机身部件数字化柔性装配技术

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1、髫谴坻一—一。．一一一。。；参——DigitalAssemblyTechnologyforLargeAircraft钐论坛F。RuMDigitalandFlexibleAssemblyTechnologyforFuselage北京航空航天大学机械工程及自动化学院翟雨农李东升王亮中航工业北京航空制造工程研究所张书生邹方中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司郭洪杰冯子明—j翟雨农北京航空航天大学博士研究生。研究方向为飞机柔性装配技术。飞机机身部件装配是根据尺寸协调原则，将框、桁梁、壁板、隔板及各类角片按

2、结构设计进行组合、连接的过程。其装配过程主要包括骨架装配、部件总装、外形检查等。机身部件装配精度直接影响后续大部件对接的装配质量，是保证飞机产品装配精度的重要环节。当前国内航空工业在机身部件装配中，仍主要采用传统的装配模％国防基础科研项目(A0520110016)、国际科技合作项目(2010DFB73280)资助。76航空制造技术·2013年第1／2期本文根据某飞机后机身部件的结构特点，立足于国内机身部件装配现状。设计确定了其数字化柔性装配工装的结构形式，研究了其数字化装配工艺过程，分析了数字化激

3、光测量系统在其装配过程中的应用方法。并对以上内容进行了仿真验证。式。工艺设计仍沿袭“设计一制造一评价”和“实物验证”这一传统模式【l】，因而难以避免在实际装配过程中出现大量工艺问题。装配工装仍采用“专架专用”的刚性工装，其数字化、自动化程度低，缺乏对机身产品变化的快速响应能力，导致飞机制造成本高，生产准备周期长，企业生产效益低圆。部件装配过程的i贝0量和检验仍采用常规光学仪器和模拟量形式的标准样件【3]，其测量准确度和检验精度差、效率低。随着国内飞机制造业的快速发展，传统机身部件装配模式的弊端愈加

4、突出，已难以满足新一代飞机的研制生产要求，亟需发展应用数字化技术来提高机身部件的装配技术水平。本文根据某飞机后机身部件的结构特点，立足于国内机身部件装配现状，设计确定了其数字化柔性装配工装的结构形式，研究了其数字化装配工艺过程，分析了数字化激光测量系统在其装配过程中的应用方法，并对以上内容进行了仿真验证。后机身部件结构及装配特点分析现代飞机的机身大多为半硬壳式结构，基本结构由加强框、桁梁、隔板、壁板等组件组成，各组件具有较强的结构刚性和工艺刚性。图1为某型飞机后机身部件。该后机身包括发动机舱及左右

5、两侧尾梁，由4个“眼镜式”钛合金加强框构成主承力构件，其中包括与机翼、尾翼相连的交点框；加强框之间的桁梁是后机身的主要纵向受力骨架，为后机身的纵向分离面提供支持；壁板则是构成后机身气动外形的主要结构件【4】。由后机身部件结构可知，其包含的组件及板件数量多，外形复杂，协DigilaIAss。。blyTe。hnologyforLarg。觚砷大飞机数字化装配技爿图1某型飞机后机身部件调环节多。后机身部件装配特点如下：(1)以骨架外形为装配基准，先形成刚性骨架，再进行壁板总装，误差积累是“由内向外”，其中

6、骨架装配的关键在于加强框的定位。(2)定位方法主要采用DA孔定位、装配工装定位以及基准零件特征定位。其中主承力构件通过工装结合定位孔定位。(3)连接方式以铆接为主，连接工作繁杂，局部有密封要求。(4)为保证装配精度和准确度，各重要部位在上架定位后需进行精加工。(5)装配过程中存在强迫装配，导致机身部件的装配应力较大。为避免机身部件出现错位甚至变形，要遵循“同一时间与机身保持连接的定位、夹紧元件尽量多”的原则。面向后机身部件数字化装配的柔性工装根据后机身部件结构特点，面向其数字化、柔性化装配要求，基

7、于柔性工装技术，设计确定了后机身部件柔性装配工装的结构。1后机身部件柔性工装原理后机身部件柔性工装结构如图2所示，其是在传统机身部件装配工装的结构基础上，融合柔性工装技术的思想而设计完成的。柔性工装的基本原理是将原本固定的横梁、支臂及定位、夹紧元件可移动化，将每一个定位、夹紧元件都视作一个独立的模块，通过增加或减少横梁及支臂的数量和更换不同形式的定位、夹紧模块，来实现工装的“一架多用”功能，即柔性。2后机身部件柔性工装结构工装结构主要由框架、横梁及定位器构成，采用多梁式的组合式骨架形式，如图2所示

8、。骨架由底座、立柱、纵向(y向)导轨梁、横向(x向)导轨梁、定位器支臂等模拟化元件所组成。在工装两侧立柱的顶端和底端沿纵向共设置4根导轨梁，并固连于立柱底座。上、下横梁架于两侧纵梁之间，在伺服电机驱动下沿纵梁导轨实现y向移动。每根横梁上布置若干个定位器支臂，在伺服电机驱动下可分别沿横梁导轨及自身上下导轨实现x向和z向移动。定位、夹紧模块(如图3所示)通过各种形式的定位孔连接在支臂靠近机身产品的一端。因此，随着电机驱动横梁及支臂沿导轨移动，定位、夹紧模块可以实现空间三维的移动。通过改