飞机壁板类组件数字化装配柔性工装技术及应用

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1、飞机壁板类组件数字化装配柔性工装技术及应用FlexibleToolingTechnologyandApplicationforDigitalAssemblyofAircraftPanelComponent北京航空航天大学机械工程及自动化学院王亮李东升刘凤贵肖文磊沈阳飞机工业(集团)有限公司冯子明陶春君白新宇王亮北京航空航天大学博士研究生．航空宇航制造工程专业，主要从事飞机数字化装配技术．飞机装配数控柔性工艺装备的研究。飞机制造过程可以分为毛坯制造、零件加工、装配安装和试验4个阶段[I-2]。在一般机械制造中，装配和安装工作的劳动量只占产品制造总劳动量的20％左右，但在

2、飞机制造中，装配和安装工作的劳动量却占到飞机制造总劳动量的50％～60％。58航宅制造技术·2010年第10期柔性工装技术是基于产品数字量尺寸协调体系的可重组的模块化、自动化装配工装技术。其目的是免除设计和制造各种零部件(如壁板类、翼梁类组件，机翼、机身部件等)装配的专用固定型架、夹具，可降低工装制造成本、缩短工装准备周期、减少生产用地，同时大幅度提高装配生产率。因此，飞机装配技术在飞机制造过程中占有非常重要的地位。飞机结构不同于一般的机械结构，在其装配过程中，不能单靠零件自身形状和尺寸的加工准确性来装配合格的部件，故在飞机的装配过程中大量采用了具有定位功能的工艺装备

3、，以保证飞机产品从零组件到部件装配过程中的精确几何外形f3】。型架是飞机装配中的重要工艺装备。以型架为代表的传统装配工装多采用刚性结构，其可重构性差，装配模式采用一个组件对应一个型架的一对一模式。因此，对应一个飞机产品，需要设计制造大量工装，这不仅增加了飞机的制造成本，延长了飞机的制造周期，而且大量的装配型架占据了大量的厂房面积，特别是随着越来越多新机型的出现，装配工装占地面积大的矛盾越来越突出。随着数字化技术在飞机制造过程中越来越广泛的应用，以柔性1二装技术为代表的各种数字化柔性装配技术应运而生。飞机数字化柔性装配技术是一种能适应快速研制和生产、低成本制造要求，及设

4、备和工装模块化、可重组的先进装配技术降51。柔性装配技术的范畴很广，包括柔性装配工艺技术、自动钻铆工艺技术、可视化柔性装配过程仿真技术、柔性装配质量控制技术、柔性装配的精度测量技术、柔性工装技术和柔性装配系统集成控制技术等。其中，柔性工装技术是数字化柔性装配技术重要的组成部分。飞机数字化装配柔性工装技术及典型应用柔性工装技术是基于产品数字量尺寸协调体系的可重组的模块化、自动化装配工装技术，其目的是免除设计和制造各种零部件装配的专用固定型架、夹具，可降低工装制造成本、缩短丁装准备周期、减少生产用地，同时大幅度提高装配生产率州。柔性工装技术在国外飞机的各级装配中都得到了广

5、泛的应用，无论是壁板类组件的装配，还是机身机翼等大部件的装配，直至最终各个大部件的对接，都应用了大量的柔性装配工装。柔性装配工装的类型包括用于壁板类组件装配的多点阵真空吸盘式柔性装配工装、用于机翼翼梁和机翼壁板装配的决定性柔性装配工装、用于机身部件装配的分散式机身柔性装配工装，以及用于大部件对接的自动化对接平台等几类。国外的飞机制造商在飞机装配过程中通过大量应用柔性工装技术，大大降低了飞机的装配制造成本，提高了生产效率，缩短了装配周期，提高了产品质量。面向飞机壁板类组件装配的柔性工装飞机壁板类组件结构尺寸大，刚度小，制造精确度要求高。在壁板类组件的传统装配过程中，为减

6、小变图1传统剐性型架结构图图2多点阵真空吸盘式柔性工装形、保证定位的准确性，型架结构(如图1所示)均采用刚性结构，用来定位的卡板同连在型架骨架上。因此，一个型架只对应一套卡板，从而只能适用于一个壁板组件的装配。我国当前的飞机壁板组件装配还是采用这种传统的装配方式。在国外飞机壁板类组件的装配过程中，工装多采用多点阵真空吸盘式柔性工装，如图2所示。多点阵真空吸盘式柔性装配工装由一组立柱吸盘组成，吸盘在控制程序控制下可进行三维移动定位，生成与壁板组件曲面完全符合且分布均匀的吸附点阵，从而精确可靠地定位和夹持壁板。当产品外形发生变化时，吸附点阵布局自动进行数字调整，可以适应不

7、同的装配组件外形。系统中各轴均采用精磨滚珠丝杠驱动末端执行器，各垂直丝杠及导轨包含若干个末端执行器，末端执行器可成组移动到指定位置，或根据应用对象要求的支点数量以等间隔分布。图2左图中夹持的蒙皮为复合材料，正准备移至相应结构部位进行定位作业。图2中右端的控制器通过控制程序可控制各个真空吸盘运动到精确位置，定位精度可达0．005英寸(0．127mm)。通过上述对比可以看出，多点阵真空吸盘式柔性工装不仅具有很好的柔性，而且定位精度高，值得我们研究和学习。但在我国当前的国情状况下，推广应用这种柔性工装还有不少阻力和困难。首先由于多点阵真空吸盘式柔性工装的装