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        飛機結構件柔性夾具的設計與分析

        2019-08-01 01:28:10韓文杰邢晨
        中國新技術新產(chǎn)品 2019年10期

        韓文杰 邢晨

        摘? 要:在現(xiàn)代飛機的生產(chǎn)制造過程中,我們研究的首要任務就是機身減重,然而整架飛機的主要受力部件就是飛機結構件。飛機結構件是飛機的框架結構,同時也是其他零部件與設備的載體,如何快速適應飛機制造業(yè)的發(fā)展,解決飛機零部件結構復雜、數(shù)量繁多、裝夾難度大等一系列問題,柔性快裝夾具系統(tǒng)的設計就顯得尤為重要了。

        關鍵詞:飛機結構件;柔性快裝夾具;FFU

        中圖分類號:TH122? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼:A

        1 柔性夾具單元與功能

        現(xiàn)代航空制造業(yè)中,飛機的結構件大多數(shù)采用整體式結構,該類型的飛機結構件不僅強度和剛度高,而且穩(wěn)定性高,同時也減輕了機身重量。然而飛機結構件的快速裝夾以及裝夾的柔性問題就是航空制造業(yè)發(fā)展的關鍵因素。

        (1)柔性夾具單元(Flexible? Fixture? Unit,F(xiàn)FU)是一種模塊化的單元,其功能是為了更好地適應飛機結構件的外形與尺寸的多樣化。柔性夾具單元模型如圖1所示。

        1.2 FFU的功能流程

        (1)飛機結構件吊裝完畢,開啟整個柔性夾具系統(tǒng)。

        (2)FFU自由的向飛機結構件移動,通過2個傳感器確定位置。

        (3)當FFU有信號輸出時,PLC會自動處理,公式為:

        (4)當β≥5 %時,則說明需要裝夾的面為圓弧形,需要做旋轉運動,在運動過程中至少保證一邊有信號輸出,直到β≤5 %。

        (5)當β≤5 %時,定位完成,自動夾緊。

        (6)自動夾緊后,加緊工作完成,數(shù)控系統(tǒng)開始加工。

        1.3 主要功能的實現(xiàn)

        (1)夾具在工作的時候要實現(xiàn)自由移動,實現(xiàn)這種功能需要液壓系統(tǒng)與底部電磁吸盤共同實現(xiàn),在移動過程中要保證移動的精確度。

        (2)自由旋轉的實現(xiàn),飛機結構件在裝配的時候,需要從不同位置、不同角度進行組裝,要想實現(xiàn)底座的自由旋轉運動,在控制上需要增加轉動傳感器與轉動滑塊共同實現(xiàn)。

        (3)自動定位的實現(xiàn)。在自由移動和旋轉功能上,都需要定位,同時在對結構件進行裝配的時候,也需要進行定位,實現(xiàn)夾持,最終實現(xiàn)裝配,實現(xiàn)精確定位主要依據(jù)2個自動傳感器的輸出值來判斷。

        (4)自動夾緊的實現(xiàn)以上幾個功能實現(xiàn)之后,需要實現(xiàn)對結構件的夾緊,滿足移動、裝配的動作,依靠壓力傳感器的信號輸出值判斷,最終實現(xiàn)工件的夾緊。

        2 柔性快裝夾具系統(tǒng)設計

        隨著社會的發(fā)展,對飛機結構件的要求也越來越高,正在由單元化轉為整體化,簡單化轉為復雜化,小型化轉為大型化,這樣工藝裝夾、數(shù)控加工、設計精度等方面工作難度也在不斷增加。飛機結構件可以分為梁類結構件、壁板類結構件、框類結構件、接頭類結構件5大類。飛機結構件的裝夾面有平面型裝夾面與圓弧形裝夾面。通過不同裝夾面對夾具的要求,來設計能適應不同裝夾面的柔性快裝夾具系統(tǒng)。

        (1)夾具的分類。針對飛機結構件工裝夾具快速性、穩(wěn)定性、自動型、柔性、智能型的特點,將飛機結構件的夾具分為通用夾具、專用夾具、可調夾具、成組夾具和組合夾具五大類。

        (2)裝夾系統(tǒng)的主要工作流程。Step1:機床開機,夾具自動找到對刀點,即夾具系統(tǒng)的工作原點,裝夾系統(tǒng)進行復位;Step2:由車間航車將工件吊起,放在夾具系統(tǒng)的支撐座上,使其位于柔性夾具系統(tǒng)的中心;Step3:打開PLC,系統(tǒng)開始自檢,正產(chǎn)后自動工作;Step4:PLC開機正常以后,驅動相關電磁閥動作,電磁閥控制液壓系統(tǒng),進而控制FFU的動作;Step5:FFU自動定位后,進行自動夾緊;Step6:自動定位與自動夾緊完成后,開始設置CNC機床的相關參數(shù)來進行飛機結構件的加工;Step7:自動記錄飛機結構件的偏差,將數(shù)據(jù)與圖紙數(shù)據(jù)進行對比,如果可以修復則返回相應部位進行修復,如果不能修復則進行Step8;Step8:工件檢測合格后,所有柔性夾具單元自動歸位。如果合格,車間航車將飛機結構件吊裝到工件庫,如果不合格而且無法修復,則吊裝到報廢區(qū)。

        (3)自動定位方案的確定。飛機結構件在裝夾之前,要有好的定位方案,這樣才可以保證加工質量、加工效率及零部件間的配合精度。

        3 柔性快裝夾具系統(tǒng)開發(fā)與應用

        飛機柔性快裝夾具系統(tǒng)是基于Catia V5平臺與VB6.0工具開發(fā)的。該系統(tǒng)的功能是對飛機結構件不同裝夾面的識別以及FFU系統(tǒng)中工件的快速定位與旋轉來滿足不同的裝夾需求。

        3.1 系統(tǒng)的組成

        1)飛機結構件自動裝夾面特征信息自動獲取模塊;2)飛機裝夾面自動識別模塊;3)FFU角度自動調整模塊;4)模擬裝夾模塊;5)模擬銑削模塊。

        3.2 裝夾系統(tǒng)的實際應用

        3.2.1 純平面裝夾面的飛機結構件

        沒有圓弧只有平面的飛機結構件是最簡單的裝夾,只要FFU在底座的液壓系統(tǒng)的驅動下做平移運動后,就完成了裝夾動作。

        3.2.2 混合型裝夾面的飛機結構件

        混合型結構件與平面型結構件的裝夾區(qū)別主要在于圓弧裝夾面的判斷、裝夾與柔性夾具單元的自動旋問題,其模型如圖2所示。

        當FFU在遇到兩邊傳感器之比不一致或相差大于5 %時,判斷為圓弧面裝夾;在FFU旋轉之前,滑塊要下移到終止位置;當兩邊傳感器輸出的值差小于5%時,轉動滑塊回到初始位置。

        3.2.3? 飛機結構件裝夾

        純平面裝夾面的飛機結構件,指裝夾面只有圓弧沒有平面的裝夾,是最復雜的飛機結構件裝夾,在實際生產(chǎn)中應用的較少。

        4 結論

        該文主要介紹了可以應用于不同結構、不同尺寸、不同類型的飛機結構件柔性夾具的設計,通過介紹柔性夾具的單元與功能,連接夾具每個單元和功能的實現(xiàn),旋轉、夾緊、定位等功能的實現(xiàn),同時在夾具設計上,要實現(xiàn)快裝模塊,通過這種功能的實現(xiàn),可以節(jié)約時間成本,系統(tǒng)的開發(fā)與應用,可以實現(xiàn)夾具系統(tǒng)的控制與監(jiān)控,使系統(tǒng)運行更精確與平穩(wěn)。

        參考文獻

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        [3]王亮,李東升.飛機數(shù)字化裝配柔性工裝的低成本化[J].南京航空航天大學學報,2012(4):28-29.

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