大型壁板自动钻铆定位误差分析与优化

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252015Vol36No．103439．3449ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／$1000一6893．2015．0221大型壁板自动钻铆定位误差分析与优化齐振超1，张开富1’*，李原1，程晖21．西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安7100722．西北工业大学机电学院，西安710072摘要：在机翼大型壁板自动钻铆工艺中，由于定位误差较大，壁板实际位姿和理论数模位姿之间难

2、以建立精确的映射关系，而现有补偿工艺流程复杂，导致装配效率较低。着眼于工装设计补偿，针对大型壁板自动钻铆定位误差控制问题展开定位误差溯源分析和定位点布局优化。首先，根据自动钻铆工艺流程进行定位误差溯源，分析其误差的来源及传递机理；其次，将定位误差分为刚性误差和柔性误差两部分，采用Monte—Carlo法模拟刚性定位误差的分布，通过齐次坐标变换分析刚性误差的传递过程，利用有限元虚拟仿真计算关键特征点的柔性变形误差；再次，集成刚性误差与柔性误差，基于统计学思想讨论特定置信度下的定位误差分布规律；然后，基于脚本语言开发Abaqus参数化模型，通过Isight进行后台调用及赋值规划，实现基于带精

3、英策略的非支配解排序遗传算法(NSGA一11)的定位点布局多目标优化；最后，以某型飞机机翼上侧壁板的一号组件为实例，验证了该方法的可行性。关键词：自动钻铆；定位误差；定位点布局；齐次坐标变换；Monte—Carlo法；多目标优化中图分类号：V262．4；TP2027．2文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)10—3439—11壁板装配中铆接的质量严重影响飞机的服役性能口]，为提高壁板装配质量和效率，自动钻铆的应用越来越广泛[2。3]，由于壁板本身和定位工装都存在制造、变形引起的误差，造成壁板在自动钻铆系统中的定位误差，难以在实际壁板位置和理论数模位置之间建立精确的映射关系

4、，需要采取补偿措施以确保施铆点位姿的准确度L4J。工程中常用的补偿措施有程序补偿和实时测量补偿两种。程序补偿的步骤是工艺人员定义模型的坐标系，在试走刀时由现场装配人员测量出实际定位点与理论定位点的偏差值，并反馈给工艺人员，工艺人员根据每个定位点的偏差值逐个偏移定位点。这种做法一方面工艺流程较为复杂，对工人要求较高，极大限制了壁板装配的效率；另一方面由于大型壁板尺寸大、刚度小，变形量较大，不可能同时保证调整后所有实际施铆点与理论施铆点之间的精确映射关系，因此会导致总体装配精度较低。实时测量补偿的做法是加工时对每个施铆点进行测量，然后调整钻铆枪头的相对位姿。这种做法可以达到较高的精度要求，但

5、是由于工艺流程复杂，装配效率过低，不适合较大批量的机翼壁板的装配。不论从提高装配精度的角度，还是从提高装配效率的角度，自动钻铆系统的误差分析预测与优化已经成为自动钻铆技术应用大批量现代化飞机大型壁板装配急需解决的问题。目前国内外对于自动钻铆系统的误差预测和优化的研究较少，但对于误差建模分析、夹持点布局优化等关键技术，相关领域有很多研究成果。收稿El期：2015—06．09；退修日期：2015．07—11；录用日期：2015—08—05；网络出版时间：2015—08—0713：31网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detajI／11．1929．V．20150807．13310

6、01．html基金项目：国家自然科学基金(51305352)*通讯作者Tel．：029—88460773E-mail：zhangkf@nwpuedu．cn弓

7、用格武lQlzC．ZhangKF．LiY，etal．Analysisandoptimizationforlocatingerrorsoflargewingpane／duringautomaticdrillingandrive—tAg(J#ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015，36(10)：3439—3449．齐振起，张开富，李琢，等大型壁板自动钻镑定位误差分析s优化[JI，航空学报．201

8、5t36(10)：3439-3449航空学报Oct．252015V01．36No．10在误差建模和分析方面，Whitney[5]在他的著作中系统地总结了刚性件的装配误差的面接触建模方法和齐次坐标转换法。徐旭松等[6]建立了工艺系统各组件的几何误差累积模型，并应用Monte-Carlo仿真法研究了特征面制造几何变动。以上方法的对象是刚性产品的定位误差，而大型壁板作为弱刚性件，其定位方法与一般产品有所不同，需进一步发展合适的误差分析方法