劉宏亮

摘 要： 飛機的設(shè)計制造需要滿足較高的使用壽命，傳統(tǒng)的裝配定位主要是剛性定位，而現(xiàn)代化的飛機設(shè)計采用工裝的柔性化與數(shù)字化。衡量飛機壁板裝配工裝的主要性能指標(biāo)是工裝的結(jié)構(gòu)剛性是否滿足要求，而ANSYS是很好的優(yōu)化設(shè)計工具。本文研究了飛機壁板數(shù)字化定位系統(tǒng)，定位的過程由計算機數(shù)字化控制，設(shè)計優(yōu)化通過有限元分析來實現(xiàn)，提高了工作效率與定位的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞： 柔性化;結(jié)構(gòu)剛性;壁板裝配工裝;ANSYS

1.飛機壁板裝配工裝

飛機壁板主要分為典型壁板結(jié)構(gòu)，復(fù)材壁板，整體壁板結(jié)構(gòu)等，本文主要研究的對象為典型壁板結(jié)構(gòu)。

飛機壁板組件的加工制造與裝配工裝設(shè)計及裝配工藝是影響壁板裝配質(zhì)量的決定性因素。機身典型壁板的加工工藝主要有：蒙皮，長桁，隔框，角片。

（1）蒙皮零件是構(gòu)成飛機機身的氣動外形，可以承受垂直與其表面的空氣載荷與拉伸壓縮與剪切空氣載荷，并將壓力傳遞給機身骨架，所以骨架外形常常根據(jù)蒙皮外形制作，傳統(tǒng)的蒙皮材料主要為鋁合金。長桁是機身的縱向受力構(gòu)件，主要用來加強壁板的強度，并且將來自于蒙皮的載荷傳遞給隔框。隔框一般以鈑金件為主，其截面通常為“Z”形，通過角片連接到蒙皮與長桁上。角片主要用以連接。

（2）飛機的設(shè)計工藝分離面是指設(shè)計人員為了滿足設(shè)計需求與今后使用方便的條件下將較大的部件進行劃分段件的工藝過程。從裝配的合理化考慮，其劃分的主要原則有：

a、盡量滿足平行裝配以提高效率。

b、盡量減少復(fù)雜部件的裝配，以減少工裝次數(shù)。

c、盡量使裝配工作更加開敞，以提高裝配質(zhì)量。

d、盡量滿足飛機裝配的數(shù)字化，柔性化，自動化。

（3）飛機壁板裝配的定位方法。

a、按裝配工裝定位，在飛機裝配中應(yīng)用最廣泛的定位方法，準(zhǔn)確度高。

b、按照基準(zhǔn)工件定位，一般作為輔助定位，數(shù)控機床加工。

c、畫線定位法，最傳統(tǒng)的定位方法，主要取決與工人的畫線水平。

d、按工件的裝配孔定位，即在已有裝配關(guān)系的工件上加工出協(xié)調(diào)孔以定位，應(yīng)用方便迅速，簡化夾具，但累積誤差較大。

2.壁板柔性工裝設(shè)計

隨著社會的發(fā)展，工裝技術(shù)正在向數(shù)字化、模塊化、柔性化的方向發(fā)展，本文主要介紹柔性工裝。

飛機壁板的柔性工裝結(jié)構(gòu)主要分為骨架、定位單元、夾緊單元、鎖緊單元四大部分。飛機壁板的柔性工裝采用的是框架式結(jié)構(gòu)，框架橫梁上設(shè)有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝了可移動滑塊，可調(diào)形卡板裝在滑塊上，壁板卡板在框架里邊沿導(dǎo)軌滑動。

（1）卡板結(jié)構(gòu)設(shè)計，卡板零件在飛機裝配工裝上是保證壁板在飛機上定位的關(guān)鍵工裝，工作面的形狀要與壁板的外形高度一致，是不能獨立設(shè)計的，組成元件有壓緊器、孔的鉆膜、真空吸盤。

（2）工裝可重構(gòu)，在裝配工裝上需要設(shè)計可重構(gòu)工作單元，壁板工裝采用框架和框架上的滑塊、導(dǎo)軌，移動支架連接在滑塊上可以沿軌道滑動、伺服電機、壁板卡板、在移動支架上，伺服電機通過齒輪帶動卡板移動，在通過結(jié)合激光、數(shù)字化技術(shù)、測量技術(shù)實現(xiàn)卡板定位支點精確重構(gòu)調(diào)形。

（3）在工裝零件的設(shè)計上，工裝內(nèi)部需要大量的滾珠絲杠，來滿足裝配過程中的移動，所以它的使用壽命和載荷變得非常重要，絲杠預(yù)期額定動載荷計算公式如下：

式中：C——預(yù)期額定動載荷;

n——轉(zhuǎn)速;

L——預(yù)期工作時間;

F——最大載荷;

f——負(fù)荷系數(shù);

fa——精度系數(shù);

fc——可靠系數(shù)。

3.柔性工裝有限元分析

ANSYS是一款有限元分析軟件，通過對元件結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)力分析，提出工裝設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。ANSYS的工裝型架應(yīng)力分析.

（1）建立模型，主要包括橫梁、立柱、斜支撐、卡板及定位條等。材料主要是鋼，尺寸為3000mmx4000mm，彈性模量為2.1x1011Pa，泊松比0.3，密度7.8x103kg/m33，單元類型選擇梁單元，截面選管型，四根梁尺寸為50mmx160mmx8mm，四根斜支撐為120mmx120mmx8mm，其余型材為160mmx160mmx8mm，卡板，定位條等小件影響忽略不計。本模型中有限元劃分單元1367，節(jié)點數(shù)2724：

（2）在壁板組件裝配時，已知卡板和零件的質(zhì)量，零件上有鉚釘，工件上還有定位條，如果都做計算的話就太過于繁瑣，所以引入載荷系數(shù)。通過適當(dāng)選取載荷系數(shù)，模擬極端情況下框架的受力。

結(jié)論

飛機壁板零件是飛機機身機構(gòu)中重要且基本的零件，它的特點是剛度差、在裝配的時候容易形變、同時結(jié)構(gòu)尺寸大、制造的精度要求高，所以在裝配中會產(chǎn)生誤差，從而影響飛機的質(zhì)量和性能，所以在壁板裝配方法中傳統(tǒng)的裝配方法基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字化、柔性化裝配，同時在飛機壁板零件的設(shè)計階段，采用ANSYS軟件進行分析，可以提高裝配精度和裝配效率，滿足飛機的性能要求。

參考文獻

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