淺談飛機部件數字化總裝配系統

牛潤軍

（中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司，陜西 城固 723213）

飛機裝配按規模可分為組件裝配、部件總裝和全機總裝。其中，部件總裝是指由多個相鄰的組件連接而成的飛機大型結構件。傳統飛機部件總裝主要采用的是部件總裝配型架。裝配型架通常由骨架、定位件、夾緊件和輔助設備構成四部分組成，其主要作用是保證產品的準確度和互換性，改善勞動條件、提高裝配工作效率。

隨著社會的進步和新技術的應用,航空制造業的競爭日趨激烈,市場對大型飛機的需求一般都是小批量多品種的,且產品的交貨周期很短。這對傳統的部件總裝型架來說,無論是其成本還是其生產周期都無法滿足現在的需求。為了適應現代航空制造業的發展,必須研究開發基于數字化技術的部件總裝新方法。

1 部件數字化總裝配系統

1.1 基本功能

部件數字化總裝系統目的是實現部件總裝過程數字化和自動化，其作為部件總裝的制造裝備，應能完成部件總裝過程中各組件定位和夾緊、組件對合區域制孔和連接、關鍵控制點（交點、端面）精加工，還應圍繞產品設置復合人機工程學的操作平臺，并復合裝配可視化終端以實現無紙化作業。

1.2 基本構成

對應以上應具備的功能，部件數字化總裝系統如圖1所示包括六大基本單元：數控定位調姿單元、對合區精確制孔和連接單元、精加工單元、數字化測量輔助裝配單元、信息集成管理單元以及現場可視化輔助單元和輔助操作平臺單元，其中精加工單元根據產品對象特征和裝配要求可以略去。

圖1 部件數字化裝配系統典型構成圖

2 關鍵技術

2.1 數字化定位

在三維空間中約束一剛性體需要限制其6個自由度，至少需要3個不共線的點對剛體進行定位和固持才能保證約束的完備性。基于以上考慮，在數字化裝配系統中，組件的定位可以通過成組三坐標數控定位器聯動控制實現6個自由度位姿調整。

三坐標數控定位器通常由底座、縱橫拖板、上拖板、支撐缸體、伸縮柱、球頭夾緊機構組成。采用伺服電機、蝸輪蝸桿減速器、絲杠螺母傳動，實現伸縮柱的X、Y、Z這3個方向移動；采用封閉式光柵尺，在每個方向上采用全閉環控制可以實現X、Y、Z這3個方向聯動控制，提高系統的控制精度。

2.2 自動化制孔

制孔的關鍵是孔位、法向的精確控制及制孔精度的保證，傳統手工制孔方式質量極不穩定，因此在部件數字化裝配系統中通常采用機器人自動制孔系統實現孔位、制孔轉速、進給量等的精確控制。

機器人自動制孔系統一般由工業機器人、機器人移動平臺、末端執行器和機器人制孔軟件組成。工作時，采用離線編程技術對制孔信息提取，將產品理論點位與預制孔位對比后，通過控制系統進行補償，再通過安裝在末端執行器上的位移傳感器對制孔區域進行實時檢測，從而實現自動化制孔。

2.3 數字化測量

基于數字量協調的部件數字化總裝配系統離不開數字化的測量技術，數字測量技術為實現數字化精確裝配提供了基礎保障。數字測量的主要核心硬件是計算機輔助測量設備，它們在飛機裝配線中主要用來測量和定位各種工藝裝備，或直接用來定位被裝配產品，是數字化裝配系統的重要組成部分，當前常用數字測量設備包括激光跟蹤儀、激光雷達、IGPS等、數字化測量系統主要是為數控定位調姿態系統提供位姿依據，并在部件總裝下架前對重要控制點進行測量和評價。數字化測量系統總體上分為2個子系統，即激光跟蹤測量系統、數據處理系統。圖2為數字化測量系統工作原理圖。

圖2 數字化測量系統工作原理圖

2.4 集成信息管理

由于部件數字化總裝配系統是一個多系統的集成體，必須實現對測量系統、調姿定位系統、機器人制孔系統的工作協調和統一調度，實現數據交換、處理和反饋。另外數字化裝配系統通常還采用了現場可視化技術、自動化輔助操作平臺，以上子系統同樣需要實現統一的調度和集中的指令。集成管理系統作為集成信息管理的載體，主要通過工業以太網與各子系統集成，從而實現多系統集成信息管理和遠程協調控制。

3 結束語

當前在國內發展應用部件數字化總裝配系統已勢在必行，但由于部件數字化總裝配系統造價昂貴，因此在實際操作過程中，還應充分考慮到飛機部件總裝的特殊性和復雜性，必須需要是從源頭規劃好多系統協調布局，盡量少走彎路。

[1]王云渤,張關康,馮宗律.飛機裝配工藝學[M].北京:國防工業出版社,1990:1-5.

[2]范玉青.現代飛機制造技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,2001:3-10.

[3]余鋒杰，柯映林，方強.基于飛機自動化對接裝配實例的工藝選優[J].機械工程學報，2010，（1）：175-181.