壁板组件柔性装配工装技术

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1、壁板组件柔性装配工装技术米ToolingTechnologyofFlexibleAssemblyforPanelComponent西北工业大学机电学院王仲奇王赢郭飞燕康永刚李西宁王仲奇教授。博士生导师。现任先进近净成形与模具制造共性技术产学研联盟专家委员会成员、中国航空学会工艺专业委员会会员、数控制造技术航空科技重点实验室客座教授。主要从事飞机制造工艺与装备数字化技术、集成制造技术、塑性成形过程模拟与控制技术以及飞机装配数字化技术的研究。先后承担国家自然科学基金、863基金、国家科技支撑计划、航空基金、国防基础科研、总装预研以及型

2、号研制项目30余项。获国防科学技术二等奖两项、陕西省科学技术二等奖1项、陕西省教学成果一等奖1项。陕西省精品课程《金属塑性成形原理》负责人。}国家科技支撑计划项目(2011BAFl3803、2011BAFl3807)资助。44航空制造技术-2013年第12期为解决当前飞机壁板类组件装配工装重构性弱、定位精度低，通用性差及卡板依赖性强等问题，本文根据机身壁板的结构，分析其装配需求，采用N-2-1的定位方法，研制了面向机身壁板的数字化柔性装配工装。飞机装配具有零件形状复杂、气动外形要求严格及精度要求高等特点，必须使用大量的工艺装配型架

3、(简称工装)来保证装配质量⋯。壁板类组件是构成飞机气动外形的主要结构件，具有尺寸大、刚度低、制造和装配精度高等特点，其装配精度直接影响后续机身、机翼部装和总装的装配质量，是保证飞机装配精确的基础‘2卅。针对壁板类组件的装配，国外多采用多点阵真空吸盘柔性工装，采用“N一2—1”的定位方法，通过控制吸盘的三维移动定位，生成与壁板组件曲面完全符合并且分布均匀的吸附点阵，从而精确可靠地定位和夹持壁板[5-9]o目前，国内在实际生产中仍然大量使用“一对一”式的传统刚性工装，采用卡板以内／外形定位的方式定位壁板组件，每套壁板组件对应的工装都需

4、单独设计制造，工装缺乏对壁板产品变化的快速响应能力，工装制造成本高、准备周期长、误差累积较大【3卅。针对这一问题，柔性壁板装配工装在现实中已经得到初步应用呷。151：王亮等[101提出了一种卡板定位支点可重构的数控柔性多点型架的方法，通过移动卡板装配点位置，结合可更换的卡板，实现在飞机装配中一个型架用于多种壁板类组件的装配模式，但其仍采用大量外形卡板的定位方式，延续的仍是传统刚性工装的设计思路，当产品对象更改时，更换后的卡板工作外形安装精度难以保证，装配准确度较低；李东升等【l”描述了一种行列吸盘式壁板装配柔性工装，工装中的每个吸

5、盘在电机控制下能够实现空间三维的精确定位，构成不同外形点阵可满足对各种外形壁板的吸附定位。虽然不再使用卡板定位，能够满足数字化、柔性化装配要求，但结构过于复杂，制柔性工装技术造安装困难，另外，x和Z向移动通过同步带传动，导致外廓尺寸较大，同时同步带齿易折断、磨损，需经常更换。Lu【l41、陆俊百¨51等对用于飞行器薄壁件柔性工装定位阵列优化自动生成进行研究，通过分析系统结构和运行原理，采用“N一2—1”的定位方法，解决了工装定位曲面的快速生成和相应的优化控制等关键技术，已应用于大型薄壁件的加工。为解决当前飞机壁板类组件装配工装重构

6、性弱、定位精度低、通用性差及卡板依赖性强等问题，本文根据机身壁板的结构，分析其装配需求，采用“N一2—1”的定位方法，研制了面向机身壁板的数字化柔性装配工装。通过设计相关承载立柱，采用专用定位器夹持壁板边界，由多个真空吸盘吸附壁板内表面，并使用PLC+IPC(可编程控制器+工业计算机)的控制系统，驱动伺服电机运动调整定位器和吸盘的定位布局，实现了机身壁板装配的数字化和柔性化。机身壁板装配需求分析机身壁板主要由蒙皮、长桁等弱刚性薄壁件组成，按照特定的位置关系铆接成为一个整体结构。蒙皮作为壁板的主要构件，为刚性较差的弹性薄壁件，具有尺

7、寸大、形状复杂及易变形的特点，需用定位器保持其外形轮廓；长桁一般为“z”形或“J”结构，在长桁外形面及蒙皮上取预装配孑L，按装配孑L沿蒙皮母线方向定位装配[I-310结合数字化、柔性化装配的要求，使用数字量的尺寸与形状传递方式，采用钻孑L机器人完成蒙皮与长桁的制孔，实现不同曲率机身壁板对象组成零件的预装配定位工作，以保证飞机壁板的高精度装配要求，文中根据机身壁板结构特点，为实现不同壁板定位布局的快速转换，满足不同壁板的定位需求，机身壁板组件柔性装配需求如下：(1)根据壁板在工装中定位完成后，采用钻孔机器人完成蒙皮与长桁制孑L时的开

8、敞性需求，需以蒙皮内形为装配基准，采用内定位的装配定位方式。(2)为满足壁板在工装上定位的稳定性，采用“N一2—1”的定位方法(壁板内表面由多个蒙皮内形定位点进行精确定位，壁板下侧水平边界由两个定位点进行定位，壁板竖直边界由一个定位点进行定位)，在