劉衛(wèi)東　廣 偉　姚 展（中航飛機股份有限公司漢中飛機分公司，陜西　漢中　723213）

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飛機薄壁組件數(shù)字化柔性裝配研究

劉衛(wèi)東廣 偉姚 展
（中航飛機股份有限公司漢中飛機分公司，陜西漢中723213）

摘要：現(xiàn)有的飛機裝配工裝仍沿用專用裝配型架裝配飛機組件，是制約飛機研發(fā)、制造，增加資源耗費，裝配效用亟待提高。當前，飛機數(shù)字化設計及制造、裝配工裝定位柔性化、裝配工裝裝夾柔性化等柔性裝配基礎技術已基本成熟，飛機柔性化裝配系統(tǒng)構建正當其時。飛機薄壁組件樣式繁多、數(shù)量龐大，裝配難度相對較大，但曲面連續(xù)性好，裝配工藝大同小異，數(shù)字量少，為柔性化裝配創(chuàng)造了條件，是飛機柔性化裝配重要突破口。

關鍵詞：數(shù)字化柔性裝配；飛機制造；薄壁組件

柔性化裝配是基于數(shù)字化、自動化技術而發(fā)展起來的一種裝配制造技術，具有敏捷度高、精確、快速、高效等優(yōu)點，相較于傳統(tǒng)的人工或自動裝配，可靠性強、成本相對較低、裝配速度快，是未來裝配制造領域的的核心技術。飛機裝配是一個復雜的系統(tǒng)過程，耗時長、成本高，一條裝配系統(tǒng)適應性長，無法滿足多型號飛機的裝配，裝配已成為制約飛機制造行業(yè)的重要瓶頸。在此背景下，飛機柔性化裝配應運而生，其主要通過一套裝配工裝完成多個產(chǎn)品裝配的制造技術，極大的拓展了裝配工裝的適應性，提高了生成效率。飛機薄壁組件幾乎覆蓋機體全身，樣式繁多，且數(shù)量龐大，對裝配水平提出了更高的要求。當前，數(shù)字化技術飛速發(fā)展，日新月異，充分的挖掘數(shù)字化柔性裝配在飛機薄壁組件中的應用價值非常必要。本次研究試探討當前飛機薄壁組件數(shù)字化柔性裝配現(xiàn)狀，并提出展望。

1 飛機柔性化裝配

1.1 飛機裝配

當前，全世界飛機生產(chǎn)廠商數(shù)量仍十分有限，現(xiàn)仍在生產(chǎn)的飛機型號也較少，飛機制造從某種程度上說是一種壟斷行業(yè)。各國飛機裝配仍普遍采用專用裝配型架裝配飛機組件，即依據(jù)飛機的設計模型，結合CAD等手段，通過數(shù)字量協(xié)調傳遞線路，按照指定的路線、程序進行部件裝配。在研發(fā)一種新的飛機后，需要新研發(fā)一套裝配架，或對原有的裝配架進行重大調整，這一過程十分漫長，直接影響新型飛機的研制。鑒于此，許多發(fā)達國家致力于研發(fā)一種柔性專配，多點陣成形真空吸附式萬能柔性工裝系統(tǒng)是當前一款比較成熟的系統(tǒng)，其主要通過模塊化的陣列組成，通過數(shù)字化調整，以分布陣列上的吸附點，滿足不同型號產(chǎn)品的鉆孔、連接等裝配工作。該系統(tǒng)并非飛機裝用裝配架，還被廣泛用于汽車、輪船等工業(yè)品制造。X-35是洛克希德·馬丁飛機制造公司研發(fā)創(chuàng)造的一種專用的龍門鉆削系統(tǒng)，極大的節(jié)省了人力，縮短了裝配之間。

1.2 飛機柔性化裝配基礎儲備

目前尚無專門針對飛機薄壁組件裝配的柔性裝配系統(tǒng)，但從現(xiàn)有的其他領域柔性裝配工藝來看，飛機數(shù)字化設計及制造、裝配工裝定位柔性化、裝配工裝裝夾柔性化、適合裝配工裝尺寸調整的柔性化結構設計、復雜曲面數(shù)字識別、自動鉆孔、多軸系統(tǒng)控制、自動鉚接技術等技術已基本成熟，為飛機柔性裝配系統(tǒng)的構建提供了可能。

1.3 飛機柔性化裝配需解決的問題

1.3.1 數(shù)字量協(xié)調

前文提到，數(shù)字化設計與制造是飛機柔性化裝配的基礎，數(shù)模的構建是開展裝配的依據(jù)，數(shù)據(jù)還是開展柔性化裝配的標準，柔性化裝配其本身便是依據(jù)數(shù)字量開展機械運動的過程。數(shù)字化統(tǒng)一了裝配過程所需要的控制量，為實現(xiàn)系統(tǒng)構建提供了條件。飛機的柔性化裝配不僅僅是原有的裝配工藝與工裝結合，而是對計算機、電子、制造等多個學科的綜合化集成。

1.3.2 分離面劃分

飛機的分離面分為設計與工藝分離面，前者是指可拆卸部件之間的分離面，是方便制造、裝配的單元分離面。分離面的構建對于飛機柔性裝配具有重要意義，理想的分離面構建應規(guī)范、便捷、通用，這一定程度上要求飛機設計者在飛機設計之處便充分考慮柔性配裝問題，設計需要符合現(xiàn)有的分離面設計標準，以保證配裝過程中的承重托點、定位銷坐標可算。

1.3.3 柔性連接、定位于夾緊問題

飛機是一種復雜的高科技產(chǎn)品，且不同于汽車等工業(yè)產(chǎn)品，保密性非常嚴格，當并無飛機標準化、規(guī)范化配裝與設計平臺，一定程度上限制了配裝工裝通用化。但飛機場內部可設立復合自身設計特色的標準。當前飛機柔性連接、定位和夾緊標準目前還處于探索階段。

2 數(shù)字化柔性裝配在飛機薄壁組件裝配中的應用

飛機薄壁組件幾乎覆蓋機體全身，樣式繁多，且數(shù)量龐大，主要由鋁制，質量輕且薄，裝配難度相對較大。但不同于飛機內部組件，其曲面連續(xù)性好，裝配工藝大同小異，數(shù)字量少，柔性化裝配需重點應在于準確的定位曲面上的點。飛機薄層曲面多采用貝齊埃曲線擬合。誓將Ai，j作為空間定位點，則可表示為Ai，j（X，Y，Z，ny），X、Y、Z為點的空間坐標值，ny為點的空間法矢量，任意點的位置變量主要為曲面零件厚度、裝配調節(jié)、裝配工裝，據(jù)此我們可以計算曲面上任意一點的數(shù)值。定位點越多，則裝配越精確，但與此同時工作了越大，可供裝配的空間也越小。零件的曲面形狀是已知的，采用柔性裝配即將曲面上的點輸入至裝配控制程序，后者定位裝配機械，使其運動到想要的位置，進行操作。當裝配的薄層變化時，只需要重新定位，便可以調整柔性架裝配位置，滿足裝配需要。

3 展望

柔性化裝配是解決當前飛機研制時間耗時長、資金耗費巨大的重要途徑，其不僅可用于飛機研制，在其他復雜工業(yè)制成品制造領域也有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ梢哉f是未來機械產(chǎn)品制造的核心技術。當前，應以技術實現(xiàn)難度較小的薄層裝配為突破口，集成現(xiàn)有的相關技術，構建成熟的柔性化裝配工裝體系。

參考文獻

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中圖分類號：V415

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