解倩靚

摘 ? 要：作為一類薄壁件產(chǎn)品，飛機(jī)機(jī)身裝配過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?，本文研究簡(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，希望研究內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(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)雜曲率壁板近年來在我國大型飛機(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。

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，本文研究僅圍繞高精度要求定位區(qū)域展開。為滿足高精度定位要求，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。所謂自動(dòng)定位方式，指的是通過自動(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，定位過程可實(shí)現(xiàn)對(duì)滿足大尺寸復(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實(shí)現(xiàn)，工裝定位孔與工藝耳片孔軸線之間的位置關(guān)系屬于高精度定位的關(guān)鍵，部件定位位姿優(yōu)化可通過多次篩選和反復(fù)試裝實(shí)現(xiàn)，滿足大尺寸復(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，更好滿足機(jī)型技術(shù)要求，滿足大尺寸復(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說，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。通過附件T-probe、附件T-scan的綜合應(yīng)用，即可更好滿足高精度定位需要。在附件T-probe的應(yīng)用中，其屬于無線通訊接觸式測(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展開，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可通過掃描獲得外形點(diǎn)云，滿足高精度定位需要。在具體的激光跟蹤儀高精度定位過程中，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，前者測(cè)量需通過測(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)量需首先開展定位孔測(cè)量，以此實(shí)現(xiàn)孔點(diǎn)云定位、孔軸線定位，并結(jié)合最優(yōu)工藝孔位置，開展同軸度計(jì)算，最終計(jì)算定位銷尺寸，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.