飛機柔性裝配工裝設計分析

孫曉光

摘要：飛機柔性裝配工整技術，是數(shù)字化技術發(fā)展的產(chǎn)物，實現(xiàn)了不同形狀、特征的統(tǒng)一結構族多部件的裝配。目前來說，飛機柔性裝配工裝技術已經(jīng)廣泛應用在生產(chǎn)實踐中，國外對于相關技術領域的理論研究較為成熟，科學工作者提出了可重構柔性工裝、決定性裝配等多種裝配方式，而我國目前針對不同的飛機產(chǎn)品，也設計出了行列吸盤式壁板柔性裝配工裝等多種實踐性工藝，促進了我國飛機制造業(yè)的發(fā)展。為了進一步保障技術應用效果，在設計分析過程中，首先需要進行目標產(chǎn)品設計特點分析，了解柔性定位特點，確定柔性定位器功能，加強定位執(zhí)行末端的設計，在最終環(huán)節(jié)定位單元行程，進行布局優(yōu)化。

關鍵詞：飛機；柔性裝配工裝設計；分析

飛機是目前應用于交通運輸領域較為先進的一種交通工具，其生產(chǎn)制造水平對于國家經(jīng)濟發(fā)展有著較大影響。隨著飛機制造行業(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，柔性裝配工裝關鍵技術是基于數(shù)字化技術開發(fā)出來的一種飛機新型生產(chǎn)技術，能夠通過調整飛機零件尺寸實現(xiàn)重組設計，形成一個數(shù)字化、自動化的工裝系統(tǒng)，對于提高飛機制作水平具有積極意義[1]。在傳統(tǒng)的飛機裝配工裝中，一旦產(chǎn)品設計調整，工裝調整耗費時間較長，使用柔性裝配工裝設計技術，只要是同一結構族的裝配工程，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裝配工裝的設計與制造周期。

1.飛機柔性裝配工裝設計現(xiàn)狀分析

目前，柔性工裝技術在國外飛機裝配工裝中廣泛應用，主要的施工技術理論有：①適用于含有大曲率或復雜形狀工件定位的柔性工裝技術。通過控制真空吸盤生成吸附點陣，可保證裝配工件曲面外形一致，在進行鉆孔、鉚接等工作時可有效固定住工件，保證定位的精準性；②主要用于機翼裝配的可重構柔性工裝技術。由標準量和裝配造型架構成工裝靜態(tài)框架，并在其主梁上安裝動態(tài)模塊，能夠實現(xiàn)使定位夾緊器的精準控制；③主要用于機翼與翼梁裝配中的決定性裝配方法（DA）。該技術通過合理的設計與緊密的加工，降低了常規(guī)工藝設備使用率，降低了飛機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現(xiàn)新的飛機部件的柔性裝配[2]。

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

2.飛機柔性裝配工裝具體設計分析

2.1目標產(chǎn)品設計特點分析

飛機柔性裝配工裝設計的出發(fā)點，在于產(chǎn)品需求，因此在設計之前，首先需要根據(jù)產(chǎn)品制造理念選擇設計模型，綜合分析模型結構特點，通過閱讀文獻、搜查資料等方式，借鑒以往成功的設計方案及其理念，明確目標產(chǎn)品的基本特征，并以此為基礎，嚴格按照飛機飛機柔性裝配工裝設計分析的流程，進行裝配協(xié)調，進一步提升裝配精度，使得多裝配構件間能夠保持一致協(xié)調的精準度，在縮短裝配工裝設計與制造周期的同時，實現(xiàn)裝配基準。

2.2明晰柔性定位特點

對目標產(chǎn)品進行工藝分析，劃分工藝分離面，建立產(chǎn)品結構樹，將外形準確度、交點準確度等所必須保證的產(chǎn)品頂層關鍵特征為頂點，向下逐級傳遞分解直至零件級，標注出關鍵型面、結構交點等裝配準確度影響要素的協(xié)調關系或特征，形成初始定位特征集，并與裝配工裝定位特征對應起來。在產(chǎn)品設計數(shù)學模型中，可以獲取產(chǎn)品零部件或工裝的關鍵特征信息，包括外形輪廓、結構尺寸、空間位置與相對位置關系等，再根據(jù)結構幾何信息推斷出與定位特征相對應的特征元，獲取相關的尺寸約束及配合約束信息。

2.3確定柔性定位器功能

在飛機柔性裝配工裝系統(tǒng)中，一套工裝具備多裝配構建的柔性定位功能，其關鍵就在于模塊化柔性定位器的應用，該設備通過3個坐標可實現(xiàn)6甚至8自由度運動[3]。柔性定位器有多種類型，不同類型有不同的優(yōu)缺點，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備。在選擇柔性定位器時，應以滿足柔性工裝的結構簡約性與空間開敞性為基本要求，針對產(chǎn)品零件的結構特征及相對位置關系，篩選出柔性定位特征，合理選擇。與此同時，為了進一步提高飛機制造的安全性，應盡量提高柔性設計的穩(wěn)定性與精確度，減小設計數(shù)據(jù)誤差。

2.4定位執(zhí)行末端的設計

定位執(zhí)行末端包括兩個主要構件：①外形定位件，具有確定飛機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)調性。在選擇定位執(zhí)行末端的設計基準，應綜合考慮到制造可行性、裝配操作開敞性、結構剛度等多個要素，針對目標產(chǎn)品的幾何特征，采用合理的定位方法，明確定位執(zhí)行末端的結構信息和定位特征，確保所選設計方式能夠確定滿足所有關鍵特征定位功能，且定位執(zhí)行末端數(shù)量最低，實現(xiàn)定位功能的高度集成，如若無法實現(xiàn)高度集成的目標，則可以通過設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

正所謂細節(jié)決定成敗，在飛機柔性裝配工裝設計的最終環(huán)節(jié)，應該加強行程定位、布局的優(yōu)化設計，確保各部件裝配位置的合理性，提高裝配精準度，切實發(fā)揮這一技術的應用優(yōu)勢。在定位單元行程過程中，由于各柔性坐標定位單元的X/Y/Z行程與待裝配對象種類及其在工裝坐標系中的擺放位置關系有關，因此可以通過建立工裝坐標系、獲取XOY基礎平面上投影等多道工序，對各自由度運動行程進行修改，就可以實現(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)行機構自由度行程及尺寸，降低生產(chǎn)成本。

3.結語

飛機裝配工裝是一個根據(jù)產(chǎn)品的設計與制造需求，支撐并定位產(chǎn)品零部件，使其保持預設相對位置關系的過程。在傳統(tǒng)的飛機裝配工裝中，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)品設計更新是也需要相應地調整工裝，耗費時間較長，嚴重阻礙了飛機的快速生產(chǎn)[5]。飛機柔性裝配工裝設計的出現(xiàn)，有效解決了這一問題，為飛機的快速生產(chǎn)準備提供了技術支持。在柔性裝配工裝設計過程中，為了進一步保障設計的合理性，需要經(jīng)歷多個步驟，建立技術評價模型，根據(jù)產(chǎn)品需求合理設置設計參數(shù)，這樣能夠有效保障技術應用價值，同時為裝備發(fā)展規(guī)劃的制定及裝備技術水平的提升提供有效的決策參考。

參考文獻：

[1]王新，張毅，趙銳霞.無余量裝配技術在復合材料機身結構部段上的應用[J].航空制造技術，2017，04：106-109.

[2]孫永杰，田威，廖文和，劉明爽.機身骨架裝配柔性工裝設計[J].航空制造技術，2017，07：86-91.

[3]李維亮，楊京京，周良明.基于模塊化設計的柔性裝配工裝關鍵技術研究[J].機床與液壓，2016，04：14-17.

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

[5]王巍，谷天慧，俞鴻均.某型飛機垂尾壁板類柔性工裝設計[J].航空制造技術，2016，12：66-70.endprint