用于飞机蒙皮成形的可重构多点柔性工装设计

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1、用于飞机蒙皮成形的可重构多点柔性工装设计申望，薛贵军，邹方，张书生(中航工业北京航空制造工程研究所，北京100024)【摘要】针对飞机蒙皮等大型薄壁板类零件的外形复杂、曲率变化大、刚度低等特点，设计了可重构多点柔性工装，该柔性工装通过其精确定位和保形功能，可用于蒙皮镜像铣切、蒙皮零件的数控切边等，应用范围十分广泛。关键词：柔性；可重构；点阵式；定位器DOI：10．16080，j．issnl671-833x．2016．12．062申望工程师(机械设计)。研究方向为数字化技术柔性装配。飞机蒙皮是机翼和机身的重要组成部分，直接构成飞机的整体气动外形，要求外形准确、流线光滑和表面无缺陷等

2、，其具有品种多、外形复杂、批量小的特点。因此，蒙皮零件的制造水平和产品质量直接影响着飞机的气动外形和使用寿命，已经成为衡量一个国家飞机制造能力的重62航空制造技术·2016年第12期要标志之一。在传统的生产模式中，蒙皮的生产制造均采用固定实体模具，每块蒙皮在生产过程中均需要专用模具，而且这些固定实体模具尺寸规格大，制造周期长，存放占用场地大，利用率低，飞机外形设计一旦有微小改动，就要重新制作模具。因此要耗费大量的工时，使整个零件的研制周期延长。随着数字化制造技术的发展及其在航空企业中越来越广泛的应用，数字化制造技术为提高新一代飞机产品质量，缩短研制周期起到了不可估量的作用。可重构

3、柔性多点技术便是其中之一，它是利用计算机控制有限的按一定规则排列的可调整的基本体形成所需要的成形曲面，从而替代传统的实体模具实现钣金件生产制造的一种柔性加工技术，特别适合蒙皮零件大尺寸、小曲率的特点，为解决蒙皮制造的突出问题提供了有效途径，是欧美飞机制造业重点发展和应用的前沿技术。图1为美国沃克公司加工蒙皮时应用的工装【”。相比而言，我国在蒙皮数控切边及柔性工装的研发应用方面比较落后，目前仍以传统生产模式即固定工装为主，而且由于飞机蒙皮等零部件外形结构复杂，局部曲率变化率大，为满足飞机结构所设计的固定工装往往结构复杂，制造成本高，用途单一，一个工装只能用于一个机型，因此国内迫切需

4、要发展先进的蒙皮制造技术与装备，并掌握蒙皮数字化制造技术p31。本文针对某飞机型号壁板类零件激光精密焊接加工的需求，研制一套激光精密焊接柔性工装代替固定图1美国沃克公司加工蒙皮时应用的柔性工装Fig．1UsingfIexibletOO¨ngmachiningskinbyUSWaIkercompany工装对零件进行支撑夹持，并与大型桥式激光焊接设备配套使用，在焊接时保证零件状态的稳定性。柔性工装概述1柔性工装的基本原理柔性工装是结合了计算机技术在内的一种集成的、数字化工装技术，是一种结合软、硬件的一个综合系统。从硬件上来看，柔性工装包含有多个位置可调的定位夹紧单元；从软件上来看，柔

5、性工装包含一个控制软件，用于控制工装的定位单元进行位置调整。二者缺一不可，并且相辅相成，在二者的共同作用下，完成工装的位置调整，做好夹持工件的准备。2柔性工装的结构分类根据定位单元的移动特点，柔性工装有两种结构形式。结构一：基于三坐标定位器的柔性工装(图2)，该柔性工装由分离式床身、移动箱体、定位器等部件组成，机构的每个定位器在系统的自动控制下可以实现X、y、Z3个方向的伺服移动。x向的运动是移动箱体在分离式导轨上移动来实现的；l，向移动是定位器与箱体的相对运动来实现的。系统由许多个定位器组成，形成一定大小的矩形方阵。每个点都可以实现x、y、z3个方向的伺服移动，定位器顶端的吸盘

6、万向(球面)摆角范围450。结构二：基于插拔式的柔性工装(图3)。该柔性工装采用固定式结构，设备以床身为基座，多个定位器固定在床身连接机构图2基于三坐标定位器的柔性工装Fig-2FIexibIet00

7、ingbasedOnthree—cOOrdinateDOsjtiOner图3基于插拔式固定点阵的柔性工装Fig．3FIex．bletoOlingbasedOnpIuggabIefixedIattice上，由此可以组成不同组合的方阵，每个定位器通过伺服控制可以实现Z向的移动。结构一和结构二的优缺点如表l所示。柔性工装的设计方案1柔性工装总体设计为满足工装整体吊装，拆装方便，可重构性强

8、等需求，利用静态固定框架与柔性多点支撑单元相结合的方式，实现蒙皮壁板类零件的定位夹持和固定，并与铣削设备配合使用，使工装具备柔性化。在考虑总体方案时，工装底座由多个相同大小的小尺寸的底座单元拼装而成(图4)，底座单元上设计有连接固定机构，用于立柱夹紧单元的固定，由此可以组成不同组合的方阵，每个立柱夹持单元通过伺服控制可以实现纵向移动。立柱夹持单元作为一个模块机构，可以和工装底座连接机构上的其他立柱互换并在工装底座任一槽内拆装，可重构性强。其中X方向立柱间距300mm，l，向立柱间