李繼紅

（中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司，陜西 西安 710089）

飛機(jī)部件裝配數(shù)字化柔性工裝技術(shù)分析

李繼紅

（中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司，陜西 西安 710089）

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外的典型柔性工裝和其應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，并且分析了飛機(jī)部件裝配數(shù)字化柔性工裝技術(shù)，包括柔性工裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、柔性工裝集成控制技術(shù)、柔性工裝快速制造與數(shù)字化安裝技術(shù)以及柔性工裝仿真分析技術(shù)等。

飛機(jī)部件；數(shù)字化；柔性工裝；裝配生產(chǎn)線

飛機(jī)的產(chǎn)品通常設(shè)計(jì)較多的零部件，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也十分的復(fù)雜。并且飛機(jī)產(chǎn)品中的零件很多尺寸都特別的大，且剛性比較差，在裝配的時(shí)候特別容易的變形，加之飛機(jī)產(chǎn)品協(xié)調(diào)部位多、裝配精度要求高，因而在飛機(jī)裝配過(guò)程中，采用了大量裝配工裝來(lái)保證產(chǎn)品裝配的準(zhǔn)確度和協(xié)調(diào)性，對(duì)勞動(dòng)條件也有一定的改善，大大的縮短了時(shí)間，讓裝配能夠更快。所以，裝配工裝對(duì)于飛機(jī)裝配而言是十分重要的。

1 飛機(jī)數(shù)字化裝配柔性工裝的技術(shù)

對(duì)于先進(jìn)數(shù)字化裝配技術(shù)來(lái)說(shuō)，飛機(jī)數(shù)字化裝配柔性工裝技術(shù)是其中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，使用數(shù)字化裝配柔性工裝技術(shù)，能夠大大的降低制造的成本，提高生產(chǎn)的效率，減少制造的周期。柔性工裝的柔性可重構(gòu)功能，可以快速響應(yīng)產(chǎn)品對(duì)象的變化，從而一套工裝可以用于多個(gè)產(chǎn)品的裝配，這樣使得型號(hào)研制得到了有效的滿足。柔性工裝基于數(shù)字量傳遞，讓工裝的數(shù)字化定位得到了實(shí)現(xiàn)，這樣讓定位更加的精準(zhǔn)了，相比以往來(lái)說(shuō)現(xiàn)在的進(jìn)步非常的大。

根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)可以得知，很多國(guó)外的飛機(jī)都使用了柔性工裝技術(shù)，這種技術(shù)應(yīng)用的非常的廣泛，概括當(dāng)前國(guó)外飛機(jī)裝配中應(yīng)用的柔性工裝，按其結(jié)構(gòu)特征劃分，共有四種類(lèi)型，分別是多點(diǎn)陣真空吸盤(pán)式柔性裝配工裝、分散式部件裝配柔性工裝、行列式柔性裝配工裝以及各種形式大部件自動(dòng)對(duì)接平臺(tái)。

2 數(shù)字化柔性裝配工裝的構(gòu)成

隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)字化工裝技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步，現(xiàn)在的柔性工裝較以往已經(jīng)更加多功能了，現(xiàn)如今可以作為測(cè)量設(shè)備來(lái)使用，它是數(shù)字化的，在柔性工作中有具有控制功能的系統(tǒng)，除此以外，還有許多其他的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包含了許多的軟件。

如果將柔性工裝系統(tǒng)拆開(kāi)來(lái)，那么這個(gè)系統(tǒng)可以變?yōu)閮煞N系統(tǒng)，分別是軟件系統(tǒng)以及硬件系統(tǒng)，前者里面有著許許多度的軟件，而后者則包含了數(shù)控系統(tǒng)以及數(shù)字化測(cè)量設(shè)備等。

就柔性工裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分來(lái)說(shuō)，根據(jù)功能可以分為兩個(gè)部分，分別是靜態(tài)框架以及動(dòng)態(tài)模塊。前者是模塊化的框架，它的組成部分包括標(biāo)準(zhǔn)零件以及連接件組合，靜態(tài)框架對(duì)于工裝結(jié)構(gòu)而言是基礎(chǔ)。后者是根據(jù)飛機(jī)的產(chǎn)品來(lái)設(shè)計(jì)的，需求不同設(shè)計(jì)也會(huì)發(fā)生改變，借助可調(diào)整轉(zhuǎn)接裝置就能夠放到靜態(tài)框架上去。以飛機(jī)壁板類(lèi)產(chǎn)品為例，將數(shù)字化柔性裝配工裝各功能模塊進(jìn)行分解，具體如圖1所示。

圖1

3 關(guān)于數(shù)字化柔性工裝的關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于現(xiàn)代柔性工裝來(lái)說(shuō)，它已不僅僅像傳統(tǒng)專(zhuān)用工裝一樣是一個(gè)簡(jiǎn)單的剛性結(jié)構(gòu)工裝，而是集成了工裝結(jié)構(gòu)部分、測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等的綜合系統(tǒng)。柔性工裝涉及一系列的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括以下幾點(diǎn)。

3.1 關(guān)于柔性工裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

對(duì)于柔性工裝而言，它是一種工藝裝備，是由許多能夠重構(gòu)的模塊化單元來(lái)組成的，這些模塊化單元都有著其專(zhuān)屬的功能，把通用模塊化單元變成標(biāo)準(zhǔn)化，那么僅僅通過(guò)設(shè)計(jì)專(zhuān)用模塊化單元，就能夠?qū)崿F(xiàn)工裝的快速設(shè)計(jì)。柔性工裝與傳統(tǒng)的剛性工裝相比，由于要實(shí)現(xiàn)柔性功能，結(jié)構(gòu)比一般的剛性工裝要復(fù)雜。為了保證工裝定位準(zhǔn)確度，柔性工裝結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，同時(shí)還要滿足工作開(kāi)敞性要求，因此，針對(duì)柔性工裝特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是柔性工裝設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要技術(shù)。其主要包括：工裝骨架結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)優(yōu)化及剛度校核與變形分析，動(dòng)態(tài)模塊應(yīng)用工況變形分析，改善模塊化單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

3.2 關(guān)于柔性工裝集成控制的技術(shù)

數(shù)字化柔性工裝和以往已經(jīng)發(fā)生了很大的不同，它的定位更加的精準(zhǔn)了，如果想要準(zhǔn)確的定位的話，那么自然離不開(kāi)控制系統(tǒng)，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，然后就能夠準(zhǔn)確的定位了。除此以外，還要結(jié)合控制系統(tǒng)的控制指令，測(cè)量系統(tǒng)的反饋信息也應(yīng)該引起重視，可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)控，動(dòng)態(tài)定位模塊重構(gòu)單元根據(jù)指令來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)重構(gòu)。要想讓飛機(jī)裝配過(guò)程中所需各種運(yùn)動(dòng)部件都能夠精準(zhǔn)的定位、固定飛機(jī)部件，那么必須要有先進(jìn)的的柔性工裝的控制系統(tǒng)作為支撐，因此對(duì)工裝集成控制技術(shù)進(jìn)行研究十分有必要的。要實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的柔性裝配，僅僅通過(guò)單一的機(jī)械裝置是難以實(shí)現(xiàn)的，柔性工裝還要配備集成數(shù)字化的測(cè)量系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)和輔助軟件系統(tǒng)，將其有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，協(xié)同工作，才能發(fā)揮其的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)化、集成化是柔性工裝的一個(gè)顯著特點(diǎn)，所以，要做好柔性工裝的實(shí)施工裝，那么一定要掌握好系統(tǒng)集成技術(shù)。

3.3 柔性工裝快速制造以及數(shù)字化安裝的技術(shù)

對(duì)于柔性工裝來(lái)說(shuō)，它能夠快速的進(jìn)行重構(gòu)，這樣讓飛機(jī)裝配工裝的設(shè)計(jì)時(shí)間更加的短了，讓工裝產(chǎn)品能夠具備更快的變化能力，這一點(diǎn)無(wú)論是從戰(zhàn)略需要考慮，還是從市場(chǎng)需求出發(fā)，都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

柔性工裝快速制造主要基于工裝的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。柔性工裝的各個(gè)模塊化單元具有不同的功能，比如將模塊化單元?jiǎng)澐譃樵S多不同的模塊，例如夾緊模塊以及數(shù)字化定位模塊等，工裝結(jié)構(gòu)和以往相比的話，變化也是十分巨大的。讓工裝制造能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，并行進(jìn)行，提高了工裝的制造效率，同時(shí)對(duì)裝配質(zhì)量的提高起到了很好的作用。

此外借助機(jī)電液一體化和計(jì)算機(jī)控制手段，應(yīng)用三維仿真技術(shù)、工裝MBD 技術(shù)、并行工程技術(shù)等在柔性工裝快速制造中也具有積極的作用。

對(duì)于飛機(jī)裝配工裝的準(zhǔn)確度來(lái)說(shuō)，飛機(jī)裝配的質(zhì)量有著直接的影響。柔性工裝屬于數(shù)字化工裝的一種，在使用的時(shí)侯，需要借助各個(gè)模塊化單元來(lái)定位產(chǎn)品零件，因此必須要要重視模塊化單元，確保它的位置是準(zhǔn)確的，它對(duì)于柔性工裝的定位精度有著很重要的影響。模塊化定位單元所使用的是數(shù)字化工裝驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，同時(shí)借助數(shù)字控制技術(shù)，來(lái)做到飛機(jī)裝配工裝的數(shù)字化定位，這與以往的定位方式大大的不同，定位也比以前更加的準(zhǔn)確了。

3.4 柔性工裝仿真分析技術(shù)

柔性工裝本身的結(jié)構(gòu)是定位夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且涉及到了許多的零件，定位件位置也是會(huì)經(jīng)常變化，所以設(shè)計(jì)完成以后并非意味著工作的結(jié)束，還要對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行力學(xué)仿真分析，查看它的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性是否符合標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。仿真時(shí)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、加載方式等的選擇是實(shí)現(xiàn)柔性工裝精確仿真的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要結(jié)合輕量化技術(shù)，分析裝配工裝、操作平臺(tái)及工具等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，簡(jiǎn)化柔性工裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)柔性工裝精確快速分析計(jì)算。另外一個(gè)仿真是指動(dòng)態(tài)模擬仿真。一是在各柔性定位單元詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后，檢查其運(yùn)動(dòng)方向行程是否滿足要求以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，有沒(méi)有出現(xiàn)一些碰撞的情況，檢查柔性定位是不是達(dá)到了可達(dá)性的要求，工裝重構(gòu)是不是達(dá)到了可行性的要求。二是產(chǎn)品裝配過(guò)程仿真分析，對(duì)檢查工裝與產(chǎn)品零部件兩者之間的裝配關(guān)系進(jìn)行檢查，檢查是否符合相關(guān)的順序以及方向等等，這樣有助于在第一時(shí)間找到產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中所存在的缺陷、裝配順序是否合理、工裝設(shè)計(jì)可行性以及產(chǎn)品的進(jìn)出架方式是否合理等裝配關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)如今，我國(guó)的數(shù)字化裝配工裝技術(shù)的研究已經(jīng)越來(lái)成熟，且已在新機(jī)型號(hào)研制中逐漸顯現(xiàn)出其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。不過(guò)和西方的發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是存在著不少的差距，我們還有些技術(shù)是空白的，這對(duì)于我國(guó)飛機(jī)裝配技術(shù)的發(fā)展起到了阻礙的作用。本文對(duì)柔性工裝設(shè)計(jì)制造中的幾項(xiàng)重要的技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和分析，還在此基礎(chǔ)之上建立了柔性工裝技術(shù)這一體系，這能夠?yàn)槲覈?guó)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的提升提供相應(yīng)的依據(jù)，促進(jìn)我國(guó)柔性工裝技術(shù)的不斷提升和優(yōu)化。

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1671-0711（2016）11（下）-0076-02