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        大尺寸復(fù)雜曲率壁板高精度定位技術(shù)

        2020-05-09 10:22:18解倩靚

        解倩靚

        摘 ? 要:作為一類(lèi)薄壁件產(chǎn)品,飛機(jī)機(jī)身裝配過(guò)程的定位精度直接影響飛機(jī)性能,飛機(jī)的裝配質(zhì)量和飛行壽命也會(huì)同時(shí)受到較為深遠(yuǎn)影響?;诖耍疚难芯亢?jiǎn)單總結(jié)了大尺寸復(fù)雜曲率壁板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與定位約束要求,并深入探討了大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位技術(shù)選用,希望研究?jī)?nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來(lái)一定啟發(fā)。

        關(guān)鍵詞:大型飛機(jī) ?高精度定位 ?復(fù)雜曲率 ?激光跟蹤儀

        中圖分類(lèi)號(hào):V26 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào):1674-098X(2020)01(a)-0118-02

        大尺寸復(fù)雜曲率壁板近年來(lái)在我國(guó)大型飛機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用日漸廣泛化,大尺寸復(fù)雜曲率壁板的裝配也因此受到業(yè)界廣泛關(guān)注。在具體裝配過(guò)程中,以蒙皮為基準(zhǔn)的飛機(jī)壁板裝配仍廣泛應(yīng)用于大尺寸復(fù)雜曲率壁板的裝配,因此本文研究也主要圍繞作為裝配起點(diǎn)的蒙皮展開(kāi)。

        1 ?大尺寸復(fù)雜曲率壁板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與高精度定位要求

        1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        本文研究的大尺寸復(fù)雜曲率壁板同樣由蒙皮、加強(qiáng)筋、長(zhǎng)桁、加強(qiáng)框組成,屬于典型的復(fù)合材料整體壁板,具備氣密性、剛性好、重量輕等特點(diǎn),由于具備同時(shí)成型的蒙皮、加強(qiáng)筋、長(zhǎng)桁、加強(qiáng)框一體化結(jié)構(gòu),這一壁板具備外形曲面曲率變化復(fù)雜的特點(diǎn),大尺寸復(fù)雜曲率對(duì)定位精度控制提出了較高挑戰(zhàn)。受到復(fù)合材料整體壁板特性影響,本文研究的大尺寸復(fù)雜曲率壁板還需要處理變形、協(xié)調(diào)、厚度超差等方面問(wèn)題,這也使得高精度定位的難度進(jìn)一步提升[1]。

        1.2 高精度定位要求

        由于研究對(duì)象大尺寸復(fù)雜曲率壁板屬于復(fù)合材料整體壁板,因此其不僅需要用于機(jī)身外形的保證,還需要承受集體傳遞的剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)等載荷,因此在大尺寸復(fù)雜曲率壁板的定位過(guò)程中,由于部分區(qū)域需承受較大載荷,必須針對(duì)性保證其具備較高外形定位精度,即保證蒙皮階差、間隙較小,并擁有較低的框外形緣公差,本文研究?jī)H圍繞高精度要求定位區(qū)域展開(kāi)。為滿(mǎn)足高精度定位要求,大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位可圍繞自動(dòng)定位方式和手動(dòng)定位方式展開(kāi)。所謂自動(dòng)定位方式,指的是通過(guò)自動(dòng)定位裝置,不采用工藝耳片孔實(shí)現(xiàn)的高精度定位,如POGO柱陣列、工業(yè)機(jī)器人,定位過(guò)程可實(shí)現(xiàn)對(duì)滿(mǎn)足大尺寸復(fù)雜曲率壁板定位精度要求的最優(yōu)姿態(tài)計(jì)算,并將計(jì)算得出的參數(shù)傳遞給自動(dòng)定位系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)定位。手動(dòng)定位方式需采用數(shù)控機(jī)床,針對(duì)性開(kāi)展工藝孔加工,并在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)預(yù)留工裝孔與工藝孔的配合間隙,具體的高精度定位基于系列尺寸的定位銷(xiāo)實(shí)現(xiàn),工裝定位孔與工藝耳片孔軸線(xiàn)之間的位置關(guān)系屬于高精度定位的關(guān)鍵,部件定位位姿優(yōu)化可通過(guò)多次篩選和反復(fù)試裝實(shí)現(xiàn),滿(mǎn)足大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位要求[2]。

        2 ?大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位技術(shù)選用

        2.1 傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

        為滿(mǎn)足大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位需要,可采用壁板蒙皮工藝耳片孔定位與蒙皮對(duì)縫余量補(bǔ)償法兩種傳統(tǒng)技術(shù),以此實(shí)現(xiàn)高精度定位目標(biāo)。在壁板蒙皮工藝耳片孔定位技術(shù)的應(yīng)用中,需基于大尺寸復(fù)雜曲率壁板的形狀及尺寸,安裝第一與第二新工藝耳片,安裝部位應(yīng)在原工藝耳片兩側(cè),由此針對(duì)性鉆制定位孔,即可滿(mǎn)足高精度定位需要。在具體實(shí)踐中,需結(jié)合大尺寸復(fù)雜曲率壁板應(yīng)用機(jī)型的技術(shù)條件及具體的工藝耳片分布情況,以此準(zhǔn)備相同材料的第一與第二新工藝耳片,二者厚度應(yīng)為蒙皮厚度的1/2。需結(jié)合原工藝耳片尺寸外形,開(kāi)展針對(duì)性加工與實(shí)際外形銼修?;谘b配工裝上大尺寸復(fù)雜曲率壁板蒙皮定位方式,在蒙皮上原工藝耳片上下兩側(cè)采用夾持的方式分別放置第一與第二新工藝耳片,夾緊采用工藝夾緊器。新工藝耳片與原工藝耳片采用沉頭鉚釘鉆制“一”字方向的連接孔,這一過(guò)程需保證蒙皮原耳片定位孔中心與鉚釘孔中心距離最小為2倍鉚釘直徑?;诖蟪叽鐝?fù)雜曲率壁板蒙皮外形,即可針對(duì)性鉆制新耳片孔于新工藝耳片上,更好滿(mǎn)足機(jī)型技術(shù)要求,滿(mǎn)足大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位需要。在完成全部裝配工序后,可分離蒙皮與新工藝耳片連接的沉頭鉚釘,并去除原工藝耳片,由此即可滿(mǎn)足快速高精度定位需要;而在蒙皮對(duì)縫余量補(bǔ)償法的應(yīng)用中,需滿(mǎn)足外蒙皮間存在的較為嚴(yán)格對(duì)縫間隙要求,保證對(duì)縫間隙控制在1mm內(nèi),為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),需保證加工過(guò)程的蒙皮邊緣留有一定余量,由此確定修配余料大小,即可按蒙皮對(duì)間隙要求,更好滿(mǎn)足大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位需要,余量補(bǔ)償法的應(yīng)用可在其中發(fā)揮較為積極作用。值得注意的是,真空吸附大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位中的應(yīng)用也需要得到重視,通過(guò)準(zhǔn)備真空吸附夾具、貼合真空吸附夾具邊緣擋件與蒙皮壁板邊緣,即可更好服務(wù)于高精度定位,點(diǎn)陣式吸盤(pán)的針對(duì)性應(yīng)用也需要得到重視。

        2.2 新技術(shù)應(yīng)用

        為更好滿(mǎn)足大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位需要,本文建議采用激光跟蹤儀這一高精度數(shù)字化測(cè)量設(shè)備。激光跟蹤儀具備操作簡(jiǎn)單方便、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn),基于兩個(gè)角度編碼器和自身激光測(cè)距儀,可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)距離測(cè)量坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角度和直線(xiàn)距離的實(shí)時(shí)測(cè)量,測(cè)量點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)可通過(guò)進(jìn)一步坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲得,因此其早已廣泛應(yīng)用于發(fā)達(dá)國(guó)家飛機(jī)制造領(lǐng)域。對(duì)于本文研究的大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位來(lái)說(shuō),基于激光跟蹤儀的定位技術(shù)應(yīng)用具備較高實(shí)用性,為獲得大尺寸復(fù)雜曲率壁板定位孔及外形點(diǎn)云的空間位置姿態(tài),需采用激光跟蹤儀的附件T-probe與T-scan。

        作為球坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng),激光跟蹤儀本身附帶溫度傳感器,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控測(cè)量過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)溫度變化,并基于測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)針對(duì)性補(bǔ)償,因此大尺寸復(fù)雜曲率壁板的定位精確性可得到更好保障。通過(guò)附件T-probe、附件T-scan的綜合應(yīng)用,即可更好滿(mǎn)足高精度定位需要。在附件T-probe的應(yīng)用中,其屬于無(wú)線(xiàn)通訊接觸式測(cè)量設(shè)備(可移動(dòng)手持式)其能夠較好服務(wù)于大尺寸復(fù)雜曲率壁板的外形結(jié)構(gòu)測(cè)量,在大尺寸復(fù)雜曲率壁板工裝定位孔和工藝耳片孔的測(cè)量中,附件T-probe的應(yīng)用可圍繞擬合圓柱軸線(xiàn)展開(kāi),工裝定位孔和工藝耳片孔的位置關(guān)系可由此獲得。附件T-scan屬于高速掃描儀器(非接觸式),通過(guò)固定連接工業(yè)機(jī)器人等可移動(dòng)控制設(shè)備,即可較好服務(wù)于測(cè)量工作。在對(duì)大尺寸復(fù)雜曲率壁板加強(qiáng)框和蒙皮區(qū)域的掃描中,附件T-scan可通過(guò)掃描獲得外形點(diǎn)云,滿(mǎn)足高精度定位需要。在具體的激光跟蹤儀高精度定位過(guò)程中,測(cè)量可分別圍繞大尺寸復(fù)雜曲率壁板結(jié)構(gòu)件下測(cè)量和裝配型架測(cè)量展開(kāi),前者測(cè)量需通過(guò)測(cè)量外形與工藝孔,獲得外形點(diǎn)坐標(biāo)與工藝孔坐標(biāo),以此逐步明確外形最優(yōu)配準(zhǔn)、最優(yōu)部件裝配位姿、最優(yōu)工藝孔位置。裝配型架測(cè)量需首先開(kāi)展定位孔測(cè)量,以此實(shí)現(xiàn)孔點(diǎn)云定位、孔軸線(xiàn)定位,并結(jié)合最優(yōu)工藝孔位置,開(kāi)展同軸度計(jì)算,最終計(jì)算定位銷(xiāo)尺寸,結(jié)合向下近似原則,及測(cè)量獲得不同定位孔處的定位銷(xiāo)尺寸,即可最終實(shí)現(xiàn)大尺寸復(fù)雜曲率壁板的高精度定位。

        3 ?結(jié)論

        綜上所述,大尺寸復(fù)雜曲率壁板高精度定位技術(shù)的應(yīng)用需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上,本文涉及的傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用、新技術(shù)應(yīng)用等內(nèi)容,則提供了可行性較高的大尺寸復(fù)雜曲率壁板高精度定位技術(shù)應(yīng)用路徑。為更好發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì),相關(guān)系統(tǒng)軟件的針對(duì)性設(shè)計(jì)必須得到重點(diǎn)關(guān)注。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 肖慶東,甘露,尚江坤,梁雪梅.復(fù)合材料壁板單面緊固件機(jī)器人自動(dòng)鉆鉚技術(shù)[J].航空制造技術(shù),2019,62(15):42-48.

        [2] 李義,葉宏軍,翟全勝.縱橫加筋碳纖維復(fù)合材料壁板整體成型技術(shù)研究[J].科技與創(chuàng)新,2018(4):46-48.

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