文/孔祥雯，航空工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司

1 引言

目前國內(nèi)飛機舵面類部件在裝配時仍然采用帶有大量外形卡板的剛性專用工裝進行裝配，它是以飛機蒙皮外形為裝配基準，保證了飛機的理論外形，但工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開敞性差，裝配效率低，專用性強。隨著現(xiàn)代飛機設(shè)計制造技術(shù)的不斷發(fā)展，新型飛機層出不窮，產(chǎn)品升級換代加快，小批量多品種的市場需求特征越來越明顯，傳統(tǒng)的飛機舵面類部件裝配工裝，無論其成本和設(shè)計制造周期，都無法滿足行業(yè)發(fā)展的新需求。因此，減小裝配難度和工作量，縮短裝配時間，提高裝配質(zhì)量，是飛機制造行業(yè)正在致力解決的問題，柔性工裝可實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)和縮短新品研制周期，成為工裝技術(shù)發(fā)展的趨勢。

2 概述

2.1 舵面類柔性裝配工裝需求分析

單架飛機通常包括多個飛機舵面，其結(jié)構(gòu)形式相似，尺寸變化不大，且左右舵面完全對稱。當采用傳統(tǒng)工裝進行裝配時，由于各個舵面定位形式不同，需采用多套工裝分別進行定位。在研制階段及小批量試制階段，工裝生產(chǎn)準備時間長，不能夠滿足現(xiàn)代飛機快速研制的要求；而在大批量生產(chǎn)階段，當出現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸時，難以快速有效的消解。因此，需要滿足研制生產(chǎn)要求的舵面類柔性裝配工裝：1）能夠適應(yīng)同類飛機中多套舵面的裝配定位工作；2）能夠?qū)崿F(xiàn)不同舵面定位形式間的快速轉(zhuǎn)換；3）具有一定的擴展性以滿足產(chǎn)品改型及工藝變更的需求。

2.2 柔性裝配工裝結(jié)構(gòu)特點

傳統(tǒng)的固定式裝配工裝往往只能適應(yīng)特定的機型,乃至特定的裝配對象。其結(jié)構(gòu)形式受到飛機部件的尺寸、結(jié)構(gòu)、定位交點位置等因素的嚴格限制。主要缺點包括：制造及安裝成本較高,周期較長;每套工裝用于裝配一個部件,并且難以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝變化進行調(diào)整,柔性極差;在小批量生產(chǎn)及試制過程中,不同部件需采用多套工裝,工裝利用率低,占地面積大。柔性裝配工裝在傳統(tǒng)裝配工裝的基礎(chǔ)上,多采用剛性靜態(tài)框架結(jié)構(gòu)與可重構(gòu)定位組件相結(jié)合的形式。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點主要包括：多點陣真空吸盤式柔性裝配工裝川、組合式柔性裝配工裝、整體底座式柔性裝配工裝、立柱式柔性裝配工裝、立框式柔性工裝、總裝數(shù)字化對接平臺。常用于飛機舵面類部件裝配的柔性裝配工裝包括：組合式柔性裝配工裝與立框式柔性裝配工裝口組合式柔性裝配工裝通過拆卸變換整個定位器,能夠?qū)崿F(xiàn)裝配工裝的完全重構(gòu),并能夠通過重新制作定位器的方法實現(xiàn)新產(chǎn)品的定位,具有較大的有效定位范圍和可擴展性,但由于更換定位器較復(fù)雜,故定位形式變換時間較長。而立框式柔性裝配工裝通過數(shù)字化測量手段,調(diào)整可重構(gòu)定位器的位置,從而實現(xiàn)不同部件的定位。其定位過程由伺服設(shè)備完成,高效準確,能夠快速完成定位形式的轉(zhuǎn)換。

2.3 基準的選擇及柔性定位方法

飛機舵面類部件柔性裝配基準通常以骨架外形作為裝配基準，選擇產(chǎn)品的定位工藝孔、軸線面以及有協(xié)調(diào)要求的接頭孔為定位基準，如舵肋定位工藝孔、大梁定位工藝孔、舵肋軸線面、大梁腹板面、鉸鏈接頭孔等。需要定位的主承力部件均為數(shù)控加工件，其加工精度與剛性相對較高。為保證柔性工裝的開敞性，采用內(nèi)定位的裝配方式完成對產(chǎn)品零組件的裝配工作。對于鈑金肋與長桁等弱剛性零件的裝配，則以定位準確的工藝長桁與鈑金肋連接，從而保證骨架的外形。具體表現(xiàn)在：在產(chǎn)品兩端的機加舵肋，分別設(shè)置兩個三坐標定位單元，定位舵肋定位工藝孔，定位單元末端執(zhí)行件與產(chǎn)品連接，并具有與產(chǎn)品定位工藝孔一致的坐標定位孔。當產(chǎn)品發(fā)生改變時，只需更換定位單元末端執(zhí)行件，中間各舵肋通過一個三坐標定位單元逐個定位，其末端執(zhí)行件是一個具有陣列式布置的坐標定位孔系列的舵肋定位板，涵蓋所有中間舵肋的定位工藝孔的位置。

3 應(yīng)用實例

某型號前緣襟舵是飛機機翼上一個典型結(jié)構(gòu)特征的舵面類部件，由內(nèi)前襟和外前襟組成，左右對稱，具有相似的形狀及結(jié)構(gòu)。內(nèi)、外前襟分別包括3個機加肋、11個鈑金肋、1根大梁及鉸鏈接頭、4根長桁、1個U型蒙皮、1個尾緣條，由鉚釘及螺栓將以上零件連接起來。通過對飛機舵面類部件數(shù)字化柔性裝配工裝的研究，設(shè)計出了基于內(nèi)定位裝配法的機翼前襟數(shù)字化柔性裝配工裝，它由7個三坐標定位單元及1個機器人組成，利用伺服電機和精密導向機構(gòu)以及可卸式定位器末端執(zhí)行件，將4個不同的內(nèi)、外前襟左右件在一臺柔性工裝上裝配出來。與傳統(tǒng)工裝相比，單個內(nèi)前襟裝配周期由12天縮短為7.5天，效率提高60%，單個外前襟裝配周期由10天縮短為6天，效率提高66.7%，裝配型架由原來的4個減少到1個，工裝數(shù)量減少75%，實現(xiàn)了同一柔性工裝對不同產(chǎn)品的適應(yīng)性。

4 結(jié)語

當前飛機制造業(yè)小批量多型號的需求對航空企業(yè)提出了更高的柔性要求,根據(jù)企業(yè)實際需求,提高裝配柔性是解決該問題的有效手段。本文論述的舵面類部件柔性裝配工裝研制成功后,在飛機制造過程中將取得如下效果：①明顯提高飛機零件的裝配準確度;②降低同系列產(chǎn)品40%一50%的工裝成本;③使飛機裝配周期縮短為原來的2/3,大幅度地改善企業(yè)的工裝投資短、時間不能收回的局面,加速柔性裝配技術(shù)的研究與大量應(yīng)用,推動飛機制造業(yè)快速發(fā)展。