柯臻錚，柯 巖，朱偉東

（1.浙江大學先進技術研究院，杭州 310007；2. 浙江大學機械工程學院，杭州 310007）

在飛機大部件對接中通常采用高密度多方向螺栓連接方法進行大部件間的固連，因此孔的制備加工與質量控制對保證飛機成品質量至關重要。傳統(tǒng)的飛機機身與機翼大部件的對接通過工裝和工藝補償來保證機身與機翼對接的協調[1]。即在對接部位預留余量，然后人工操縱吊車，將機翼大部件吊裝至特定的工裝夾具上，再通過人工操作機床進行精加工[2]。近年來，孔精加工系統(tǒng)則向數字化方向發(fā)展[3]，例如，廖海鵬等[4]設計了環(huán)形軌系統(tǒng)；Mei等[5]設計了雙側機器人鉆鉚系統(tǒng)；吳朋等[6]設計的爬行孔精加工系統(tǒng)。但上述孔精加工系統(tǒng)只能對單一部件進行孔精加工工作，無法在飛機大部件對接及精加工任務中配合其他部件進行孔的精加工操作。因此，需要開發(fā)出一套針對飛機機身與機翼大部件對接的孔精加工系統(tǒng)。

將自動導引車（Automated guided vehicle，AGV）與機器人或移動生產線相結合，可以有效提高生產質量，節(jié)約生產準備時間[7]。EI公司將工業(yè)機器人安裝在可移動AGV平臺上，用來進行飛機的原位裝配以及鉆鉚[8]；張云志等[9]將末端孔精加工執(zhí)行器裝載在AGV上，對大飛機翼盒進行數字化制孔。由此可以發(fā)現一種飛機機翼對接孔精加工的新思路，即在飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)中引入AGV平臺。重載AGV平臺夾持機翼大部件，運輸至指定區(qū)域，完成機翼大部件的對接，安裝在AGV平臺上的孔精加工系統(tǒng)對預制孔進行精加工操作。

但上述基于AGV的孔精加工系統(tǒng)僅將AGV平臺作為移動系統(tǒng)，其底盤并不具備攜帶負載的能力。為了保證AGV可以攜帶飛機機翼及精加工系統(tǒng)等負載，需要論證AGV平臺的帶負載能力。Vale等[10]分析了重載AGV系統(tǒng)在多種工況下AGV車體運動的穩(wěn)定性。金鵬[11]基于AGV平臺結構強度，在重載環(huán)境中對AGV平臺尺寸進行優(yōu)化。蔣君俠等[12]針對飛機裝配過程中需要進行柔性運輸裝配并在承載狀態(tài)下裝配加工的問題，提出了一種基于重載AGV平臺的裝配系統(tǒng)設計方法。由此證明，AGV平臺具有帶負載能力，可以將其應用于飛機機翼對接。

本文基于上述思路，設計了一種飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)。將AGV技術引入其中，重載AGV平臺運輸機翼大部件至指定區(qū)域，完成機翼大部件的對接；再借助AGV平臺上的孔精加工系統(tǒng)完成孔的精加工工作；最后將其部署于生產線中，并通過試驗驗證其可以完成飛機大部件對接與孔精加工任務。

1 飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)

飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)是一種借助激光測距儀保證定位精度，基于重載AGV可帶負載式的數字化精加工系統(tǒng)，如圖1所示。本系統(tǒng)主要由多自由度孔精加工系統(tǒng)、位姿定位系統(tǒng)、AGV平臺、激光測距儀、機翼柔性定位工裝及集成控制平臺6部分構成。

圖1 飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)Fig.1 Docking and finishing system of large aircraft parts

飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)的主要任務是精加工機身與機翼的連接孔，使連接孔的定位精度、尺寸精度、表面粗糙度滿足設計要求。位姿定位系統(tǒng)對飛機機身與機翼的pitch軸、yaw軸、roll軸定位，多自由度孔精加工系統(tǒng)完成X軸、Z軸定位。在激光跟蹤儀及布置在作業(yè)區(qū)域內的增強參考點的引導下AGV搭載孔精加工系統(tǒng)到達加工作業(yè)區(qū)域，然后完成孔的精加工工作。本文將從機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)3方面展開介紹。

1.1 機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)由位姿定位系統(tǒng)、多自由度孔精加工系統(tǒng)、激光跟蹤儀、AGV平臺等多個獨立單元組成。對每個獨立單元采用模塊化設計，在滿足精加工孔的定位精度與幾何精度的基礎上，可以實現高效化的孔精加工作業(yè)，同時也便于故障的診斷與排查。

1.1.1 多自由度孔精加工系統(tǒng)

在飛機孔精加工過程中，孔精加工系統(tǒng)是決定孔精度和加工效率的核心單元[13]。采用模塊化的設計思路對孔精加工系統(tǒng)進行設計，可以減少外部環(huán)境對孔精度的影響。多自由度孔精加工系統(tǒng)主要由孔精加工單元、X軸和Z軸進給單元、孔精加工定位單元、視覺檢測單元、鉆模板與試切臺組成，如圖2所示。

圖2 多自由度孔精加工系統(tǒng)Fig.2 Hole finishing system of multi-degree of freedom

多自由度孔精加工系統(tǒng)的主要功能如下：（ 1）孔的精加工；（ 2）孔定位精度的保證（單元基準定位）；（ 3）孔幾何精度的保證；（4）精加工前刀具的試切；（5）刀具的浮動尺寸位置補償；（6）計算機視覺實時修正孔位置。

在精加工前，為了保證所加工孔的定位精度，孔精加工定位單元需要和地面上的激光測距儀完成單元基準的定位。同時為了補償孔精加工單元因采用兩端支撐方式受到力、熱影響發(fā)生變形而造成的誤差，采用浮動刀柄設計，使刀柄可以在平行于軸向內浮動或在垂直空間內角度浮動或同時兼具這兩種浮動以補償因機床熱變形、工件安裝、鉸刀等在水平軸向或在垂直空間內產生的誤差，消除預制孔存在的固有偏差導致的刀柄受力不均的問題。

1.1.2 位姿定位系統(tǒng)

由于需要確定精加工孔的軸線，且因孔精加工單元不具備pitch軸、yaw軸、roll軸轉動能力。因此在本系統(tǒng)中使用位姿定位系統(tǒng)來控制飛機機身與機翼的pitch軸、yaw軸、roll軸的轉動，調整飛機與機翼的位姿，保證鉆頭軸線與精加工孔的理論軸線誤差滿足幾何精度要求。

位姿定位系統(tǒng)由機身位姿定位器與機翼位姿定位器組成，每個位姿定位器均由1臺前點支撐調姿定位器與2臺后點支撐調姿定位器組成，如圖3所示。為了保證加工時飛機的安全，支撐調姿定位器通過梯形絲杠傳動。在前定位器Y軸的頂部設有氣缸頂升組件，頂升氣缸將球頭組件向上頂升至最大行程后，兩側的鎖緊氣缸通過楔塊上的斜面支撐住頂升軸，用來保證失去動力時，位姿定位器以機械自鎖的方式鎖住飛機，防止墜落。

圖3 機身位姿定位系統(tǒng)Fig.3 Positioning system of fuselage posture

1.1.3 AGV平臺

AGV平臺作為一種全向移動平臺，具有設備搭載、獨立懸掛、視覺導航、自動尋位、全向行走等功能。機翼借助AGV平臺上搭載的機翼位姿定位系統(tǒng)保持固定，如圖4所示。

圖4 AGV平臺Fig.4 Platform automated guided vehicle

AGV平臺利用麥克納姆輪在激光測距儀的引導下完成在工作區(qū)域內的全向移動，并采用氣墊作為輔助支撐方式，防止麥克納姆輪過載引起輪子形變，導致AGV平臺行走時產生位置偏差。當AGV平臺在到達機翼對接位置時，會放下自適應撐腳和電磁輔助撐腳，保證平臺與地面充分接觸，增強平臺的穩(wěn)定性。

1.1.4 激光測距儀

現代飛機裝配中通過應用數字化測量技術及系統(tǒng)保證飛機的裝配精度[14]。目前主流的大尺寸精密測量技術有三坐標測量機、激光跟蹤儀和室內GPS、激光雷達等[15]。相較其他的測量方式，激光測距儀具有以下優(yōu)點：動態(tài)性能好，測量范圍可達35 m，適合飛機大部件對接及精加工工作；測距精度高，能夠滿足精加工孔定位精度要求。因此，本系統(tǒng)采用激光跟蹤儀作為測量方法。在飛機與地面上布置3個測量站位、若干增強參考系統(tǒng)（Enhanced referenced system，ERS）基準點，通過激光測距儀產生與激光源相干涉的激光，配合水平軸與豎直軸編碼器對被測目標進行非接觸式測量，然后由極坐標換算出目標點的三維坐標，完成對多自由度孔精加工系統(tǒng)、位姿定位系統(tǒng)、AGV平臺的精確測量。

1.1.5 機翼柔性定位工裝

機翼柔性定位工裝由外翼調姿托架、型面支撐塊和真空吸盤組成，如圖5所示。以機翼蒙皮外表面為基準進行定位，通過改變型面支撐塊的不同高度，適應不同種類機翼的裝配加工，從而提升總裝生產線的柔性程度。為了保護機翼，外翼調姿托架上采用多點真空吸附盤固持機翼，防止加工時顫振導致機翼與機翼調姿定位器剛性接觸造成的機翼劃傷。

圖5 機翼柔性定位工裝Fig.5 Positioning system of flexible wing

1.2 控制系統(tǒng)

飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)協同配合的復雜系統(tǒng)構成。因此需要明確子系統(tǒng)的控制數據流、子系統(tǒng)間數據流的內容與流向?？刂葡到y(tǒng)部分是由位姿控制系統(tǒng)、多自由度孔精加工控制系統(tǒng)、AGV平臺控制系統(tǒng)和數字化測量系統(tǒng)4部分組成。集成控制系統(tǒng)建立起操作工人與上述子系統(tǒng)之間的聯系。

通過工業(yè)以太網和子系統(tǒng)接口，連接集成控制平臺與子系統(tǒng)進行數據通信。在操作人員輸入指令后，集成控制平臺處理輸入指令，將整體任務分解為每個子系統(tǒng)可執(zhí)行的子任務，并下發(fā)給所對應的子系統(tǒng)。

位姿定位系統(tǒng)的控制計算機通過工業(yè)以太網得到控制信息后，處理控制信息并進行每個位姿定位器的機器人動力學求解、軌跡規(guī)劃與位姿插補算法的計算；然后將求解得到的位姿定位器的位姿動力學數據通過PCI總線傳輸到位姿定位器內部的Simotion運動控制卡中。運動控制卡在得到上述數據信息后，通過Profinet實時現場總線實現各軸的協同運動控制，最終控制位姿定位器至預定位置，完成位姿定位系統(tǒng)從子任務接收到執(zhí)行的過程。

由于孔精加工過程不需要進行復雜的運動學的求解計算，且多自由度孔精加工系統(tǒng)作為一個獨立模塊，具有高度的自主決策能力。因此孔精加工工作的任務數據通過交換機，從工業(yè)以太網上加載至孔精加工系統(tǒng)嵌入式PC機中。嵌入式PC機直接通過EtherCat總線對孔精加工執(zhí)行元件進行控制。X軸和Z軸運動控制器與孔精加工執(zhí)行元件間通過SynqNet總線進行數據交流。上述數據的傳輸方式，使得孔精加工系統(tǒng)能夠準確高效地執(zhí)行集成控制平臺下發(fā)的子任務，并且能夠反饋各個部分的實時運動狀態(tài)。

AGV平臺控制系統(tǒng)通過借助無線電接收集成控制平臺下發(fā)的子任務。AGV平臺上搭載的工業(yè)攝像機則收集底盤四周實時情況，識別地面上路徑導航的色帶及二維碼，將信號傳輸至AGV平臺控制系統(tǒng)中，用以實時路徑規(guī)劃。

數字化測量系統(tǒng)采用激光跟蹤儀作為測量方法，在飛機與地面上布置3個測量站位、若干ERS基準點。對于不同的測量位置采用不同的測量方案，運用Tprobe測量方法進行機身水平測量基準點的測定；采用機翼交點孔測量依據進行左右機翼的調姿；以鉆模板為基準進行左右機翼入位后的精加工工作。激光跟蹤儀將其所獲取到的地面ERS點與測量部件上的位姿檢測基準點、設備基準點的坐標數據，通過數據傳輸總線上傳至工業(yè)以太網，通過集成控制平臺下載上述數據后再進行數據處理與坐標變換工作。

1.3 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)的集成核心是飛機大部件對接及精加工集成系統(tǒng)，如圖6所示。飛機大部件對接及精加工集成系統(tǒng)分為對外部的信息交互和內部的數據處理與計算工作。對外通過通信接口模塊與控制系統(tǒng)進行控制數據的上傳與系統(tǒng)實時數據的下載；通過用戶接口模塊實現人機交互與控制命令的傳遞；通過與中立區(qū)服務器的數據交互實現孔精加工生產數據及工藝數據的獲取與架次生產過程及報告數據的上傳工作。

圖6 飛機大部件對接及精加工集成系統(tǒng)Fig.6 Docking and finishing integration system of large aircraft parts

對內部的數據處理與計算，系統(tǒng)由位姿控制系統(tǒng)、數字化測量系統(tǒng)、孔精加工工藝系統(tǒng)、數據庫管理系統(tǒng)4個子系統(tǒng)組成。其中位姿控制系統(tǒng)負責調整飛機機身與機翼的pitch軸、yaw軸與roll軸位姿，使孔軸線與鉆頭軸線重合，從而滿足孔的幾何精度要求。集成系統(tǒng)發(fā)送任務指令及部件姿態(tài)數據至位姿控制系統(tǒng)中，位姿系統(tǒng)經過數據處理后反饋調姿結果至集成系統(tǒng)中。位姿控制系統(tǒng)可以實現路徑規(guī)劃、運動控制和現場監(jiān)控等功能。通過用戶接口獲取所需位姿數據，然后路徑規(guī)劃模塊完成路徑規(guī)劃，并將路徑數據傳輸至運動控制模塊與網絡通信模塊。

孔精加工工藝系統(tǒng)模塊完成孔精加工過程中數據的處理分析與異常事件的監(jiān)控報告。通過其所包含的子模塊，實現孔精加工過程中從任務接收、信息采集、計算與模擬、試切臺試切到最終實現孔精加工全流程。同時監(jiān)控孔的精加工全流程，并對生產開展異常時間進行反饋、記錄與分析的工作，實現安全防護。

對多自由度的孔精加工系統(tǒng)的數字化測量是保證孔精加工精度的關鍵。集成系統(tǒng)發(fā)送測量命令和特征數據至數字化測量系統(tǒng)中，數字化測量系統(tǒng)通過與SASDK、SA界面和Catia 3種軟件界面進行數據交互，將所測量的數據反饋至集成系統(tǒng)中，并在數字化測量系統(tǒng)中完成系統(tǒng)設置、測量儀器連接、標尺檢查、漂移檢查、裝配測量和報告打印等工作。

2 孔精加工過程中的數據處理

2.1 數字化測量系統(tǒng)坐標系構建

在航空裝配領域采用巧妙的坐標變換、誤差補償的方式可以顯著提高對接精度[16-17]。本系統(tǒng)中包含飛機機身坐標系、飛機機翼坐標系及精加工系統(tǒng)坐標系、AGV平臺坐標系等多個坐標系。使用最優(yōu)的坐標變換方式可以顯著的降低因不同坐標系統(tǒng)變換所產生的系統(tǒng)誤差[18]。如圖7所示，本系統(tǒng)按對接精加工的順序進行坐標的構建。其中，矩陣TW– M為大地坐標系與測量坐標系之間的變換矩陣；矩陣TP–W為大地坐標系與產品坐標系之間的變換矩陣；矩陣TD – W為大地坐標系與設備坐標系之間的變換矩陣。

圖7 數字化測量系統(tǒng)的坐標構建Fig.7 Coordinate construction of digital measurement system

2.2 設備坐標系與產品坐標系間的轉換

根據上述數字化系統(tǒng)的坐標系構建可知，在本系統(tǒng)中需要通過坐標變換來構建出大地坐標系、測量坐標系、產品坐標系和設備坐標系四者之間的關系。由于多自由度孔精加工系統(tǒng)是一個高度自主決策性的模塊化單元。因此在孔精加工過程中，構建多自由度孔精加工系統(tǒng)的設備坐標系與飛機裝配體的產品坐標系之間的聯系尤為重要。如圖8所示，借助大地坐標系進行坐標系的重構建。其中{O0-X0Y0Z0}坐標系是大地坐標系，{O1-X1Y1Z1}坐標系是飛機裝配體的產品坐標系，根據三維齊次坐標變換原理，建立二者的聯系。

圖8 設備坐標系與產品坐標系構建Fig.8 Equipment coordinate system and product coordinate system construction

式中，M為齊次變換矩陣；R為旋轉矩陣；T為平移矩陣；R01為從坐標系{O0-X0Y0Z0}到{O1-X1Y1Z1}坐標系的旋轉矩陣；T01為從坐標系{O0-X0Y0Z0}到坐標系{O1-X1Y1Z1}的平移矩陣。

式中，d1、d2和d3為大地坐標系原點O0與產品坐標系原點O1之間沿X軸、Y軸、Z軸方向上的距離。

同理可得大地坐標系{O0-X0Y0Z0}到孔精加工系統(tǒng)坐標系{O2-X2Y2Z2}的變換矩陣0M2。由于大地坐標系與孔精加工系統(tǒng)之間沒有空間旋轉，R02為3×3單位矩陣，平移矩陣T02為

式中，d4、d5和d6為大地坐標系原點O0孔精加工系統(tǒng)坐標系原點O2之間沿X軸、Y軸、Z軸方向上的距離。

可得孔精加工系統(tǒng)坐標系{O2-X2Y2Z2}與鉆頭的設備坐標系{O3-X3Y3Z3}的變換矩陣2M3。R23為3×3單位矩陣，平移矩陣T23為

式中，d7、d8和d9表示孔精加工系統(tǒng)坐標系原點O2與鉆頭設備坐標系原點O3（刀尖點）之間沿X軸、Y軸、Z軸方向上的距離。

通過上述矩陣變換可得鉆頭的設備坐標系{O3-X3Y3Z3}與飛機裝配體的產品坐標系{O1-X1Y1Z1}的關系為

在現場環(huán)境允許的情況下，根據上述3次三維齊次坐標變換，完成孔精加工系統(tǒng)中鉆頭的設備坐標系在飛機裝配體的產品坐標系中的建立。并且由于只采用一次空間坐標旋轉，可以最大程度上減少因求解矩陣的逆產生的舍入誤差對系統(tǒng)的影響。

2.3 基于機器視覺的孔位修正

在飛機大部件對接及精加工過程中，不可避免地會出現預制孔位置和理論位置之間出現偏差的情況。這就需要對預制孔位置坐標偏差進行修正。預制孔的孔位修正示意圖如圖9所示。

圖9 基于機器視覺的孔位修正Fig.9 Hole location correction based on machine vision

使用機器視覺對孔精加工位置進行檢測，通過消除預制孔實際位置與理論位置的偏差，來提高孔精加工的定位精度。F1，F2，F3，…，Fn表示第1個孔至第n個孔的理論位置；F1'，F2'，F3'，…，Fn'表示孔實際位置；表示孔實際位置的矢量坐標表示預制孔中心偏離孔理論位置的偏移矢量；表示實際孔精加工中心位置偏離孔理論位置的偏移矢量。在制第n個孔時考慮到預制孔徑小于孔的設計尺寸，因此在保證預制孔輪廓線在孔實際位置輪廓線內的情況下，應盡可能使孔實際位置回歸孔的理論位置，即保證：

通過式（7），可以根據前1～n- 1個孔的視覺測量坐標，實時回歸第n個孔的位置坐標，提高第n個孔的位置坐標精度。

3 飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)試驗驗證

3.1 飛機大部件對接作業(yè)流程

在孔精加工工作前，需完成飛機機身與機翼大部件的pitch軸、yaw軸、roll軸三軸定位、對接，以及AGV平臺移動站位與飛機同多自由度的孔精加工系統(tǒng)的數字化測量工作，具體流程圖如圖10所示。

圖10 精加工前飛機大部件對接作業(yè)流程Fig.10 Operation flow of large aircraft parts docking before finishing

在飛機大部件對接及精加工集成系統(tǒng)中，用戶設置任務輸入參數，然后將飛機機身運輸到指定位置，再頂升到預定位置后，利用激光跟蹤儀測量飛機機身的實時位姿數據。通過位姿定位系統(tǒng)對飛機機身的位姿進一步調整，并將數據反饋至孔精加工控制系統(tǒng)中，然后將飛機機翼通過真空吸盤柔性安裝在AGV平臺上。機翼固定好后，通過AGV平臺控制系統(tǒng)進行路徑規(guī)劃。飛機機翼和AGV平臺根據規(guī)劃好的路徑移動至指定位置后，激光跟蹤儀測量飛機機翼定位系統(tǒng)的時實位姿數據，并對飛機機翼位姿進一步調姿。待飛機機身與機翼均處于理想裝配位置時，安裝飛機側上連接螺栓，機翼與機身初步剛性固定連接，然后通過位姿定位系統(tǒng)測量多自由度的孔精加工系統(tǒng)的位姿，并返回位姿數據至飛機大部件對接及精加工集成系統(tǒng)中。精加工集成系統(tǒng)根據飛機機身、飛機機翼、多自由度孔精加工系統(tǒng)的位姿數據進行數字坐標系的構建。最后完成飛機孔精加工任務的規(guī)劃，并將孔精加工規(guī)劃文件加載至多自由度孔精加工系統(tǒng)中，完成孔精加工前的準備工作。

3.2 多自由度孔精加工系統(tǒng)作業(yè)流程

在孔精加工作業(yè)中，位姿定位系統(tǒng)主要保證孔軸線的空間立體角度的精度。AGV平臺是作為支撐飛機裝配體及運送裝配體的輔助移動平臺，需要依靠孔精加工系統(tǒng)滿足孔的X軸和Z軸坐標的定位精度，同時孔精加工系統(tǒng)作為一個獨立的加工單元，可以獨立加載孔精加工任務文件，并執(zhí)行孔精加工工作。

多自由度孔精加工系統(tǒng)在加載任務文件后，首先要在試切臺進行試切，如果試切有問題則中止程序，并反饋故障信息至孔精加工工藝系統(tǒng)中；如試切無誤，則繼續(xù)孔精加工工作。在加工過程中還會利用機器視覺實時檢測已加工孔的邊緣圖像，計算出已加工孔的中心坐標，并實時對未加工孔位置進行修正。在完成一個孔的加工任務后修正位置文件，并循環(huán)上述工作。多自由度的孔精加工系統(tǒng)一個加工周期的作業(yè)流程如圖11所示。

圖11 多自由度孔精加工系統(tǒng)的作業(yè)流程Fig.11 Operation flow of multi-DOF hole finishing system

3.3 飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)試驗驗證

按上述飛機大部件對接流程、多自由度孔精加工系統(tǒng)作業(yè)流程對本系統(tǒng)進行試驗驗證。驗證分為飛機大部件對接定位精度驗證、精加工孔表面粗糙度驗證和大批量孔精加工驗證。由于制作全機機身模擬件成本過高，對接試驗采用模擬中央翼假件、外翼假件和上壁板假件對接的方案。使用輔助托架將中央翼面假件固定在飛機水平的理論位置，模擬飛機中央翼對合面；外翼部分使用報廢外翼，用外翼假件固定的方式模擬外翼，飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)現場試驗驗證如圖12所示。

圖12 飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)試驗驗證Fig.12 Experimental verification of large aircraft parts docking and finishing system

飛機大部件對接定位精度的驗證方案如下：（1）定位器走到零點，模擬AGV搭載機翼；（2）靶球測量初始位置坐標信息，模擬測量飛機機翼位姿；（3）向飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)中輸入參數X-100，Y-200，Z-100，模擬機翼調姿；（4）最終使用激光跟蹤儀測量定位精度。重復上述試驗3次，試驗結果如表1所示。

表1 飛機大部件對接定位精度試驗結果Table 1 Experimental results of docking and positioning accuracy

精加工孔表面粗糙度的驗證方案如下：對所有預制孔采用3次鏜孔加工后鉸孔加工的方式，總計去除1 mm的余量。加工后測量精加工孔的表面粗糙度，試驗結果如表2所示。

表2 精加工孔表面粗糙度試驗結果Table 2 Experimental results of finishing hole surface roughness

大批量孔精加工試驗是為了驗證在大批量生產中孔精加工的穩(wěn)定性。模擬實際生產情況，選取2個Φ13 mm的孔，5個Φ11.5 mm的孔，23個Φ9 mm的孔。30個孔為1組，共進行5組試驗，試驗結果如表3所示。

表3 大批量精加工孔試驗結果Table 3 Experimental results of finishing hole in large quantities

試驗結果證明，飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)可以滿足飛機機身與機翼連接孔的定位精度與表面粗糙度的制備要求。

4 結論

本文提供了一種飛機大部件對接及精加工系統(tǒng)的新思路，詳細介紹了一種基于AGV平臺的飛機機翼大部件對接及精加工系統(tǒng)。相較傳統(tǒng)人工吊裝飛機機翼、對接、孔精加工的方式，本文提出的加工方法改變了固定位置進行生產加工的模式，借助場內數字化測量系統(tǒng)在場內任意位置進行大部件對接與加工工作，保證了生產加工現場的平整性，提高了系統(tǒng)的柔性加工水平，同時減少了生產過程中吊裝配合時間和吊裝過程中人工勞動強度。

在實際生產現場進行飛機機翼的模擬對接、孔的精加工測試。以均方根值計算，定位誤差小于其行程的0.1%，對比國標線性尺寸的公差等級，屬精密（f）級，精加工孔表面粗糙度均滿足理論要求（Ra<1.6 μm）。同時也進行大批量孔精加工試驗，所制孔尺寸精度滿足IT7精度，定位精度與孔表面粗糙度也均滿足設計要求。此項試驗可供后續(xù)相關工程借鑒的亮點如下：

（1）機械設計方面，采用AGV平臺對機翼進行裝載、運輸、裝配、對接，并負責多自由度的孔精加工系統(tǒng)的搭載；

（2）采用浮動刀柄設計使刀柄可以補償在平行于軸向內浮動或在垂直空間內角度浮動的誤差，減少主軸的受力；

（3）AGV平臺采用氣墊輔助支撐方式，減輕麥克納姆輪的負重，同時減小系統(tǒng)高度尺寸，便于飛機機翼大部件的對接；

（4）控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)方面，均采用模塊化設計思路，方便系統(tǒng)調試安裝以及故障診斷與日常維護；

（5）數據處理方面，采用最優(yōu)的坐標系建立法，最小化因坐標系變換所產生的系統(tǒng)誤差。同時使用機器視覺實時計算已制孔的實際位置，并回歸出待制孔的最優(yōu)位置。