飛機壁板柔性裝配系統真空吸盤設計概述

祝忠杰

摘 要 飛機壁板柔性裝配技術已成為當今國內外所有航空企業重點發展的技術。本文詳細介紹了飛機壁板柔性裝配系統中真空吸盤的布局、結構、安裝方法、選型計算等內容，通過該系統的使用，將大大提高飛機裝配質量，加快飛機研制周期。

關鍵詞 飛機壁板;真空吸盤;柔性裝配

隨著工裝定位技術的發展，傳統卡板定位式的壁板裝配工裝在加工成本、可重復利用性、可調性均無較大改進可能，急需設計一種可重復利用、具有柔性可調性的壁板外形定位方式來改進飛機壁板的定位裝配方式。飛機壁板裝配系統中工裝框架上安裝有卡板，卡板上布局有真空吸盤點陣。其技術要點為吸盤點陣如何安全可靠地吸附壁板，同時保證壁板外形。

1吸盤點陣布局

真空吸盤布局采用整體點陣式布局。工裝框架上安裝有卡板，每塊卡板上安裝有若干個吸盤組件，真空吸盤的布局根據壁板的承載能力和吸附力大小來確定，盡量均勻分布在卡板上，保證每個點受力均衡，從而減小壁板的局部變形，保證壁板整體外形[1]。

2吸盤組件結構

吸盤組件的組成結構如圖1所示，安裝支座安裝在卡板上，緩沖彈簧起到緩沖的作用，叉耳支座允許轉接頭繞Z軸有一定的旋轉自由度（±10°）以適應壁板的曲面外形，直通接頭接出的管路通過轉接頭和真空發生器相連，真空吸盤選擇成品件。

2.1 真空吸盤選型

（1）吸盤直徑

吸盤直徑計算公式：

真空發生器場合的真空度大致在+60kPa，壁板的重量為30kg，吸盤點陣中吸盤的總數量為25，吸盤垂直吸吊時安全系數要大于或等于8，因此公式中各參數的數值如下：

D：吸盤直徑（mm）

P：真空度 +60 kPa

W：吸吊力 300N

n：吸盤數量 25

t：垂直吸吊安全率8

出于安全性考慮，建議選用更大一號的吸盤，吸盤直徑最終選用Φ50。

（2）真空度要求

真空度計算公式：

S：吸盤的面積19.6cm?

W：吸吊力 300N

n：吸盤數量25

t：垂直吸吊安全率8

真空度要求大于50kPa，使用真空發生器場合的真空度大致在+60kPa左右，因此滿足要求。

（3）吸吊力驗算

單個吸盤吸吊力計算公式：

技術需求中要求每個點受力不得大于50N。經計算真空度取最大值+85時，吸吊力為21N，小于50N，因此滿足技術需求。

（4）真空吸盤的形狀

根據比較常見的吸盤形狀，建議選用平型帶肋形狀的吸盤，理由如下：

1）為了保證壁板的外形，盡量減少壁板的變形，不宜使用普通平型吸盤;

2）壁板表面曲率不大，局部可視為小平面，無須選用深型，深型也容易導致表面變形;

3）吸盤的支架上安裝有緩沖彈簧，風琴吸盤也容易導致表面變形，不宜選用。

綜合以上分析，建議選用平型帶肋形狀的吸盤。

（5）真空吸盤型號

真空吸盤選用SMC品牌的無緩沖ZPT系列，從以上結果得出具體型號為ZPT50CN-A8。

2.2 緩沖彈簧選型

（1）假定彈簧受到50N的壓力時為最大壓力，此時對應最大變形量為6mm。

（2）根據工作性質，查閱彈簧常用材料表格，選用C級碳素彈簧鋼絲。假設鋼絲直徑d=2mm，查看彈簧鋼絲抗拉強度資料可知，對應σ b =1710MPa，查閱彈簧材料許用應力表格可以計算許用切應力：

（3）初選旋繞比C=10。

（4）彈簧曲度系數：

彈簧鋼絲直徑：

鋼絲直徑在所設范圍內，圓整為標準系列d=2mm（符合標準直徑系列）。

（5）由（符合標準中徑系列）。

（6）C級碳素彈簧鋼絲的切變模量G=79000MPa，計算彈簧有效圈數：

圓整為3圈，兩端各取一圈支承圈，則總圈數

（7）穩定性校核

所以彈簧是穩定的。

3吸盤安裝方法

具體安裝方法如下：

（1）以真空點陣單元的吸盤中心點投影在壁板外形上的點求壁板外形曲面的切平面;

（2）將真空點陣單元與外接抽真空回路連接，啟動抽真空回路;

（3）將安裝板吸附在真空點陣單元的吸盤上，安裝板的孔避開吸附區域;

（4）以工裝坐標系為基準，用相同的激光目標反射球測量安裝板上的三個安裝孔的孔位坐標值;

（5）將三個坐標點值擬合成一個真空點陣單元的實測平面;

（6）將該實測平面與壁板外形曲面的切平面對比并不停地修正，使實測平面與壁板外形曲面最終重合;

（7）撤離安裝板，完成真空點陣單元安裝。

4氣路布局

單塊卡板上的氣路管線布局圖如圖2所示，真空發生器的真空口輸出管通過T型接頭和直通接頭與真空吸盤相連。

5結束語

設計了一套應用于飛機壁板裝配的真空吸盤，實現了真空點陣單元在飛機壁板的空間曲面調整，實現了壁板理論外形的準確形成和精密定位裝配。多點陣真空吸盤式柔性裝配工裝系統解決了多年來困擾航空制造業的設計制造周期長、成本高、工裝數量龐大等一系列問題，具備足夠的柔性和可重組性，減少了大量的專用工裝，裝配效率及質量隨之大幅提高，將大力推進航空制造技術領域數字化、自動化、柔性化的水平。

參考文獻

[1] 陳國濤，屈力剛.飛機壁板真空吸盤式柔性裝配工裝系統設計[J].沈陽航空航天大學學報，2014，31（6）：36-41.