn)品設(shè)置復(fù)合人機(jī)工程學(xué)的操作平臺(tái)，并復(fù)合裝配可視化終端以實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化作業(yè)。

1.2 基本構(gòu)成

對(duì)應(yīng)以上應(yīng)具備的功能，部件數(shù)字化總裝系統(tǒng)如圖1所示包括六大基本單元：數(shù)控定位調(diào)姿單元、對(duì)合區(qū)精確制孔和連接單元、精加工單元、數(shù)字化測(cè)量輔助裝配單元、信息集成管理單元以及現(xiàn)場(chǎng)可視化輔助單元和輔助操作平臺(tái)單元，其中精加工單元根據(jù)產(chǎn)品對(duì)象特征和裝配要求可以略去。

圖1 部件數(shù)字化裝配系統(tǒng)典型構(gòu)成圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)字化定位

在三維空間中約束一剛性體需要限制其6個(gè)自由度，至少需要3個(gè)不共線的點(diǎn)對(duì)剛體進(jìn)行定位和固持才能保證約束的完備性?；谝陨峡紤]，在數(shù)字化裝配系統(tǒng)中，組件的定位可以通過(guò)成組三坐標(biāo)數(shù)控定位器聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度位姿調(diào)整。

三坐標(biāo)數(shù)控定位器通常由底座、縱橫拖板、上拖板、支撐缸體、伸縮柱、球頭夾緊機(jī)構(gòu)組成。采用伺服電機(jī)、蝸輪蝸桿減速器、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮柱的X、Y、Z這3個(gè)方向移動(dòng)；采用封閉式光柵尺，在每個(gè)方向上采用全閉環(huán)控制可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z這3個(gè)方向聯(lián)動(dòng)控制，提高系統(tǒng)的控制精度。

2.2 自動(dòng)化制孔

制孔的關(guān)鍵是孔位、法向的精確控制及制孔精度的保證，傳統(tǒng)手工制孔方式質(zhì)量極不穩(wěn)定，因此在部件數(shù)字化裝配系統(tǒng)中通常采用機(jī)器人自動(dòng)制孔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)孔位、制孔轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等的精確控制。

機(jī)器人自動(dòng)制孔系統(tǒng)一般由工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)、末端執(zhí)行器和機(jī)器人制孔軟件組成。工作時(shí)，采用離線編程技術(shù)對(duì)制孔信息提取，將產(chǎn)品理論點(diǎn)位與預(yù)制孔位對(duì)比后，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，再通過(guò)安裝在末端執(zhí)行器上的位移傳感器對(duì)制孔區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制孔。

2.3 數(shù)字化測(cè)量

基于數(shù)字量協(xié)調(diào)的部件數(shù)字化總裝配系統(tǒng)離不開數(shù)字化的測(cè)量技術(shù)，數(shù)字測(cè)量技術(shù)為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精確裝配提供了基礎(chǔ)保障。數(shù)字測(cè)量的主要核心硬件是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量設(shè)備，它們?cè)陲w機(jī)裝配線中主要用來(lái)測(cè)量和定位各種工藝裝備，或直接用來(lái)定位被裝配產(chǎn)品，是數(shù)字化裝配系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)前常用數(shù)字測(cè)量設(shè)備包括激光跟蹤儀、激光雷達(dá)、IGPS等、數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)主要是為數(shù)控定位調(diào)姿態(tài)系統(tǒng)提供位姿依據(jù)，并在部件總裝下架前對(duì)重要控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià)。數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)總體上分為2個(gè)子系統(tǒng)，即激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。圖2為數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)工作原理圖。

圖2 數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)工作原理圖

2.4 集成信息管理

由于部件數(shù)字化總裝配系統(tǒng)是一個(gè)多系統(tǒng)的集成體，必須實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)、調(diào)姿定位系統(tǒng)、機(jī)器人制孔系統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)和統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、處理和反饋。另外數(shù)字化裝配系統(tǒng)通常還采用了現(xiàn)場(chǎng)可視化技術(shù)、自動(dòng)化輔助操作平臺(tái)，以上子系統(tǒng)同樣需要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度和集中的指令。集成管理系統(tǒng)作為集成信息管理的載體，主要通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與各子系統(tǒng)集成，從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)集成信息管理和遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前在國(guó)內(nèi)發(fā)展應(yīng)用部件數(shù)字化總裝配系統(tǒng)已勢(shì)在必行，但由于部件數(shù)字化總裝配系統(tǒng)造價(jià)昂貴，因此在實(shí)際操作過(guò)程中，還應(yīng)充分考慮到飛機(jī)部件總裝的特殊性和復(fù)雜性，必須需要是從源頭規(guī)劃好多系統(tǒng)協(xié)調(diào)布局，盡量少走彎路。

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[3]余鋒杰，柯映林，方強(qiáng).基于飛機(jī)自動(dòng)化對(duì)接裝配實(shí)例的工藝選優(yōu)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010，（1）：175-181.