飛機柔性裝配工裝關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢分析

劉娜 沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司

飛機柔性裝配技術(shù)在我國飛機制造業(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，闡述了飛機裝配工裝的特點、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、飛機裝配工裝的特點和作用

傳統(tǒng)飛機的結(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。是飛機制造的重要環(huán)節(jié)。為實現(xiàn)飛機組件、部件的剛度需求，保證裝配協(xié)調(diào)和外形準確，飛機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，只能用于一種機型零件或部件的加工和裝配。傳統(tǒng)飛機裝配工裝的作用：1、定位夾緊：通過基孔、基線、基軸等方式進行定位，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，在連接時都會產(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)飛機裝配工裝特點：1、專用性：針對不同機型的組件、部件專門設(shè)計制造的工藝裝備。2、相互協(xié)調(diào)：一個部件的裝配工作需要的多個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、準確性：通過外形準確度、位置準確度和表面流線平滑度來體現(xiàn)。①外形準確度：通過檢驗型架或裝配型架上的等距檢驗卡板進行檢驗，來保證外形誤差在設(shè)計要求的范圍內(nèi)。②位置準確度：飛機零件，部件的位置準確度是相對基準軸線的位置要求，是實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、螺接等方式進行連接時，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)字化信息對飛機尺寸進行自動調(diào)整，對飛機設(shè)計進行自動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，控制等手段動態(tài)生成工裝定位模塊，實現(xiàn)一套工裝用于多機型，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：（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行信息重組，可以完成多型號飛機的裝配任務(wù)。（2）工裝實物的減少帶來飛機成本的降低。（3）對生產(chǎn)需求有快速反應(yīng)應(yīng)變能力，對新研機型可以快速提供裝備，縮短工藝準備周期。（4）運用靈活，產(chǎn)能靈活。因此，柔性裝配工裝在飛機制造工程中應(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陣真空吸盤式定位和行列式定位。多點陣真空吸盤式的定位是通過伺服電機驅(qū)動，使能夠沿空間X、Y、Z三個方向運動的帶真空吸盤的立柱模塊受控移動、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陣系統(tǒng)。當(dāng)產(chǎn)品外形發(fā)生改變時，定位點陣也會隨外形的改變而自動變化并調(diào)整。帶真空吸盤式的柔性裝配工裝更適用于機身板面結(jié)構(gòu)組件的裝配。2、行列式的定位立柱模塊以行列式獨立排列分布。通過立柱模塊兒上的三維移動調(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)計完成后，需要對其結(jié)構(gòu)的承力部件進行力學(xué)的模擬仿真。經(jīng)分析核準承力部件強度、剛度及穩(wěn)定性后，結(jié)合裝配工裝操作平臺的特點對其進行輕量化處理，使柔性裝配工裝結(jié)構(gòu)得以簡化，實現(xiàn)柔性裝配工裝快速精準的仿真。這是仿真的目的之一。目的之二就是模擬飛機產(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)品的進出是否順暢等裝配關(guān)系。在仿真測試實驗中，按照工裝的技術(shù)要求，將仿真實驗與工裝進行整合。通過仿真測試明確工裝的精確度控制要求，滿足飛機裝配技術(shù)控制實踐需求，實現(xiàn)飛機制造及設(shè)計應(yīng)用能力的提升。

（三）自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)主要由定位組件，激光測量系統(tǒng)，計算機軟件系統(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)進行測量，并將整體綜合數(shù)據(jù)傳遞給計算機軟件系統(tǒng)。計算機軟件系統(tǒng)對激光測量系統(tǒng)傳來的信息進行對比和核算，進行系統(tǒng)編程操作，通過控制系統(tǒng)伺服驅(qū)動電機將定位組件按計算機輸入的預(yù)定運行軌跡移動到相應(yīng)位置，并進行自動的微調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)飛機部件的定位、夾緊和裝配。柔性裝配工裝的自動控制技術(shù)在很大程度上降低了人的體力勞動，輔助了人的腦力活動。實現(xiàn)飛機制造過程中人、機、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、飛機柔性裝配技術(shù)發(fā)展趨勢的展望

當(dāng)前，國內(nèi)飛機產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計與零件制造技術(shù)發(fā)展迅速，但是裝配技術(shù)作為飛機制造的關(guān)鍵和重要環(huán)節(jié)，還停留在二、三代機的制造水平，已成為飛機型號快速研制和生產(chǎn)的瓶頸?，F(xiàn)代柔性裝配技術(shù)取代傳統(tǒng)裝配技術(shù)已經(jīng)成為時代所趨，各種部件的精準制造為飛機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，擴大柔性裝配工裝的數(shù)字化優(yōu)點，便于更早解決飛機裝配中遇到的困難和瓶頸，是滿足現(xiàn)代飛機制造業(yè)需求的必然趨勢。

五、結(jié)語

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