翟玉正

[摘 要]基于目前飛機柔性裝配工裝設計在飛機制造領域內(nèi)被廣泛接受和應用的背景下，文章首先就飛機柔性裝配工裝定義及關鍵技術進行了簡介，然后具體分步進行了柔性裝配工裝設計的詳細分析，旨在在飛機柔性裝配工裝設計領域內(nèi)提供一些可供參考的觀點和建議。

[關鍵詞]飛機制造；柔性裝配工裝；設計；流程

中圖分類號：TH454 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）32-0000-01

前言：隨著我國飛機制造行業(yè)的不斷技術升級發(fā)展，目前柔性裝配工裝已經(jīng)在部分飛機制廠商中得到一定的應用，但目前尚未在行業(yè)領域內(nèi)建立其完善合理的柔性裝配工裝技術的評價體系，有待進行進一步的探索，促進我國飛機制造產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展?；诖?，文章圍繞飛機柔性裝配工裝設計為中心，分兩部分展開了細致的分析探討，希望可給我國相關領域內(nèi)的企業(yè)和人員以理論上的參考，促進我國飛機制造行業(yè)的進一步發(fā)展。

一、飛機柔性裝配工裝定義及關鍵技術

（一）飛機柔性裝配工裝定義

所謂柔性裝配工裝指的是基于飛機零部件產(chǎn)品的設計及制造需求，在具體的裝配過程中支撐定位產(chǎn)品零部件，可保持不同零件之間的相對位置關系。就傳統(tǒng)的飛機制造而言，在裝配裝置的過程中幾乎每一個部件都需要使用一個剛性的裝配工裝，而在具體的設計環(huán)節(jié)，每一個部件在裝配的調(diào)試環(huán)節(jié)也需要花費大量的時間。此外隨著飛機制造領域內(nèi)科學技術的不斷更新，以及全球化的不斷推進，在飛機的制造上也急需通過采用新的技術減短裝配工裝的周期。而在此背景下柔性裝配工裝得以誕生，基于柔性工裝在具體的裝配工裝過程中可基于環(huán)境的不同進行自適應，而進行不同形狀但同一結構族的多部件裝配，甚至還可滿足不同結構族產(chǎn)品在裝配上的需求[1]。

（二）飛機柔性裝配工裝關鍵技術

隨著整體飛機只制造技術的提升，目前在柔性裝配工裝也不再是一個簡單的環(huán)節(jié)，而需要基于一系列的復雜柔性裝配工裝關鍵技術方可完成。具體而言，目前在柔性裝配工裝關鍵技術上主要包括柔性工裝夾緊定位技術、飛機柔性裝配工裝模塊化技術、柔性裝配工裝結構優(yōu)化設計技術、柔性裝配工裝控制技術、柔性裝配工裝仿真測試技術、柔性裝配工裝快速裝配技術以及柔性裝配工裝集成技術等技術。

二、飛機柔性裝配工裝設計

（一）目標產(chǎn)品特點

在飛機柔性裝配工裝設計上的第一步需要進行目標設計產(chǎn)品的特點分析，進而得到設計產(chǎn)品的結構模型，以及典型設計的結構特征和設計的基準。進而基于這些目標設計產(chǎn)品的特點和要求，進行裝配精準度和裝配協(xié)調(diào)方法的確定，并就多個裝配對象的裝配基準和進度協(xié)調(diào)關系進行確定。

（二）確定柔性定位特征

在對總體目標設計產(chǎn)品的特點進行確定后，接下來則需要進一步就飛機柔性裝配工裝的柔性定位特征進行確定。對于需要切實采用飛機柔性裝配技術的產(chǎn)品在相應工藝上進行剖析。具體而言，首先需要基于產(chǎn)品結構樹和工藝分離面的劃分，依據(jù)實際需求就設計產(chǎn)品的頂層關鍵特征進行保障，如交點精準度以及外形準確度等；其次需要基于飛機制造樹，逐級不斷向下進行分解，一直到零件級位置，將可能結構交點以及關鍵型面等對于飛機柔性裝配精準產(chǎn)生影響的特征和部門進行獲??；最后基于獲取數(shù)據(jù)設計出目標設計產(chǎn)品所擁有的初步特征集合，并在集合內(nèi)就飛機柔性裝配工裝所對應的控制定位特征進行確定。

（三）確定柔性定位器定位功能

確定柔性定位器定位功能是飛機柔性裝配工裝設計的第三步，實現(xiàn)柔性定位器定位定位功能的提升，可以在很大程度上提升飛機柔性裝配工裝設計的水平。具體而言，在設計中需要對多個設計產(chǎn)品對象進行柔性定位，一般而言需要保障三個坐標之間自由運動進行六個自由度的定義。包括空間坐標軸中的X/Y/Z三個方向的移動以及環(huán)繞三個坐標軸的旋轉，而對于一些精度很高的制造機床而言，甚至可以實現(xiàn)八個自由度的運動[2]。就一般的飛機柔性裝配工裝設計而言，只需要就空間坐標軸中的X/Y/Z三個方向的移動進行控制即可，根據(jù)具體的產(chǎn)品定位和柔性工裝上的具體要求，進行定位器類型定位功能的確定。

（四）設計定位執(zhí)行末端

飛機柔性裝配工裝設計的第四步為定位執(zhí)行末端的設計，具體而言包括接頭定位件和外形定位件兩部分的設計。其中接頭定位件作用為保障各個部件在進行對接和互換接頭的過程中的協(xié)調(diào)性，而外形定位的作用則是就飛機部件的氣動力外形進行確定。在定位執(zhí)行末端設計中需要就產(chǎn)品的下架方式以及定位可行性進行詳細的分析，并基于設計產(chǎn)品的結構外形特征，進行定位執(zhí)行末端的設計，并且還要考慮到安裝測量可達性、制造可行性、更換便捷性、裝配操作開敞性以及結構剛度等諸多因素進行綜合化的設計。此外，因為在柔性定位中定位功能的高度集成化也是其功能體現(xiàn)的方式之一，因此在設計中對于一些難以實現(xiàn)集成但是位于定位執(zhí)行末端的定位特征，則需要通過其他輔助工序的方式，或者設計專門定位器的方式解決。

（五）定位單元行程及布局優(yōu)化

定位單元行程及布局優(yōu)化是飛機柔性裝配工裝設計中的第一步步驟，在具體的飛機柔性裝配過程中裝配的對象種類以及在工裝坐標系中彼此的擺放位置直接決定了柔性坐標系中定位單元的X/Y/Z的行程，因為為了進一步降低柔性裝配工裝的制造成本，還需進行定位單元行程及布局優(yōu)化。具體的優(yōu)化步驟上，首先需要在已有工裝的框架內(nèi)創(chuàng)建一個用于激光跟蹤儀定位的坐標系；其次需要在虛擬環(huán)境內(nèi)將相應的定位執(zhí)行末端和裝配對象裝配與一起；再者需要就工作坐標系內(nèi)就多產(chǎn)品對象的彼此位置進行確定；然后需要就柔性定位器X/Y自由度行程進行測定；最后基于測定參數(shù)和設計參數(shù)進行對比，進行各自由度行程的優(yōu)化。

（六）柔性定位仿真實驗

基于以上五個步驟進行詳細飛機柔性裝配工裝后，為了切實保障設計柔性裝配工裝的可行性，還需要最后進行一次柔性定位的仿真實驗。具體而言，可將工裝總裝數(shù)模于Delmia環(huán)境內(nèi)放置，進而就工裝頭型裝配過程中的碰撞以及運動方向形成的參數(shù)進行收集和分析，并將其和設計參數(shù)進行對比，就設計柔性裝配工裝的重構性和柔性定位可達性進行驗證。最后還需要基于柔性定位仿真實驗的結構，進行柔性定位器個立柱定位單元布局以及各個定方向行程上的進一步優(yōu)化修正，保障就控制系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)進行收集，形成數(shù)據(jù)集完成目標產(chǎn)品和工裝之間的關鍵分析，切實保障設計飛機柔性裝配工裝的適應性和可靠性。

結束語

綜上所述，所謂柔性裝配工裝指的是基于飛機零部件產(chǎn)品的設計及制造需求，在具體的裝配過程中支撐定位產(chǎn)品零部件，可保持不同零件之間的相對位置關系，在柔性裝配工裝下可完成不同形狀但同一結構族的多部件裝配，在特定環(huán)境下還可完成不同結構族多部件的裝配。而基于柔性裝配工裝的關鍵技術和具體要求，文章從目標產(chǎn)品特點、確定柔性定位特征、確定柔性定位器定位功能、設計定位執(zhí)行末端、定位單元行程及布局優(yōu)化、柔性定位仿真實驗幾方面進行了柔性裝配工裝的設計，希望可給我國飛機柔性裝配工裝設計企業(yè)、研究人員，在設計的過程中一些可供參考的觀點和建議，提高飛機柔性裝配工裝設計水平，提升柔性裝配工裝效率。

參考文獻

[1] 沈建新，田威.基于工業(yè)機器人的飛機柔性裝配技術[J].南京航空航天大學學報，2014，46（2）：181-189.