飛機柔性裝配工裝設計分析

孫曉光

摘要：飛機柔性裝配工整技術，是數字化技術發展的產物，實現了不同形狀、特征的統一結構族多部件的裝配。目前來說，飛機柔性裝配工裝技術已經廣泛應用在生產實踐中，國外對于相關技術領域的理論研究較為成熟，科學工作者提出了可重構柔性工裝、決定性裝配等多種裝配方式，而我國目前針對不同的飛機產品，也設計出了行列吸盤式壁板柔性裝配工裝等多種實踐性工藝，促進了我國飛機制造業的發展。為了進一步保障技術應用效果，在設計分析過程中，首先需要進行目標產品設計特點分析，了解柔性定位特點，確定柔性定位器功能，加強定位執行末端的設計，在最終環節定位單元行程，進行布局優化。

關鍵詞：飛機；柔性裝配工裝設計；分析

飛機是目前應用于交通運輸領域較為先進的一種交通工具，其生產制造水平對于國家經濟發展有著較大影響。隨著飛機制造行業的發展，其制造理論體系不斷完善，制作工藝水平不斷提升，柔性裝配工裝關鍵技術是基于數字化技術開發出來的一種飛機新型生產技術，能夠通過調整飛機零件尺寸實現重組設計，形成一個數字化、自動化的工裝系統，對于提高飛機制作水平具有積極意義[1]。在傳統的飛機裝配工裝中，一旦產品設計調整，工裝調整耗費時間較長，使用柔性裝配工裝設計技術，只要是同一結構族的裝配工程，即使是尺寸、形狀不同的多個部件，也可以統一完成裝配，這樣能夠有效縮短飛機裝配工裝的設計與制造周期。

1.飛機柔性裝配工裝設計現狀分析

目前，柔性工裝技術在國外飛機裝配工裝中廣泛應用，主要的施工技術理論有：①適用于含有大曲率或復雜形狀工件定位的柔性工裝技術。通過控制真空吸盤生成吸附點陣，可保證裝配工件曲面外形一致，在進行鉆孔、鉚接等工作時可有效固定住工件，保證定位的精準性；②主要用于機翼裝配的可重構柔性工裝技術。由標準量和裝配造型架構成工裝靜態框架，并在其主梁上安裝動態模塊，能夠實現使定位夾緊器的精準控制；③主要用于機翼與翼梁裝配中的決定性裝配方法（DA）。該技術通過合理的設計與緊密的加工，降低了常規工藝設備使用率，降低了飛機裝配對于型架的依賴性；④主要用于翼身對接的定位系統，通過定位單元的重用實現新的飛機部件的柔性裝配[2]。

我國在柔性裝配技術的研究水平也處于世界領先地位，針對國內不同的飛機產品，出現了不同類型的施工技術，比如說行列吸盤式壁板柔性裝配工裝，用于機身部件、翼面類部件、機翼翼盒裝配等，這些技術體系都已經比較完善，在生產實踐中得到了廣泛的應用。在飛機裝配工裝中，設計方案的頻繁更改是難免的，但是這樣會延長工裝調整的時間，是飛機快速生產的一個瓶頸，潘志毅等人針對這一問題，通過對主幾何層、源控制幾何層等進行綜合運算建立了型架變型設計模型，有效解決了這一問題。

2.飛機柔性裝配工裝具體設計分析

2.1目標產品設計特點分析

飛機柔性裝配工裝設計的出發點，在于產品需求，因此在設計之前，首先需要根據產品制造理念選擇設計模型，綜合分析模型結構特點，通過閱讀文獻、搜查資料等方式，借鑒以往成功的設計方案及其理念，明確目標產品的基本特征，并以此為基礎，嚴格按照飛機飛機柔性裝配工裝設計分析的流程，進行裝配協調，進一步提升裝配精度，使得多裝配構件間能夠保持一致協調的精準度，在縮短裝配工裝設計與制造周期的同時，實現裝配基準。

2.2明晰柔性定位特點

對目標產品進行工藝分析，劃分工藝分離面，建立產品結構樹，將外形準確度、交點準確度等所必須保證的產品頂層關鍵特征為頂點，向下逐級傳遞分解直至零件級，標注出關鍵型面、結構交點等裝配準確度影響要素的協調關系或特征，形成初始定位特征集，并與裝配工裝定位特征對應起來。在產品設計數學模型中，可以獲取產品零部件或工裝的關鍵特征信息，包括外形輪廓、結構尺寸、空間位置與相對位置關系等，再根據結構幾何信息推斷出與定位特征相對應的特征元，獲取相關的尺寸約束及配合約束信息。

2.3確定柔性定位器功能

在飛機柔性裝配工裝系統中，一套工裝具備多裝配構建的柔性定位功能，其關鍵就在于模塊化柔性定位器的應用，該設備通過3個坐標可實現6甚至8自由度運動[3]。柔性定位器有多種類型，不同類型有不同的優缺點，適用于不同的場合，比如說XYZ型，具有立柱穩定性好、易于安裝調試的作用，但是占據較大的底層空間，一般適用于端部定位及正下方定位的工裝設備。在選擇柔性定位器時，應以滿足柔性工裝的結構簡約性與空間開敞性為基本要求，針對產品零件的結構特征及相對位置關系，篩選出柔性定位特征，合理選擇。與此同時，為了進一步提高飛機制造的安全性，應盡量提高柔性設計的穩定性與精確度，減小設計數據誤差。

2.4定位執行末端的設計

定位執行末端包括兩個主要構件：①外形定位件，具有確定飛機部件的氣動力外形的作用；②接頭定位件，能夠保證各外形定位件互換和對接接頭的協調性。在選擇定位執行末端的設計基準，應綜合考慮到制造可行性、裝配操作開敞性、結構剛度等多個要素，針對目標產品的幾何特征，采用合理的定位方法，明確定位執行末端的結構信息和定位特征，確保所選設計方式能夠確定滿足所有關鍵特征定位功能，且定位執行末端數量最低，實現定位功能的高度集成，如若無法實現高度集成的目標，則可以通過設置專用定位器等方式加以解決。

2.5定位單元行程與布局優化

正所謂細節決定成敗，在飛機柔性裝配工裝設計的最終環節，應該加強行程定位、布局的優化設計，確保各部件裝配位置的合理性，提高裝配精準度，切實發揮這一技術的應用優勢。在定位單元行程過程中，由于各柔性坐標定位單元的X/Y/Z行程與待裝配對象種類及其在工裝坐標系中的擺放位置關系有關，因此可以通過建立工裝坐標系、獲取XOY基礎平面上投影等多道工序，對各自由度運動行程進行修改，就可以實現行程與布局的優化[4]。這一步驟能夠提高裝配操作的開敞性，同時降低定位執行機構自由度行程及尺寸，降低生產成本。

3.結語

飛機裝配工裝是一個根據產品的設計與制造需求，支撐并定位產品零部件，使其保持預設相對位置關系的過程。在傳統的飛機裝配工裝中，每一個部件的裝配操作過程至少需要一個專用的剛性裝配工裝，因此在產品設計更新是也需要相應地調整工裝，耗費時間較長，嚴重阻礙了飛機的快速生產[5]。飛機柔性裝配工裝設計的出現，有效解決了這一問題，為飛機的快速生產準備提供了技術支持。在柔性裝配工裝設計過程中，為了進一步保障設計的合理性，需要經歷多個步驟，建立技術評價模型，根據產品需求合理設置設計參數，這樣能夠有效保障技術應用價值，同時為裝備發展規劃的制定及裝備技術水平的提升提供有效的決策參考。

參考文獻：

[1]王新，張毅，趙銳霞.無余量裝配技術在復合材料機身結構部段上的應用[J].航空制造技術，2017，04：106-109.

[2]孫永杰，田威，廖文和，劉明爽.機身骨架裝配柔性工裝設計[J].航空制造技術，2017，07：86-91.

[3]李維亮，楊京京，周良明.基于模塊化設計的柔性裝配工裝關鍵技術研究[J].機床與液壓，2016，04：14-17.

[4]胡玉龍，王仲奇，李西寧，康永剛.基于ELM的飛機數字化裝配定位運動模型[J].航空學報，2016，04：1374-1383.

[5]王巍，谷天慧，俞鴻均.某型飛機垂尾壁板類柔性工裝設計[J].航空制造技術，2016，12：66-70.endprint