飛機(jī)輕型自動(dòng)化制孔系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)

范興瑞

摘 要：現(xiàn)如今飛機(jī)裝配技術(shù)正面臨著自動(dòng)化和數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)，面對(duì)如此激烈的競(jìng)爭(zhēng)，我們的研究人員在研制飛機(jī)自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的時(shí)候，就一定要考慮到裝配效率以及設(shè)備成本等多方面的因素，而該文主要是對(duì)飛機(jī)輕型自動(dòng)化制孔系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析研究。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)輕型自動(dòng)化 制孔 關(guān)鍵技術(shù) 分析

中圖分類號(hào)：V262 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（a）-0007-02

1 輕型自動(dòng)化制孔系統(tǒng)

現(xiàn)階段我們的飛機(jī)輕型自動(dòng)化裝配系統(tǒng)主要是由3種形式構(gòu)成的，基于工業(yè)機(jī)器臂的自動(dòng)化制孔系統(tǒng)主要是利用當(dāng)前市場(chǎng)上通用的工業(yè)機(jī)器臂作為設(shè)備的主要支撐體，這一系統(tǒng)也是當(dāng)前自動(dòng)化裝配系統(tǒng)中比較實(shí)用的系統(tǒng)之一。

近幾年，我國(guó)各大主機(jī)廠和高校也開(kāi)始合作開(kāi)展工業(yè)機(jī)器臂制孔系統(tǒng)的分析和研究工作，這一機(jī)器臂制孔系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和弱點(diǎn)都是比較明顯的，優(yōu)勢(shì)就在于運(yùn)用通用機(jī)器臂開(kāi)發(fā)部署都非常快，而且所需的成本也比較低，最主要的是這一系統(tǒng)的柔性相對(duì)比較好，能夠很好地適應(yīng)不同地區(qū)的工作狀況。

相比較而言，這一系統(tǒng)的弱點(diǎn)也是非常明顯的，最明顯的一個(gè)弱點(diǎn)就是這一系統(tǒng)的剛性較差，一定要采用特殊精度的補(bǔ)償機(jī)制才可以更好地用在飛機(jī)的裝配上。因此對(duì)于這類系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，比較適用于像機(jī)翼、尾翼等翼類部件的裝配上。

2 輕型自動(dòng)化制孔系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

輕型飛機(jī)自動(dòng)化裝配系統(tǒng)是我國(guó)受關(guān)注程度較高的飛機(jī)裝配系統(tǒng)之一，大部分的主機(jī)廠和相關(guān)的企事業(yè)單位都對(duì)其進(jìn)行了開(kāi)發(fā)和研究，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)的攻克主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 高負(fù)載高剛性

一般來(lái)說(shuō)自主移動(dòng)式的自動(dòng)化制孔系統(tǒng)對(duì)高負(fù)載高剛性的技術(shù)要求是非常高的，工業(yè)機(jī)器臂制孔系統(tǒng)就是由相對(duì)成熟的工業(yè)機(jī)器臂構(gòu)成，因此并不是特別關(guān)注本體設(shè)計(jì)，而是將大部分的精力都放在了精度補(bǔ)償技術(shù)上。此次以自主移動(dòng)式自動(dòng)化制孔系統(tǒng)為例，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這一系統(tǒng)的整體運(yùn)動(dòng)需求并不是特別復(fù)雜，一般都是仿生機(jī)器人結(jié)構(gòu)，所以這一系統(tǒng)的剛性就很難得到進(jìn)一步的保證，而且由于自身材質(zhì)的限制，使其負(fù)載的能力也逐漸降低，精度也會(huì)隨著不斷的調(diào)整而出現(xiàn)下降。與一般的自主移動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，飛機(jī)裝配自主移動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其特殊，其特殊性主要表現(xiàn)在3個(gè)方面。

首先，要在曲面上甚至在倒吊的位置上進(jìn)行工作，這樣的工作環(huán)境和工作模式也就決定了沒(méi)有辦法直接采用常見(jiàn)的輪式結(jié)構(gòu)對(duì)飛機(jī)裝配進(jìn)行設(shè)計(jì)。

其次，要沿著制孔運(yùn)作，所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)將要承受住100 kg以上的壓緊力和制孔力，而且還要保證其不能偏離法向，這樣一來(lái)也就使得一些較為常見(jiàn)的放生式結(jié)構(gòu)很難勝任這種高剛性和高承載力的工作環(huán)境。

最后，工作空間等限制因素的存在，使得自主移動(dòng)機(jī)構(gòu)一定要具備標(biāo)準(zhǔn)的重量，因?yàn)樘氐脑挄?huì)影響到飛機(jī)的承載能力，而且自主移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般都是吸附在飛機(jī)上的，如果太重，吸盤(pán)承受不住重量，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，所以對(duì)于飛機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一定要針對(duì)飛機(jī)的裝配需求來(lái)合理地設(shè)計(jì)高負(fù)載的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)而形成一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。

要想真正地解決上述問(wèn)題，還要對(duì)飛機(jī)的整體構(gòu)造進(jìn)行力學(xué)分析，因?yàn)椴煌w機(jī)型號(hào)的構(gòu)造也是不同的，只有通過(guò)力學(xué)分析，才能夠找出合適的機(jī)構(gòu)受力形式，除此之外，還要進(jìn)行嚴(yán)格的空間自由度分析，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，我們的研究人員可以采用虛位移法等手段對(duì)飛機(jī)自動(dòng)化制孔系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的可行性分析。

2.2 運(yùn)動(dòng)多軸同步運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

由于自主移動(dòng)式自動(dòng)化制孔系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)多軸同步運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的要求非常高，工業(yè)機(jī)器臂制孔系統(tǒng)由于串聯(lián)機(jī)構(gòu)對(duì)同步控制的要求是最低的，再加上工業(yè)機(jī)器臂一般都已經(jīng)具備了較為成熟的控制系統(tǒng)，因此我們的集成商對(duì)同步控制技術(shù)并不是特別關(guān)注。

我們此次以自主移動(dòng)式自動(dòng)化制孔系統(tǒng)為例，運(yùn)動(dòng)控制軸多達(dá)1 000多個(gè)，而在這些運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，最難的一部分就是8條腿需要同步控制，只有這樣才能夠進(jìn)行法向的調(diào)姿，而多軸同步控制系統(tǒng)是我國(guó)飛機(jī)自動(dòng)化領(lǐng)域中最為薄弱的環(huán)節(jié)，我國(guó)在這一領(lǐng)域的發(fā)展始終非常緩慢。

要想解決這一關(guān)鍵問(wèn)題，目前的途徑主要有兩種，一種是在短期內(nèi)通過(guò)采用開(kāi)放性良好的成熟國(guó)外運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)功能的精度為主要的發(fā)展目標(biāo)，我們的研究人員可以采用基于PC的軟數(shù)控系統(tǒng)方案，這一方案的結(jié)構(gòu)非常緊湊，而且計(jì)算的精度也非常高。

第二種解決途徑就是在一個(gè)長(zhǎng)期的時(shí)間內(nèi)，科研人員通過(guò)自主研發(fā)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)有效降低飛機(jī)運(yùn)作的整體成本，進(jìn)而獲得最好的性能體驗(yàn)。

3 精密制孔末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)技術(shù)

多種形式的自動(dòng)制孔系統(tǒng)都一定要用末端執(zhí)行器，從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，飛機(jī)輕型自動(dòng)化制孔系統(tǒng)的特點(diǎn)就非常明顯，工業(yè)機(jī)器臂由于自身的剛性較弱，自主移動(dòng)式制孔系統(tǒng)對(duì)整體的重量要求會(huì)更高，所以對(duì)末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)的重量?jī)?yōu)化需求非常大。

4 單項(xiàng)壓緊無(wú)毛刺制孔技術(shù)

不管是何種形式的輕型自動(dòng)化裝配系統(tǒng)，都是飛機(jī)自動(dòng)化制孔的關(guān)鍵手段，我們的研究人員要根據(jù)具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，抽象化地制定出制孔部位的相關(guān)模型，這樣也方便我們的研究人員更加深入地去分析壓緊力對(duì)制孔部位貼合而產(chǎn)生的影響，有助于減少整體試驗(yàn)的數(shù)量，而且很多時(shí)候常用的結(jié)構(gòu)也是可以取代試驗(yàn)的。而輕型自動(dòng)化裝配系統(tǒng)由于其良好的綜合性而得到了廣泛的重視，在應(yīng)用上可以根據(jù)飛機(jī)型號(hào)的不同以及相關(guān)的產(chǎn)品特點(diǎn)來(lái)選用不同的系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

由于飛機(jī)屬于高精密設(shè)備，其表現(xiàn)出自身的工作范圍小，零部件精度高等特點(diǎn)，使得工業(yè)機(jī)器臂的優(yōu)勢(shì)逐漸在飛機(jī)制造中凸現(xiàn)出來(lái)，飛機(jī)大范圍表面制孔以及自主移動(dòng)式制孔系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)也非常大，在工作效率以及批量較高的情況下，柔性軌道制孔系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)也是非常明顯的。再加上成本以及保密性等因素影響，我國(guó)對(duì)飛機(jī)自動(dòng)化制孔系統(tǒng)進(jìn)行裝配和研究是必須的，這就要求我們的研究人員要對(duì)飛機(jī)零部件的關(guān)鍵手段進(jìn)行分析和研究，只有掌握了核心的能力，才能夠真正地提升我國(guó)飛機(jī)裝配的自動(dòng)化水平。

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