飛行器大型薄壁件制造的柔性工裝技術(shù)探究

劉博元

西安明德理工學(xué)院 陜西 西安 710124

引言

作為飛行器中的關(guān)鍵零部件，薄壁零件的制造一直是困擾制造企業(yè)的難題。薄壁零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形態(tài)多樣，且大多是小批量多品種零件，其厚度小，加工過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)變形等特點(diǎn)[1]，因此多年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)薄壁零件的制造技術(shù)進(jìn)行了大量研究，鑒于此，本文對(duì)飛行器大型薄壁零件的柔性工裝技術(shù)進(jìn)行研究，為提升薄壁零件的制造和加工技術(shù)提供理論支撐[2]。

1 國(guó)內(nèi)外薄壁零件制造工程現(xiàn)狀分析

（1）國(guó)外薄壁零件制造工程。美、德、日等國(guó)家對(duì)薄壁零件的制造研究投入了大量的精力和經(jīng)費(fèi)，各類新技術(shù)和柔性工裝設(shè)備被大批量開發(fā)出來。其中以美國(guó)RI公司制造的柔性機(jī)器人最具代表性，此裝置已經(jīng)成功應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身零部件的裝配工序中，另外，法國(guó)Dufieux Industrie公司研制的鏡像銑削系統(tǒng)，也已成功應(yīng)用于蒙皮類零部件的銑削加工過程中[3]。

（2）國(guó)內(nèi)薄壁零件制造工程。國(guó)內(nèi)方面，在個(gè)別領(lǐng)域也已取得了一定的研究成果，部分大型零部件制造柔性工裝也已得到應(yīng)用。研究從兩個(gè)層面出發(fā)，一方面科研院校和專業(yè)機(jī)構(gòu)，針對(duì)柔性工藝開展深入研究，例如吉林大學(xué)在前期研究基礎(chǔ)上，研制出了各類規(guī)格的多點(diǎn)成形裝置，并設(shè)計(jì)了可以成功在CAD系統(tǒng)中計(jì)算沖頭接觸點(diǎn)的有效算法，大幅提升了設(shè)備的制造效率。企業(yè)研究注重實(shí)用性，大多是從企業(yè)加工零件的自身特點(diǎn)出發(fā)，研制出了可適應(yīng)企業(yè)大批量生產(chǎn)零件的，相比于科研機(jī)構(gòu)，其實(shí)用性較強(qiáng)，但普適性較差。

2 大型薄壁零件制造柔性工裝技術(shù)

大型薄壁零件制造主要分為三個(gè)階段，一是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是加工過程控制，三是零件裝配。并且大多數(shù)航空類零件，是鈦合金材料，其切削性能比較差，是最難加工的材料之一。加工和裝配過程中，需要的工件材料、設(shè)備、刀具、工裝夾具、切削工藝參數(shù)、裝配工藝均是影響大型薄壁零件質(zhì)量問題的要素。然而經(jīng)過大量加工和裝配經(jīng)驗(yàn)分析可知，刀具和工裝的聯(lián)動(dòng)性，裝配的柔性，變形的控制技術(shù)是影響薄壁類零件的最三個(gè)主要因素[4]。

（1）新型工裝系統(tǒng)。新型工裝系統(tǒng)的核心技術(shù)是借助機(jī)床和工裝間的信息傳遞，實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)控制和矯正。簡(jiǎn)單來講，借助多點(diǎn)柔性工裝技術(shù)中的傳感器技術(shù)，可以檢測(cè)工裝不同部位的受力值，隨后將值傳遞至計(jì)算機(jī)的分析模塊，分析結(jié)果傳遞至指令模塊后，指令模塊會(huì)發(fā)出指令指揮機(jī)器人做出運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工裝部件運(yùn)動(dòng)方式的調(diào)整，使得加工系統(tǒng)中實(shí)時(shí)處于最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

（2）智能預(yù)測(cè)成形技術(shù)?；貜梿栴}一直是薄壁類零件加工過程中的遇到的重要問題之一，此類問題嚴(yán)重影響了薄壁零件的制造效率，也是實(shí)際生產(chǎn)過程中工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一線人員時(shí)常遇到的難題。國(guó)內(nèi)很早便建立了專業(yè)研究團(tuán)隊(duì)，開展大量技術(shù)類攻關(guān)工作，研究了基于智能技術(shù)的成形預(yù)測(cè)技術(shù)，這一技術(shù)可以有效解決薄壁類零件的回彈現(xiàn)象。在國(guó)內(nèi)某電子類關(guān)鍵零件制造企業(yè)，已經(jīng)將智能化閉環(huán)預(yù)測(cè)成形技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程中，且已經(jīng)將數(shù)學(xué)模型、人工智能結(jié)合起來，并對(duì)生產(chǎn)過程中的回彈值進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)判，達(dá)到精準(zhǔn)控制的目的。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，此種方法可以有效解決回彈帶來的問題，從而提高了成形的精度和最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

（3）自動(dòng)化柔性裝配技術(shù)。上述兩種裝配技術(shù)主要面向薄壁類零件的加工過程中，然而在薄壁零件的裝配過程中，國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)仍然采用人工裝配方法。人工裝配有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是裝配質(zhì)量不穩(wěn)定，二是裝配效率不高。加之一線裝配工人的工作壓力較大，整個(gè)行業(yè)的健康穩(wěn)定程度較差?；诖耍瑖?guó)內(nèi)某些研究部門進(jìn)行了大量工程類實(shí)驗(yàn)，研究出了基于數(shù)字化和自動(dòng)化技術(shù)的柔性裝配技術(shù)，發(fā)明了自動(dòng)化裝配裝置。此項(xiàng)技術(shù)獎(jiǎng)數(shù)字化和柔性裝配技術(shù)柔和在一起，為行業(yè)發(fā)展提供了一條新道路。在此種技術(shù)之上，結(jié)合柔性物流技術(shù)，還可以對(duì)生產(chǎn)過程中大型薄壁類零件的變形問題進(jìn)行有效解決，和基于智能機(jī)器人的自動(dòng)化裝配系統(tǒng)結(jié)合，可有效提升薄壁類零件制造過程的柔性化和自動(dòng)化?；谧镄械臄?shù)字化技術(shù)，可以最大程度的保障生產(chǎn)過程中裝配施工建設(shè)的質(zhì)量，提升薄壁類零件的商業(yè)價(jià)值和社會(huì)效益，推進(jìn)行業(yè)的快速發(fā)展。

除以上技術(shù)以外，對(duì)于刀具材料的選擇、工藝參數(shù)的選擇等問題也是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)，各大高校已經(jīng)研究出了基于知識(shí)推理技術(shù)的薄壁類零件加工過程中的刀具選擇、工藝參數(shù)選擇系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的使用，為工藝設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)薄壁類零件的材料類型、各類熱學(xué)屬性、力學(xué)屬性，形成問題，然后借助知識(shí)庫(kù)自動(dòng)形成薄壁類零件的加工工藝，為工藝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)提供決策知識(shí)支持。同時(shí)，為加工鈦合金等材料，近年來各大高校已經(jīng)逐步開展刀具表面薄膜生長(zhǎng)技術(shù)研究，如金剛石薄膜技術(shù)便得到了廣泛研究，也為柔性裝配技術(shù)提供了很好的支撐。

3 結(jié)束語

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的提升，航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，飛機(jī)出行已成為居民出行的首選，大型薄壁類零件的制造技術(shù)研究成為熱點(diǎn)。近年來國(guó)內(nèi)外在裝配、加工和設(shè)計(jì)等方面開展了廣泛研究，在刀具、材料等方面的研究也在開展。未來研究高效率、高質(zhì)量、低變形的裝配技術(shù)是趨勢(shì)，智能化和信息技術(shù)必將在未來的柔性工裝研究技術(shù)中占據(jù)主導(dǎo)地位。