飛機(jī)部件裝配數(shù)字化柔性工裝技術(shù)研究

鄧長(zhǎng)喜 惠盼飛

摘 要 隨著近幾年我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)飛機(jī)的需求越來(lái)越大，飛機(jī)在推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們出行等方面有著非常重要的作用，這就對(duì)飛機(jī)部件裝配技術(shù)提出了更高要求。因此為了滿足新一代飛機(jī)機(jī)身零部件數(shù)字化柔性裝配需求，基于柔性模具技術(shù)，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出柔性數(shù)字化裝配系統(tǒng)，進(jìn)而確保數(shù)字化柔性工裝技術(shù)在飛機(jī)部件裝配過(guò)程得到有效應(yīng)用?；诖?，本文就對(duì)該技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的研究分析，不斷優(yōu)化完善裝配技術(shù)，確保柔性模具技術(shù)得到更有效應(yīng)用，從建立數(shù)字化的柔性裝配線到實(shí)現(xiàn)下一代飛機(jī)的所有數(shù)字化裝配都有所敘述。

關(guān)鍵詞 機(jī)部件 裝配數(shù)字化 柔性工裝技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：V262.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）05-0016-02

1 前言

在飛機(jī)零件裝配過(guò)程中，根據(jù)數(shù)值模型和相關(guān)技術(shù)要求，將大量的飛機(jī)零件從一個(gè)零件組合到另一個(gè)零件，分段零件也是零件的成形過(guò)程。飛機(jī)裝配過(guò)程中需要大量的裝配工裝技術(shù)，服裝在飛機(jī)裝配中起著重要的作用。傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配方式主要采用特殊的剛性工裝技術(shù)。但是工裝技術(shù)面積大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，制造成本高，我國(guó)相關(guān)部門(mén)對(duì)飛機(jī)壁板式柔性零件裝配工裝技術(shù)和大型零件柔性裝配工裝技術(shù)進(jìn)行了研究，并且取得了一定的成果。柔性工裝技術(shù)在飛機(jī)機(jī)身零件裝配中的研究和應(yīng)用還處于空白狀態(tài)。研究飛機(jī)零部件裝配用柔性工裝技術(shù)，以柔性裝配需求為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)飛機(jī)產(chǎn)品的全數(shù)字化制造和裝配，已迫在眉睫。本文以一系列飛機(jī)機(jī)身零件為應(yīng)用對(duì)象，完成了具有這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的機(jī)身零件裝配柔性數(shù)字化工作組合設(shè)計(jì)。

2 飛機(jī)裝配數(shù)字化柔性工裝技術(shù)技術(shù)

2.1 柔性數(shù)碼工裝技術(shù)的定義和組成

數(shù)字化飛機(jī)裝配柔性工裝技術(shù)的設(shè)計(jì)目的是提高工裝技術(shù)對(duì)產(chǎn)品變化的快速反應(yīng)能力，縮短工裝技術(shù)的準(zhǔn)備周期。柔性裝配技術(shù)是指柔性裝配工裝技術(shù)的設(shè)計(jì)和制造，這一系列基于應(yīng)用的技術(shù)形成了六連接的裝配系統(tǒng)。[1]自由度的變化取決于可調(diào)連接裝置的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，我們可以知道這種結(jié)構(gòu)有不同的配置和相應(yīng)的動(dòng)態(tài)模塊。動(dòng)態(tài)模塊是調(diào)整導(dǎo)向裝置或連接裝置，改變模塊狀態(tài)以滿足類(lèi)似產(chǎn)品的要求，如飛機(jī)壁板式柔性工裝技術(shù)的裝配，數(shù)字柔性組件可根據(jù)其功能模塊分解不同的組件。

2.2 柔性數(shù)控工具定位

與傳統(tǒng)的固定式刀位控制器相比，柔性數(shù)控刀的定位依賴于控制系統(tǒng)的控制，刀位數(shù)據(jù)由控制系統(tǒng)傳送執(zhí)行，具體過(guò)程如下。

首先，將定位數(shù)據(jù)以數(shù)字形式傳送到控制系統(tǒng)，靈活性控制系統(tǒng)以數(shù)字形式將定位數(shù)據(jù)傳送到定位執(zhí)行器;最后，定位通過(guò)定位執(zhí)行部件的數(shù)字運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的數(shù)字化傳遞，作為高精度的數(shù)字自動(dòng)控制裝置，完成伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)位置調(diào)整和移動(dòng)部件的定位，柔性工裝技術(shù)的定位過(guò)程是定位裝置的調(diào)整和控制，一般柔性工程定位裝置的圓周控制策略。

3 柔性模塊裝配工裝技術(shù)的結(jié)構(gòu)和原理

3.1 飛機(jī)零部件定位方法研究

以骨架和表皮為基礎(chǔ)的飛機(jī)零部件裝配定位有兩種典型的模型，大部分機(jī)翼零件都是以表皮為基礎(chǔ)的，大部分機(jī)身零件都是以骨架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，所以針對(duì)工程的機(jī)身零件的結(jié)構(gòu)?？紤]到唇部特征，工裝技術(shù)定位主要以框架為基礎(chǔ)，主要定位特征如下：飛機(jī)機(jī)身部件的結(jié)構(gòu)主要由框架式結(jié)構(gòu)組成，整個(gè)飛機(jī)零部件的支撐和定位，機(jī)身部件的組合定位主要的交點(diǎn)是鋼筋骨架，主要集中在重要大梁等主要承載結(jié)構(gòu)上，其他薄弱的剛性部件主要以主承載結(jié)構(gòu)為定位標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)上述定位特點(diǎn)，機(jī)體主要承載零部件和重要交叉點(diǎn)的裝配定位，以機(jī)體為對(duì)象的柔性要完成工裝技術(shù)的主要功能，本工程主要完成機(jī)體鋼筋骨架和交叉點(diǎn)的定位。

3.2 工裝技術(shù)結(jié)構(gòu)、原理分析

在分析定位方法的基礎(chǔ)上，機(jī)體總成柔性作業(yè)設(shè)備主要用于機(jī)體強(qiáng)化架的定位，加強(qiáng)架的定位主要基于球的定位，所示的裝配機(jī)械零件相關(guān)規(guī)則的靈活性工具是根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)的。柔韌性工具是腿式結(jié)構(gòu)，每個(gè)橫桿上設(shè)有坐席測(cè)量?jī)x，通過(guò)控制機(jī)床上下橫梁上的定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的調(diào)整是數(shù)字控制機(jī)床定位的工作原理。[2]另外，針對(duì)飛機(jī)不同的型號(hào)，通過(guò)對(duì)定位器的調(diào)整和改造，特殊需求定位部分采用部分特殊的拆卸結(jié)構(gòu)，使模具實(shí)現(xiàn)靈活性功能，滿足多功能套裝需求。

4 機(jī)身部件裝配柔性工裝技術(shù)設(shè)計(jì)

機(jī)器系統(tǒng)基于柔性工裝技術(shù)。根據(jù)柔性工裝技術(shù)的工作原理，該結(jié)構(gòu)主要由靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)位置決策器組成。動(dòng)態(tài)位置決策器在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中的正確運(yùn)動(dòng)和柔性工裝技術(shù)的油液實(shí)現(xiàn)了柔性定位功能，因此靜態(tài)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)定位器是柔性機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因?yàn)楣ぱb技術(shù)上的定位器很多，柔性工裝技術(shù)控制系統(tǒng)是柔性工裝技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。

4.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，主要分為以下兩種設(shè)計(jì)：動(dòng)態(tài)定位器、靜態(tài)結(jié)構(gòu)。柔性工裝技術(shù)的靜力結(jié)構(gòu)主要采用桁架式結(jié)構(gòu)，由標(biāo)準(zhǔn)型鋼管焊接而成，具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，良好的開(kāi)度和動(dòng)態(tài)位置。為提高工裝技術(shù)系統(tǒng)的可靠性，可降低工裝技術(shù)的制造成本和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，接受電控系統(tǒng)的指令，執(zhí)行方向動(dòng)作，采用調(diào)節(jié)滑板，可調(diào)節(jié)工裝技術(shù)的工裝技術(shù)。X方向的調(diào)整可以減少電機(jī)的使用量，兩個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相似，都是通過(guò)直線導(dǎo)軌和齒輪架的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也可以控制伺服電機(jī)的數(shù)量。

4.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)構(gòu)件組裝柔性工裝技術(shù)系統(tǒng)的原理，工裝技術(shù)控制系統(tǒng)完成了多個(gè)定位器的運(yùn)動(dòng)控制，所有定位器包括多個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)控制，因此運(yùn)動(dòng)控制屬于多軸控制范疇，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模具系統(tǒng)的正確控制為此，在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，多軸控制管理器，手持設(shè)備和智能數(shù)字伺服控制，包括通訊伺服電機(jī)以及各種輸入輸出開(kāi)關(guān)等，以智能數(shù)字伺服電機(jī)為終端，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，信號(hào)的輸入輸出和壓力檢測(cè)信號(hào)的處理，多軸管理者在現(xiàn)場(chǎng)總線中控制網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)和管理，多軸管理者實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過(guò)以通信接收命令數(shù)據(jù)。

4.3 組裝數(shù)據(jù)生成軟件開(kāi)發(fā)

為了準(zhǔn)確快速地獲取模具運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和裝配標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模具運(yùn)動(dòng)生成軟件，組裝數(shù)據(jù)生成軟件進(jìn)行模塊化功能設(shè)計(jì)。主要分為以下三種模塊：作業(yè)、裝配數(shù)據(jù)生成、裝配關(guān)鍵點(diǎn)操作，通過(guò)這些模塊的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)跟蹤數(shù)據(jù)的全自動(dòng)化計(jì)算，并對(duì)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，來(lái)對(duì)其可靠性、準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證，確保軟件界面的所有功能得到有效設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)飛機(jī)裝配用柔性數(shù)字式工裝技術(shù)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了下一代飛機(jī)機(jī)身零件裝配用柔性數(shù)字式工裝技術(shù)，采用靜態(tài)桁架框架結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，采用齒輪傳動(dòng)。實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件裝配用數(shù)字化柔性工裝技術(shù)的設(shè)計(jì)、研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用全過(guò)程的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，進(jìn)而使我國(guó)的柔性裝配技術(shù)得到有效的提升，提高飛機(jī)部件裝配工作效率。

另外一旦發(fā)生變化，輕量級(jí)模型的實(shí)際效果將自動(dòng)觸發(fā)，輕量級(jí)模型將被重發(fā)。[3]有效的模式在一定程度上取決于企業(yè)管理模式。通過(guò)輕量級(jí)模型，設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)更易于遠(yuǎn)程共享和通信，在企業(yè)內(nèi)部，可以建立不同部門(mén)間的遠(yuǎn)程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)和機(jī)制，提供信息共享環(huán)境。

6 結(jié)語(yǔ)

為了滿足新一代飛機(jī)機(jī)身零部件數(shù)字化柔性裝配需求，基于柔性模具技術(shù)，設(shè)計(jì)了飛機(jī)機(jī)身零部件的柔性數(shù)字化裝配系統(tǒng)，通過(guò)柔性數(shù)字化裝配模具及相關(guān)技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了柔性模具的機(jī)械化對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，可操作性強(qiáng)，適應(yīng)快速變化，是飛機(jī)數(shù)字化研究的基礎(chǔ)。深化全三維技術(shù)，為飛機(jī)的快速發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭洪杰，康曉峰，王亮，張書(shū)生，劉華東.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.

[2] 堵鵬.飛機(jī)部件裝配工藝數(shù)模構(gòu)建技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2012.

[3] 陜飛.飛機(jī)部件裝配進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代[J].國(guó)防制造技術(shù)，2014（01）：20.