飞机柔性装配工装智能化设计(FFixCAD)系统

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1、飞机柔性装配工装智能化设计(FFixCAD)系统FFixCADSystemforAircraft北京航空航天大学机械工程及自动化学院邱益郑国磊饶有福郑洪涌FFixCAD系统采用嵌入方式，实现与CATIA平台系统无缝集成。这样，不仅在系统开发过程中，可方便地利用平台所具备的强大功能接口，以降低专业化开发的技术难度并提升开发效率；同时，在系统应用过程中，可交叉混合使用本系统的专业化功能和平台系统的通用性功能，以充分发挥这两类功能的各自特点和优势，从而最有效地完成柔性装配工装的设计。为了适应现代飞机“高质量、短周期、多品种和小批量”的研制要求，国外先进航空企业于20世纪

2、80年代初提出并开展了柔性装配技术及其应用研究【l’21。国内航空业界从“十一五”开始跟踪研究这方面技术，并在多个行业主管部门的支持下，先后平行启动和开展了数个“柔性装配技术”项目的研究。柔性装配工装是柔性装配技术的核心组成之一，其结构的合理性直接影响着整个柔性装配系统的适用面、生产效率和制造质量。另外，与传统的专用型架相比，柔性装配T装的总体结构更为复杂，定位、夹紧和支撑等工作元件均采用自动控制，而且它们布置巧妙，设计难度大。因此，研究、开发和应用柔性装配工装智能化设计技术对确保柔性装配工装结构设计质量乃至整个柔性装配系统的研制具有十分重要的工程意义。目前，国外

3、对柔性装配工装技术的研究主要集中在整体结构布局、90航空髓造技术·2010年第24期关键元件及其控制技术等方面，并为所取得的核心成果申请了一系列技术发明专利【3圳。而就柔性装配T装设计技术，尚未查阅到相关的研究介绍。国内自20世纪80年代末开始，就专门对飞机装配型架智能化设计技术开展过研究，研究成果已在多个航空型号研制中得到了应用，也积累了较为成熟的具有自主知识产权的技术成果[8-1q。鉴于这些基础，也作为现有技术的进一步推广应用和发展，在相关行业项目的支持下，开展了“柔性装配工装智能化设计(FFixCAD)系统”的研究和开发。本文重点介绍FFixCAD系统结构、

4、主要功能模块及其应用。柔性装配工装及其设计方法1柔性装配工装柔性装配工装是指其主要构成元件可进行调节或局部重组，以适应一组结构相似和尺寸相近的装配件制造中定位、保型、支撑和夹紧等工艺需求，从而达到减少工装品种和数量、缩短工装准备周期和降低工装研制成本等目的。与传统的专用装配型架相比较，它具备如下几个特点。(1)采用离散化的整体结构。在柔性装配工装结构中，通常不采用整体骨架结构，这是实现定位柔性化、通用化的有利条件之一。(2)以模块化元件为关键组成。在同一模块中，集成了支撑、定位和夹紧等主要结构，并为这些结构配备了相应的自动控制装置。此外，不同的模块也可通过自动控制

5、来调整相互间的位置关系，以适应不同装配件的定位工艺要求。这是实现工装柔性化、通用化的关键技术保证。(3)自动控制元件的工作过程。柔性装配工装的主要模块和元件，均采用自动化控制方式来调节这些模块和元件间的相互位置关系，以快速形成工装定位构型，并确保此构型的准确性。A。rcra挑sembly碱咖均i。。飞机装配技术(4)适用于系列化装配件的定位夹紧需求。通过整体结构及主要元件的合理布置和调节，使得同一套工装可定义和构建适用于一组不同装配件制造要求的多个定位系统，从而实现这套工装在一定程度上具备通用化的目的。(5)自适应调节和补充定位精度。通过在线测量系统，包括光栅尺、

6、室内GPS、经纬仪、激光跟踪仪等，实时采集和反馈工件的空间定位精度，通过与理论精度的对比，确定定位精度调节量，利用这些调节量自动调整相关定位元件的方位，以达到工件准确定位的要求。(6)支持自动化装配方式。柔性装配工装通常应用于自动钻孔和铆接等自动化装配方式，以充分发挥工装的自动、快速定位和夹紧的功效。2设计知识模型按照制造对象的不同结构特点，可将柔性装配丁装分为翼梁、壁板、机身和总装对接等类型。不同类型的柔性装配工装，其整体构型及主要元件类型不尽相同，但是它们的设计过程和方法基本类似。柔性装配工装的设计模型如图1所示，其中：(1)总体设计模型，包括整体结构方案规划

7、、整体结构方案校核、元件设计、整体结构分析验证及生产数据准备等阶段。(2)结构方案规划，包括适用于特定装配件的定位夹紧方案设计，各元件工作域和定位域(简称工域和定域)的计算和标定，以及不同装配件间公(共)工域和公定域计算等。“结构方案规划”中公工域和公定域计算是柔性装配丁装有别于传统型架设计方法的主要体现，也是柔性装配工装设计的主要难点之一。FFixCAD系统1系统结构FFixCAD系统采用嵌入方式，实现与CATIA平台系统无缝集成。这样，不仅在系统开发过程中，可方便地利用平台所具备的强大功能接口。以降低专业化开发的技术难度并提升开发效率；同时，在系统应用过程中，

8、可交叉混合