舵面類部件柔性裝配工裝技術(shù)研究與應(yīng)用

文/孔祥雯，航空工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司

1 引言

目前國內(nèi)飛機(jī)舵面類部件在裝配時(shí)仍然采用帶有大量外形卡板的剛性專用工裝進(jìn)行裝配，它是以飛機(jī)蒙皮外形為裝配基準(zhǔn)，保證了飛機(jī)的理論外形，但工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開敞性差，裝配效率低，專用性強(qiáng)。隨著現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，新型飛機(jī)層出不窮，產(chǎn)品升級(jí)換代加快，小批量多品種的市場(chǎng)需求特征越來越明顯，傳統(tǒng)的飛機(jī)舵面類部件裝配工裝，無論其成本和設(shè)計(jì)制造周期，都無法滿足行業(yè)發(fā)展的新需求。因此，減小裝配難度和工作量，縮短裝配時(shí)間，提高裝配質(zhì)量，是飛機(jī)制造行業(yè)正在致力解決的問題，柔性工裝可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)和縮短新品研制周期，成為工裝技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

2 概述

2.1 舵面類柔性裝配工裝需求分析

單架飛機(jī)通常包括多個(gè)飛機(jī)舵面，其結(jié)構(gòu)形式相似，尺寸變化不大，且左右舵面完全對(duì)稱。當(dāng)采用傳統(tǒng)工裝進(jìn)行裝配時(shí)，由于各個(gè)舵面定位形式不同，需采用多套工裝分別進(jìn)行定位。在研制階段及小批量試制階段，工裝生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，不能夠滿足現(xiàn)代飛機(jī)快速研制的要求；而在大批量生產(chǎn)階段，當(dāng)出現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸時(shí)，難以快速有效的消解。因此，需要滿足研制生產(chǎn)要求的舵面類柔性裝配工裝：1）能夠適應(yīng)同類飛機(jī)中多套舵面的裝配定位工作；2）能夠?qū)崿F(xiàn)不同舵面定位形式間的快速轉(zhuǎn)換；3）具有一定的擴(kuò)展性以滿足產(chǎn)品改型及工藝變更的需求。

2.2 柔性裝配工裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的固定式裝配工裝往往只能適應(yīng)特定的機(jī)型,乃至特定的裝配對(duì)象。其結(jié)構(gòu)形式受到飛機(jī)部件的尺寸、結(jié)構(gòu)、定位交點(diǎn)位置等因素的嚴(yán)格限制。主要缺點(diǎn)包括：制造及安裝成本較高,周期較長(zhǎng);每套工裝用于裝配一個(gè)部件,并且難以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝變化進(jìn)行調(diào)整,柔性極差;在小批量生產(chǎn)及試制過程中,不同部件需采用多套工裝,工裝利用率低,占地面積大。柔性裝配工裝在傳統(tǒng)裝配工裝的基礎(chǔ)上,多采用剛性靜態(tài)框架結(jié)構(gòu)與可重構(gòu)定位組件相結(jié)合的形式。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要包括：多點(diǎn)陣真空吸盤式柔性裝配工裝川、組合式柔性裝配工裝、整體底座式柔性裝配工裝、立柱式柔性裝配工裝、立框式柔性工裝、總裝數(shù)字化對(duì)接平臺(tái)。常用于飛機(jī)舵面類部件裝配的柔性裝配工裝包括：組合式柔性裝配工裝與立框式柔性裝配工裝口組合式柔性裝配工裝通過拆卸變換整個(gè)定位器,能夠?qū)崿F(xiàn)裝配工裝的完全重構(gòu),并能夠通過重新制作定位器的方法實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的定位,具有較大的有效定位范圍和可擴(kuò)展性,但由于更換定位器較復(fù)雜,故定位形式變換時(shí)間較長(zhǎng)。而立框式柔性裝配工裝通過數(shù)字化測(cè)量手段,調(diào)整可重構(gòu)定位器的位置,從而實(shí)現(xiàn)不同部件的定位。其定位過程由伺服設(shè)備完成,高效準(zhǔn)確,能夠快速完成定位形式的轉(zhuǎn)換。

2.3 基準(zhǔn)的選擇及柔性定位方法

飛機(jī)舵面類部件柔性裝配基準(zhǔn)通常以骨架外形作為裝配基準(zhǔn)，選擇產(chǎn)品的定位工藝孔、軸線面以及有協(xié)調(diào)要求的接頭孔為定位基準(zhǔn)，如舵肋定位工藝孔、大梁定位工藝孔、舵肋軸線面、大梁腹板面、鉸鏈接頭孔等。需要定位的主承力部件均為數(shù)控加工件，其加工精度與剛性相對(duì)較高。為保證柔性工裝的開敞性，采用內(nèi)定位的裝配方式完成對(duì)產(chǎn)品零組件的裝配工作。對(duì)于鈑金肋與長(zhǎng)桁等弱剛性零件的裝配，則以定位準(zhǔn)確的工藝長(zhǎng)桁與鈑金肋連接，從而保證骨架的外形。具體表現(xiàn)在：在產(chǎn)品兩端的機(jī)加舵肋，分別設(shè)置兩個(gè)三坐標(biāo)定位單元，定位舵肋定位工藝孔，定位單元末端執(zhí)行件與產(chǎn)品連接，并具有與產(chǎn)品定位工藝孔一致的坐標(biāo)定位孔。當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生改變時(shí)，只需更換定位單元末端執(zhí)行件，中間各舵肋通過一個(gè)三坐標(biāo)定位單元逐個(gè)定位，其末端執(zhí)行件是一個(gè)具有陣列式布置的坐標(biāo)定位孔系列的舵肋定位板，涵蓋所有中間舵肋的定位工藝孔的位置。

3 應(yīng)用實(shí)例

某型號(hào)前緣襟舵是飛機(jī)機(jī)翼上一個(gè)典型結(jié)構(gòu)特征的舵面類部件，由內(nèi)前襟和外前襟組成，左右對(duì)稱，具有相似的形狀及結(jié)構(gòu)。內(nèi)、外前襟分別包括3個(gè)機(jī)加肋、11個(gè)鈑金肋、1根大梁及鉸鏈接頭、4根長(zhǎng)桁、1個(gè)U型蒙皮、1個(gè)尾緣條，由鉚釘及螺栓將以上零件連接起來。通過對(duì)飛機(jī)舵面類部件數(shù)字化柔性裝配工裝的研究，設(shè)計(jì)出了基于內(nèi)定位裝配法的機(jī)翼前襟數(shù)字化柔性裝配工裝，它由7個(gè)三坐標(biāo)定位單元及1個(gè)機(jī)器人組成，利用伺服電機(jī)和精密導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及可卸式定位器末端執(zhí)行件，將4個(gè)不同的內(nèi)、外前襟左右件在一臺(tái)柔性工裝上裝配出來。與傳統(tǒng)工裝相比，單個(gè)內(nèi)前襟裝配周期由12天縮短為7.5天，效率提高60%，單個(gè)外前襟裝配周期由10天縮短為6天，效率提高66.7%，裝配型架由原來的4個(gè)減少到1個(gè)，工裝數(shù)量減少75%，實(shí)現(xiàn)了同一柔性工裝對(duì)不同產(chǎn)品的適應(yīng)性。

4 結(jié)語

當(dāng)前飛機(jī)制造業(yè)小批量多型號(hào)的需求對(duì)航空企業(yè)提出了更高的柔性要求,根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求,提高裝配柔性是解決該問題的有效手段。本文論述的舵面類部件柔性裝配工裝研制成功后,在飛機(jī)制造過程中將取得如下效果：①明顯提高飛機(jī)零件的裝配準(zhǔn)確度;②降低同系列產(chǎn)品40%一50%的工裝成本;③使飛機(jī)裝配周期縮短為原來的2/3,大幅度地改善企業(yè)的工裝投資短、時(shí)間不能收回的局面,加速柔性裝配技術(shù)的研究與大量應(yīng)用,推動(dòng)飛機(jī)制造業(yè)快速發(fā)展。