飞机柔性装配工装设计分析

飞机柔性装配工装设计分析

作者：孙晓光

来源：《科学与财富》2017年第25期

摘要：飞机柔性装配工整技术，是数字化技术发展的产物，实现了不同形状、特征的统一结构族多部件的装配。目前来说，飞机柔性装配工装技术已经广泛应用在生产实践中，国外对于相关技术领域的理论研究较为成熟，科学工作者提出了可重构柔性工装、决定性装配等多种装配方式，而我国目前针对不同的飞机产品，也设计出了行列吸盘式壁板柔性装配工装等多种实践性工艺，促进了我国飞机制造业的发展。为了进一步保障技术应用效果，在设计分析过程中，首先需要进行目标产品设计特点分析，了解柔性定位特点，确定柔性定位器功能，加强定位执行末端的设计，在最终环节定位单元行程，进行布局优化。

关键词：飞机；柔性装配工装设计；分析

飞机是目前应用于交通运输领域较为先进的一种交通工具，其生产制造水平对于国家经济发展有着较大影响。随着飞机制造行业的发展，其制造理论体系不断完善，制作工艺水平不断提升，柔性装配工装关键技术是基于数字化技术开发出来的一种飞机新型生产技术，能够通过调整飞机零件尺寸实现重组设计，形成一个数字化、自动化的工装系统，对于提高飞机制作水平具有积极意义[1]。在传统的飞机装配工装中，一旦产品设计调整，工装调整耗费时间较长，使用柔性装配工装设计技术，只要是同一结构族的装配工程，即使是尺寸、形状不同的多个部件，也可以统一完成装配，这样能够有效缩短飞机装配工装的设计与制造周期。

1.飞机柔性装配工装设计现状分析

目前，柔性工装技术在国外飞机装配工装中广泛应用，主要的施工技术理论有：①适用于含有大曲率或复杂形状工件定位的柔性工装技术。通过控制真空吸盘生成吸附点阵，可保证装配工件曲面外形一致，在进行钻孔、铆接等工作时可有效固定住工件，保证定位的精准性；②主要用于机翼装配的可重构柔性工装技术。由标准量和装配造型架构成工装静态框架，并在其主梁上安装动态模块，能够实现使定位夹紧器的精准控制；③主要用于机翼与翼梁装配中的决定性装配方法（DA）。该技术通过合理的设计与紧密的加工，降低了常规工艺设备使用率，降低了飞机装配对于型架的依赖性；④主要用于翼身对接的定位系统，通过定位单元的重用实现新的飞机部件的柔性装配[2]。

我国在柔性装配技术的研究水平也处于世界领先地位，针对国内不同的飞机产品，出现了不同类型的施工技术，比如说行列吸盘式壁板柔性装配工装，用于机身部件、翼面类部件、机翼翼盒装配等，这些技术体系都已经比较完善，在生产实践中得到了广泛的应用。在飞机装配工装中，设计方案的频繁更改是难免的，但是这样会延长工装调整的时间，是飞机快速生产的一个瓶颈，潘志毅等人针对这一问题，通过对主几何层、源控制几何层等进行综合运算建立了型架变型设计模型，有效解决了这一问题。

2.飞机柔性装配工装具体设计分析

2.1目标产品设计特点分析

飞机柔性装配工装设计的出发点，在于产品需求，因此在设计之前，首先需要根据产品制造理念选择设计模型，综合分析模型结构特点，通过阅读文献、搜查资料等方式，借鉴以往成功的设计方案及其理念，明确目标产品的基本特征，并以此为基础，严格按照飞机飞机柔性装配工装设计分析的流程，进行装配协调，进一步提升装配精度，使得多装配构件间能够保持一致协调的精准度，在缩短装配工装设计与制造周期的同时，实现装配基准。

2.2明晰柔性定位特点

对目标产品进行工艺分析，划分工艺分离面，建立产品结构树，将外形准确度、交点准确度等所必须保证的产品顶层关键特征为顶点，向下逐级传递分解直至零件级，标注出关键型面、结构交点等装配准确度影响要素的协调关系或特征，形成初始定位特征集，并与装配工装定位特征对应起来。在产品设计数学模型中，可以获取产品零部件或工装的关键特征信息，包括外形轮廓、结构尺寸、空间位置与相对位置关系等，再根据结构几何信息推断出与定位特征相对应的特征元，获取相关的尺寸约束及配合约束信息。

2.3确定柔性定位器功能

在飞机柔性装配工装系统中，一套工装具备多装配构建的柔性定位功能，其关键就在于模块化柔性定位器的应用，该设备通过3个坐标可实现6甚至8自由度运动[3]。柔性定位器有多种类型，不同类型有不同的优缺点，适用于不同的场合，比如说XYZ型，具有立柱稳定性好、易于安装调试的作用，但是占据较大的底层空间，一般适用于端部定位及正下方定位的工装设备。在选择柔性定位器时，应以满足柔性工装的结构简约性与空间开敞性为基本要求，针对产品零件的结构特征及相对位置关系，筛选出柔性定位特征，合理选择。与此同时，为了进一步提高飞机制造的安全性，应尽量提高柔性设计的稳定性与精确度，减小设计数据误差。

2.4定位执行末端的设计

定位执行末端包括两个主要构件：①外形定位件，具有确定飞机部件的气动力外形的作用；②接头定位件，能够保证各外形定位件互换和对接接头的协调性。在选择定位执行末端的设计基准，应综合考虑到制造可行性、装配操作开敞性、结构刚度等多个要素，针对目标产品的几何特征，采用合理的定位方法，明确定位执行末端的结构信息和定位特征，确保所选设计方式能够确定满足所有关键特征定位功能，且定位执行末端数量最低，实现定位功能的高度集成，如若无法实现高度集成的目标，则可以通过设置专用定位器等方式加以解决。

2.5定位单元行程与布局优化

正所谓细节决定成败，在飞机柔性装配工装设计的最终环节，应该加强行程定位、布局的优化设计，确保各部件装配位置的合理性，提高装配精准度，切实发挥这一技术的应用优势。在定位单元行程过程中，由于各柔性坐标定位单元的X/Y/Z行程与待装配对象种类及其在工装坐标系中的摆放位置关系有关，因此可以通过建立工装坐标系、获取XOY基础平面上投影等多道工序，对各自由度运动行程进行修改，就可以实现行程与布局的优化[4]。这一步骤能够提高装配操作的开敞性，同时降低定位执行机构自由度行程及尺寸，降低生产成本。

3.结语

飞机装配工装是一个根据产品的设计与制造需求，支撑并定位产品零部件，使其保持预设相对位置关系的过程。在传统的飞机装配工装中，每一个部件的装配操作过程至少需要一个专用的刚性装配工装，因此在产品设计更新是也需要相应地调整工装，耗费时间较长，严重阻碍了飞机的快速生产[5]。飞机柔性装配工装设计的出现，有效解决了这一问题，为飞机的快速生产准备提供了技术支持。在柔性装配工装设计过程中，为了进一步保障设计的合理性，需要经历多个步骤，建立技术评价模型，根据产品需求合理设置设计参数，这样能够有效保障技术应用价值，同时为装备发展规划的制定及装备技术水平的提升提供有效的决策参考。

参考文献：

[1]王新，张毅，赵锐霞.无余量装配技术在复合材料机身结构部段上的应用[J].航空制造技术，2017，04：106-109.

[2]孙永杰，田威，廖文和，刘明爽.机身骨架装配柔性工装设计[J].航空制造技术，2017，07：86-91.

[3]李维亮，杨京京，周良明.基于模块化设计的柔性装配工装关键技术研究[J].机床与液压，2016，04：14-17.

[4]胡玉龙，王仲奇，李西宁，康永刚.基于ELM的飞机数字化装配定位运动模型[J].航空学报，2016，04：1374-1383.

[5]王巍，谷天慧，俞鸿均.某型飞机垂尾壁板类柔性工装设计[J].航空制造技术，2016，12：66-70.