飛機輕型自動化制孔系統及關鍵技術

范興瑞

摘 要：現如今飛機裝配技術正面臨著自動化和數字化的發展趨勢，面對如此激烈的競爭，我們的研究人員在研制飛機自動化裝配系統的時候，就一定要考慮到裝配效率以及設備成本等多方面的因素，而該文主要是對飛機輕型自動化制孔系統及其關鍵技術進行詳細的分析研究。

關鍵詞：飛機輕型自動化 制孔 關鍵技術 分析

中圖分類號：V262 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（a）-0007-02

1 輕型自動化制孔系統

現階段我們的飛機輕型自動化裝配系統主要是由3種形式構成的，基于工業機器臂的自動化制孔系統主要是利用當前市場上通用的工業機器臂作為設備的主要支撐體，這一系統也是當前自動化裝配系統中比較實用的系統之一。

近幾年，我國各大主機廠和高校也開始合作開展工業機器臂制孔系統的分析和研究工作，這一機器臂制孔系統的優勢和弱點都是比較明顯的，優勢就在于運用通用機器臂開發部署都非常快，而且所需的成本也比較低，最主要的是這一系統的柔性相對比較好，能夠很好地適應不同地區的工作狀況。

相比較而言，這一系統的弱點也是非常明顯的，最明顯的一個弱點就是這一系統的剛性較差，一定要采用特殊精度的補償機制才可以更好地用在飛機的裝配上。因此對于這類系統來說，比較適用于像機翼、尾翼等翼類部件的裝配上。

2 輕型自動化制孔系統關鍵技術分析

輕型飛機自動化裝配系統是我國受關注程度較高的飛機裝配系統之一，大部分的主機廠和相關的企事業單位都對其進行了開發和研究，通過研究發現，關鍵技術的攻克主要體現在以下幾個方面。

2.1 高負載高剛性

一般來說自主移動式的自動化制孔系統對高負載高剛性的技術要求是非常高的，工業機器臂制孔系統就是由相對成熟的工業機器臂構成，因此并不是特別關注本體設計，而是將大部分的精力都放在了精度補償技術上。此次以自主移動式自動化制孔系統為例，從本質上來說，這一系統的整體運動需求并不是特別復雜，一般都是仿生機器人結構，所以這一系統的剛性就很難得到進一步的保證，而且由于自身材質的限制，使其負載的能力也逐漸降低，精度也會隨著不斷的調整而出現下降。與一般的自主移動機構相比，飛機裝配自主移動機構尤其特殊，其特殊性主要表現在3個方面。

首先，要在曲面上甚至在倒吊的位置上進行工作，這樣的工作環境和工作模式也就決定了沒有辦法直接采用常見的輪式結構對飛機裝配進行設計。

其次，要沿著制孔運作，所設計的機構將要承受住100 kg以上的壓緊力和制孔力，而且還要保證其不能偏離法向，這樣一來也就使得一些較為常見的放生式結構很難勝任這種高剛性和高承載力的工作環境。

最后，工作空間等限制因素的存在，使得自主移動機構一定要具備標準的重量，因為太重的話會影響到飛機的承載能力，而且自主移動機構一般都是吸附在飛機上的，如果太重，吸盤承受不住重量，就會出現問題，所以對于飛機系統來說，一定要針對飛機的裝配需求來合理地設計高負載的運動機構，進而形成一項關鍵的技術。

要想真正地解決上述問題，還要對飛機的整體構造進行力學分析，因為不同飛機型號的構造也是不同的，只有通過力學分析，才能夠找出合適的機構受力形式，除此之外，還要進行嚴格的空間自由度分析，設計一個合理的運動機構，我們的研究人員可以采用虛位移法等手段對飛機自動化制孔系統進行運動的可行性分析。

2.2 運動多軸同步運動控制技術

由于自主移動式自動化制孔系統對運動多軸同步運動控制技術的要求非常高，工業機器臂制孔系統由于串聯機構對同步控制的要求是最低的，再加上工業機器臂一般都已經具備了較為成熟的控制系統，因此我們的集成商對同步控制技術并不是特別關注。

我們此次以自主移動式自動化制孔系統為例，運動控制軸多達1 000多個，而在這些運動軸的運動過程中，最難的一部分就是8條腿需要同步控制，只有這樣才能夠進行法向的調姿，而多軸同步控制系統是我國飛機自動化領域中最為薄弱的環節，我國在這一領域的發展始終非常緩慢。

要想解決這一關鍵問題，目前的途徑主要有兩種，一種是在短期內通過采用開放性良好的成熟國外運動控制系統，以實現功能的精度為主要的發展目標，我們的研究人員可以采用基于PC的軟數控系統方案，這一方案的結構非常緊湊，而且計算的精度也非常高。

第二種解決途徑就是在一個長期的時間內，科研人員通過自主研發運動控制系統來有效降低飛機運作的整體成本，進而獲得最好的性能體驗。

3 精密制孔末端執行器設計技術

多種形式的自動制孔系統都一定要用末端執行器，從這一點來說，飛機輕型自動化制孔系統的特點就非常明顯，工業機器臂由于自身的剛性較弱，自主移動式制孔系統對整體的重量要求會更高，所以對末端執行器結構的重量優化需求非常大。

4 單項壓緊無毛刺制孔技術

不管是何種形式的輕型自動化裝配系統，都是飛機自動化制孔的關鍵手段，我們的研究人員要根據具體的產品結構，抽象化地制定出制孔部位的相關模型，這樣也方便我們的研究人員更加深入地去分析壓緊力對制孔部位貼合而產生的影響，有助于減少整體試驗的數量，而且很多時候常用的結構也是可以取代試驗的。而輕型自動化裝配系統由于其良好的綜合性而得到了廣泛的重視，在應用上可以根據飛機型號的不同以及相關的產品特點來選用不同的系統。

5 結語

由于飛機屬于高精密設備，其表現出自身的工作范圍小，零部件精度高等特點，使得工業機器臂的優勢逐漸在飛機制造中凸現出來，飛機大范圍表面制孔以及自主移動式制孔系統的優勢也非常大，在工作效率以及批量較高的情況下，柔性軌道制孔系統的優勢也是非常明顯的。再加上成本以及保密性等因素影響，我國對飛機自動化制孔系統進行裝配和研究是必須的，這就要求我們的研究人員要對飛機零部件的關鍵手段進行分析和研究，只有掌握了核心的能力，才能夠真正地提升我國飛機裝配的自動化水平。

參考文獻

[1] 邱雪松，鄧宗全，胡明.月球探測車可展開式懸架的設計分析[C]//中國宇航學會深空探測技術專業委員會第二屆學術會議論文集.2005.

[2] 葉培建，張熇，饒煒.積極應對深空探測的技術挑戰[C]//中國宇航學會深空探測技術專業委員會第二屆學術會議論文集.2005.

[3] 趙忠明，黃鐵青，龔建華，等.遙感技術在應急系統中的應用[C]//第十二屆中國體視學與圖像分析學術會議論文集.2008.

[4] 賈陽，陳建新，張熇.月面巡視探測器概念性設想及關鍵技術分析[C]//中國宇航學會深空探測技術專業委員會第一屆學術會議論文集.2005.

[5] 鄒濤，張圣元.智能化航空檢測設備關鍵技術的應用研究[C]//航空裝備保障技術及發展——航空裝備保障技術專題研討會論文集.2006.

[6] 劉大響，金捷，彭友梅，等.大型飛機發動機的發展現狀和關鍵技術分析[C]//大型飛機關鍵技術高層論壇暨中國航空學會2007年學術年會論文集.2007.

[7] 王和平，林宇.大型民機關鍵技術確認研究[C]//大型飛機關鍵技術高層論壇暨中國航空學會2007年學術年會論文集.2007.

[8] 廖達雄，陳吉明，陳振華.大型連續式跨超聲速風洞關鍵技術[C]//大型飛機關鍵技術高層論壇暨中國航空學會2007年學術年會論文集.2007.