飛機(jī)數(shù)字化裝配定位技術(shù)研究

廣偉　李潔　姚展

摘 要：在飛機(jī)裝配過程中，存在著協(xié)作困難、工作量大的問題，同時，由于技術(shù)難度大、質(zhì)量要求高，因此在飛機(jī)的制造過程中，零部件裝配具有十分重要的意義。為了使飛機(jī)裝配質(zhì)量和效率得到提升，近年來，逐漸應(yīng)用了自動化技術(shù)、信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等，形成了數(shù)字化的裝配定位技術(shù)，極大地優(yōu)化了飛機(jī)的制造過程。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；數(shù)字化裝配定位；技術(shù)研究

前言

與普通機(jī)械制造不同，飛機(jī)制造存在著很大的特殊性。飛機(jī)對于準(zhǔn)確度和氣動外形的要求十分嚴(yán)格，同時空間緊湊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有極多的連接件和零件。并且這些零件普遍具有復(fù)雜的形狀、較小的剛度和較大的尺寸，容易發(fā)生形變。因此，在裝配定位過程中，必須進(jìn)行精細(xì)、準(zhǔn)確的操作。傳統(tǒng)技術(shù)工藝很難滿足這一要求，而數(shù)字化數(shù)字化裝配定位技術(shù)則能夠很好的滿足這一要求，因此具有十分良好的實際應(yīng)用意義。

1 數(shù)字化裝配系統(tǒng)的框架

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

在系統(tǒng)運行過程中，數(shù)據(jù)庫將零件信息傳送給工藝子系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)字化裝配分析，然后返回數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。然后設(shè)計和優(yōu)化零件裝配過程，進(jìn)行數(shù)字化預(yù)裝配、容差分配、誤差分析，并將工藝信息返回數(shù)據(jù)庫。工裝子系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫的工藝子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，設(shè)計數(shù)字化裝配工裝。在零件裝配定位中，數(shù)據(jù)庫將裝配工藝信息傳送給控制平臺，進(jìn)行分析和運算。定位伺服裝置接收控制信號，對定位子系統(tǒng)機(jī)械隨動定位裝置進(jìn)行驅(qū)動，結(jié)合光學(xué)檢測補(bǔ)償子系統(tǒng)，從而進(jìn)行零件的精確定位裝配[1]。

1.2 系統(tǒng)集成設(shè)計

在系統(tǒng)集成設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)飛機(jī)裝配的具體要求，對相應(yīng)的產(chǎn)品和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)選，使各個子系統(tǒng)之間能夠形成一個可靠、有效、經(jīng)濟(jì)、完整的整體結(jié)構(gòu)。同時，各個子系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)良好的協(xié)調(diào)合作，從而使系統(tǒng)的整體效益得到發(fā)揮，實現(xiàn)整體優(yōu)化的提高。根據(jù)數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)的設(shè)計要求，采用XML技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成設(shè)計，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)跨平臺、跨語言、跨系統(tǒng)、分布式異構(gòu)繼承。在集成體系中，含有多層不同的結(jié)構(gòu)，根據(jù)邏輯可分為功能子系統(tǒng)層、集成層、數(shù)據(jù)層等。

2 數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 立柱組合式技術(shù)方案

立柱組合式定位裝置能夠?qū)γ善ず烷L桁同時進(jìn)行夾持，從而在水平和豎直方向上實現(xiàn)蒙皮和長桁的相互移動，從而更好的裝配定位蒙皮和長桁。立柱組合式數(shù)字化裝配定位平臺的基礎(chǔ)也是型架骨架，但是將原型架骨架上的定位器、蒙皮擋件、壓緊器、內(nèi)型卡板等都去除，直接在型架骨架底座上固定立柱組合式機(jī)械隨動定位裝置，從而構(gòu)成裝配定位平臺。立柱組合式數(shù)字化裝配定位裝置能夠?qū)γ善ず烷L桁實現(xiàn)良好的同時精確定位。

2.2 十字架支臂式技術(shù)方案

在十字架支臂式裝配定位裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)在水平、豎直方向上長桁的移動和轉(zhuǎn)動，從而在空間中對其進(jìn)行定位[2]。該數(shù)字化裝配定位平臺的基礎(chǔ)是型架骨架，該骨架將原型架上的壓緊器、定位器等去除，將蒙皮擋件、內(nèi)型卡板等加以保留。在型架底座上固定十字架支臂式機(jī)械隨動定位裝置。十字架支臂式數(shù)字化裝配定位平臺能夠有效的對長桁等零件進(jìn)行定位，同時通過蒙皮擋件和內(nèi)型卡板，精確的定位蒙皮。

3 數(shù)字化裝配定位關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于齊次坐標(biāo)變換裝配定位原理

在飛機(jī)裝配的過程中，根據(jù)相關(guān)的設(shè)計要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)將參考點作為基準(zhǔn)點，將零件向空間中相應(yīng)的位置上進(jìn)行移動。同時應(yīng)當(dāng)對零件的空間姿態(tài)，即零件位姿加以確保，之后在進(jìn)行連接和裝配。因此，在數(shù)字化裝配定位平臺的工作過程中，就是要在飛機(jī)空間坐標(biāo)系當(dāng)中，通過定位機(jī)構(gòu)對空間坐標(biāo)運動進(jìn)行偵測，從而實現(xiàn)滿足設(shè)計要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的零件空間位姿。

3.2 集成控制技術(shù)

在數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)運行的過程中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫向系統(tǒng)控制平臺提供定位數(shù)據(jù)，供其計算和分析。然后向PLC可編程控制器傳遞控制信息，使其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信息[3]。在通過定位驅(qū)動器對定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動，從而定位零件。在這一過程中，光學(xué)測量儀器實時測量零件定位情況，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并給出相應(yīng)的定位補(bǔ)償數(shù)據(jù)，從而精確定位零件。在集成控制系統(tǒng)中，主要包括了設(shè)備網(wǎng)、控制網(wǎng)、以太網(wǎng)等結(jié)構(gòu)。

3.3 柔性裝配工裝技術(shù)

飛機(jī)裝配過程中，應(yīng)當(dāng)首先固定和定位零部件，然后在進(jìn)行連接和裝配，從而使飛機(jī)的動力學(xué)外形得到保證。在這一過程中，應(yīng)用的數(shù)字化柔性裝配工裝技術(shù)是以數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系為基礎(chǔ)的，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化裝配和模塊化重組的工裝系統(tǒng)。在裝配過程中，能夠有效的傳遞產(chǎn)品信息數(shù)字量，無需使用飛機(jī)零件裝配專用的傳統(tǒng)型架，提高了飛機(jī)裝配的效率和效果。

3.4 數(shù)字化裝配定位

飛機(jī)在高空飛行，需要在確保堅固程度的同時，盡量降低自身重量。因此，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)都是薄壁結(jié)構(gòu)，很多零件也都是鈑金件。具有尺寸大、易變形、剛性差、形狀復(fù)雜等特點。因此，這些零件的裝配準(zhǔn)確性將會對飛機(jī)外形的準(zhǔn)確度產(chǎn)生直接的影響。而數(shù)字化裝配定位技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過精確的數(shù)字化控制，實現(xiàn)零件的精確裝配定位。

4 結(jié)束語

飛機(jī)的零件裝配定位具有十分重要的意義，對飛機(jī)的外形和性能有著直接的影響。數(shù)字化裝配定位技術(shù)的應(yīng)用，能夠極大地提高零件裝配的精確度，確保飛機(jī)準(zhǔn)確的動力學(xué)外形。同時，還能夠提高飛機(jī)制造的效率，降低成本，從而取得更為良好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]肖慶東，王仲奇，馬強(qiáng)，等.大型飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)研究[J].中國制造業(yè)信息化，2007，3：26-29.

[2]郭洪杰，康曉峰，王亮，等.飛機(jī)部件裝配數(shù)字化柔性工裝技術(shù)研究[J].航空制造技術(shù)，2011，22：94-97.

[3]趙建國，郭洪杰，王麗秀，等.飛機(jī)數(shù)字化柔性精準(zhǔn)裝配技術(shù)研究及應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2014，21：32-35.