探究飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

探究飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

摘要航天和航空工业牵涉到非常多专业和学科，属于富集高新技术的行业。当今，发达国家为了使先进航天航空产品的性能提高，普遍地应用大尺度与整体构造的薄壁件，像是飞机的蒙皮与骨架。为此，本文阐述了飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术。

关键词飞行器；薄壁件；制造；柔性工装

当前形势下，全面地分析柔性工装的技术、方法、理论，且以此作为前提条件研发与应用柔性工装产品，有利于飞行器制造一系列问题的解决，以及推动国内航天和航空工业的进步，有着重大的现实价值。

1 离散单元面组成可变定位/支承曲面的实现技术

为了结合弹性曲面定位原理对有着柔性飞行器薄壁件工装进行开发，务必处理工装定位/支承曲面生成柔性问题。处理这种问题的技术和原理是，借助M×N 个离散小单元面阵列包络的形成组合而成对应工件表面的工装定位/支承表面。因为这样是离散的工装定位/支承表面，能够调节所有的单元面。为此，基于计算机的控制影响之下，能够跟要求使异样的定位/支承包络曲面形成，即能准确地支承和定位形状不一的大型薄壁件。如此一来，一种工装能够加工各种工件，进而使弹性大型薄壁件的柔性制造实现[1]。

2 基于弹性曲面定位原理的技术

飞行器大型薄壁件是弹性的大尺度零件，以及其属于自由表面曲面的表面，跟通常的机械产品具备的容易定位的常规表面（圆柱面、平面等）不同，传统的面向刚体的六点定位原理难以对定位这种工件的问题进行有效的解决，也难以根据如此的原理对弹性曲面工件柔性工装系统进行设计。为了处理这种问题，要求分析面向弹性的大型薄壁件弹性曲面定位原理，且结合原理开来开发飞行器薄壁件柔性工装。为此，解决六点定位原理的不足之处，创建新型的面向弹性大型薄壁件弹性曲面定位原理，这属于开发柔性工装务必处理的理论性问题。具备了这种理论，才能够有效地突破飞行器薄壁件制造的柔性工装技术[2]。

3 动态地调度与理想地规划定位/支承阵列布局技术

为了有效地应用定位/支承单元总数（系统资源），尽量地控制变形的工件，要求分析最为理想的规划，从而科学地布局分布的定位/支承曲面包络点。这种技术的实质是基于工艺人员与理论模型的热值，分析与预测加工过程中的工件受热变形与受力变形等要素，从而对最为理想的定位/支承单元布局进行求解。在运行的时候，有效地借助动态变形控制技术，结合工装与工件的温度改变和受力现状等状况，动态地调度布局的柔性定位/支承曲面包络点，也就是结合实际的工件改变现状，动态地调整定位/支承点位置，进而减小变形形成的加工误差。

4 实现一体化的定位/支承/固定技术

大型薄壁件的固定、支承、定位不可分割，要求实施一体化的技术。而借助万向真空吸头（有着支承和定位的作用）属于有效的处理措施。能够旋转很大角度的万向真空吸盘安装在真空吸头上，这种吸盘能够自主地接触工件与变化方向，进而自动地适应固定薄壁曲面工件。精密定位元件安装在真空吸头的中心，这是为了固定工件。真空吸头主体是能够旋转各种方向的精密机械构造，传感设备与真空管路安装在里面。在一系列真空吸头上安装工件之后，先是借助外部压力或者是工件的自重确保真空吸盘自动地进行调整适应，确保工件法线和吸盘轴线的统一性，有效地贴合工件和吸盘。再借助吸头当中的定位元件对加工空间当中工件的位置进行约束，从而整体支撑和定位工件。最后，通过计算机对真空吸附系统进行控制，从而固定工件。

5 无基准自动定位技术

不少时候，通过拉形工艺形成的薄壁件半成品都缺少定位孔（精确定位基准），这为以后的切边和开窗等切削加工非常不利。为了处理这种情况，能够借助无基准自动定位系统实现定位的自动化。无基准自动定位系统的组成部分是执行设备、引导定位软件、传感器阵列、控制计算机、处理信息单元等，传感阵列的组成部分是M×N 个定位传感球。传感球在真空吸头当中，用于检测工件跟它的接触。传感球阵列能够得到工件接触点的状态信息与分布信息。定位引导软件的功能是分析传感信息，且结合弹性曲面定位原理对信息进行求解调整。控制计算机结合信息的调整来协调工装或者是工件，就能够在定位/ 支承阵列精确地定位工件。

6 信息集成以及网络化控制技术

基于阵列式构造的薄壁件制造柔性工装系统的组成是数十个上百个定位/支承单元。倘若每一个单元的运动部件是2——3个，那么要求开展的运动轴数是数百个，这样就具备了非常大的控制系统规模。倘若借助点至点通信控制，那么不但难以维护、施工系数高、费用多，而且接插件多喝接线量大，这会导致系统难以稳定地运行。新发展的实时以太网技术为处理柔性工装系统的信息集成与通信控制提供了新的方式。实时以太网基于太网构造的物理层，数据链路层借助帧格式（跟以太网一样），有着非常显著的经济和技术优势。因为历经几十年技术市场推动和竞争考验，在世界领域以太网依旧处在优势位置，变成了当前计算机网络事实上跟主流上的一致性指标。以太网通信速率不但有前兆，还有万兆，以及有着费用少、稳定性强、通用性良好的特点。为此，实时以太网立足于发展的以太网能够使柔性工装系统的高效控制与信息通信问题解决。在这个前提条件下，还能够确保飞行器制造企业 E 网到底的实现，也就是其能够向企业场地装置控制层持续延伸，从而有效地集成监测、生产、技术、管理、控制等，最终跟企业的ERP系统及时地连接物流运输、质量控制、数据采集，在相同的网络下对一致的技术数据库与生产数据库进行访问，不但实现生产控制和上层管理，而且使企业的运行效益提升[3]。

7 结语

总而言之，针对制造飞行器大型薄壁件而言，工艺装备的功能十分重要，甚至起着决定性的影响作用。飞行器制造技术将来的发展方向是集成装配与制造的全过程数字化柔性制造技术，希望业界引起高度的关注，以及增加开发和应用的投入，从而加速研发和抢占技术先机。

参考文献

[1] 刘岑.航空薄壁件加工变形研究与分析——橡胶材料在发动机中的应用[J].橡塑技术与装备，2015，（18）：16-17.

[2] 刘仁春，严世宝，袁健.航空钛合金薄壁件加工工艺[J].金属加工（冷加工），2014，（01）：37-38.

[3] 叶建友，吕彦明，李强，等.基于射流支撑的薄壁件加工变形补偿分析[J].机械设计与研究，2014，（03）：57-57.