飛行器大型薄壁件制造的柔性工裝技術

李志楠 高剛毅

摘要：在飛行器大型薄壁件的制造過程中，柔性工藝技術是極為重要的組成部分，對于飛行器的運行、優化有著極其重要的作用。本文主要研究了飛行器大型薄壁件制造的柔心工裝技術。

關鍵詞： 飛行器;大型薄壁件;柔性制造;工藝裝備

0? 引言

隨著社會經濟的不斷發展，航空、航天行業也得到了十足的發展，現如今已經成為國家發展的重點行業。在發展過程中，航空機械設備的實際應用和研發也得到了社會各界的廣泛關注。飛行器大型薄壁件作為飛行機體的重要組成部分，如何通過柔心工裝技術進行飛行器大型薄壁件的制造成為當前需要研究的主要重點。

1? 飛行器大型薄壁件制造工程的發展現狀

隨著我國經濟的不斷提高，各行各業得到了十足的發展。航空、航天行業同樣如此。在飛行機械制造中，飛行器大型薄壁件制造作為其中的關鍵，不論是國外還是國內都予以了足夠的重視。根據國內外的發展現狀來看，國外主要是通過誤差預測、切削力模型、變形分析等方法保證飛行器大型薄壁件的制造精度。而國內通過大量的研究也得到了一定的成果。比如，吉林大學提出了多種不同規格的多點成型設備，并研究出在CAD中計算板材與各沖頭接觸點的快速算法;北京航空航天大學通過研究完成了調形數據的自動生成。進而推動了我國飛行器大型薄壁件制造柔心工裝技術的發展。

2? 飛行器大型薄壁件制造柔性工裝技術的發展前景

飛行器大型薄壁件制造的柔性工裝技術在飛速發展，且逐漸完善。飛行器大型薄壁件制作柔性工裝技術的發展前景及趨勢主要有以下幾點：

①隨著信息技術的不斷發展，未來柔性工裝技術會向著互動、集成等方向發展，實現工裝與機床的互動，進而在減少飛行器大型薄壁件制造成本的同時提高其綜合效益。例如，在飛行器大型薄壁件的制造過程中，通過工裝與機床的信息交流，提高刀具運行的穩定性。在傳統的柔性工裝技術中，去信息交流較慢，而通過工裝與機床的互動，能夠將定位以及支撐單元陣列及時進行調整，以保證其最佳狀態，盡可能避免加工過程中的變形。

②在飛行器大型薄壁件制造過程中，回彈是排在首位的難題。而隨著柔心工裝技術的不斷發展，對于回彈問題可以通過智能預測的閉環成型技術得到解決。這一技術主要利用閉環空間原理，將數學模型與人工智能相結合，然后精確預測工件的回彈量，并在精確控制其工件制作過程中的回彈，以此提高飛行器大型薄壁件的整體質量。

③現如今，大多數飛行器大型薄壁件的制造都是通過加工、成型相互分離的制造工藝，這種制造工藝在實際制造過程中還有一些問題，容易受到回彈問題所影響，進而造成在飛行器大型薄壁件加工過程，無法對一些制造成型的飛行器大型薄壁件半成品進行后續加工，其后續加工的精確基準也無法保證，進而無法實現精準定位，對飛行器大型薄壁件整體質量產生一定的影響。而隨著加工、成型一體化技術的應用，能夠保證飛行器大型薄壁件在制造過程中根據統一基準進行作業，有效避免了定位、加工等方面的誤差，促進飛行器大型薄壁件制造效率及質量的有效提高。

3? 飛行器大型薄壁件制造柔性工裝技術的應用措施

根據國內外的發展現狀可以發現，在飛行器大型壁薄件的自主過程中，對于柔性工裝技術的合理利用非常重要，也是當前整個行業發展的重點。

3.1 彈性曲面定位技術

當前，飛行器大型壁薄件絕大部分為大尺度彈性零件，而且這些大尺度彈性零件為自由曲面，與平常的機械產品不同，該類大型壁薄件的表面無法進行常規定位。因此，傳統的定位原理無法適用于該類大型壁薄件中。而在柔性工裝技術系統中應用彈性曲面定位技術，解決了大型壁薄件的曲面定位，促使柔性工裝技術的開發效果得到提升，解決了傳統定位原理對于自由曲面的定位問題。除此之外，這種彈性曲面定位技術的應用范圍不僅僅體現在飛行器大型薄壁件中，對于其他自由曲面工件的定位需求也能很好的滿足。

3.2 無基準自動定位技術

在柔性工裝技術的發展過程中，拉型工藝是大多數飛行器大型薄壁件半成品必經的過程。這些飛行器大型薄壁件半成品由于缺乏定位孔這種精確定位基準，嚴重影響了后續的加工環節，如開窗、切邊等。針對這一問題，可以通過無基準自動定位技術加以解決。通常情況下，信息處理單元、傳感器陣列、定位引導軟件、控制計算機、執行裝置等幾個部分組成了無基準自動定位系統。通過這些部分能夠及時調整工件及工裝，以此保證精準定位工件。例如，在無基準自動定位系統中的傳感器陣列，含有M×N個定位傳感球，然后通過定位傳感球對工件及真空吸頭的接觸情況進行監測，進而明確工件接觸點的狀態和分部信息。然后在此基礎上通過定位引導軟件分析信息，依據彈性曲面定位原理進行求解，首先信息的調整，進而保證定位的準確性，便于后續的切削工作。

3.3 高密度柔性陣列驅動技術

只有將定位、支撐單元與支撐間距保持在最小范圍內，才能明確最小區域內支撐、定位單元的數量，進而保證工件的強度，進而避免工件加工變現問題的出現。例如，在TORRESTOOL柔性工裝系統中，500mm為X軸最小支撐間距，無法滿足高密度支撐需求，但是通過高密度、高柔性的定位以及支撐陣列驅動后，可以極大程度的減少支撐單元以及定位的尺寸，進而實現飛行器大型薄壁件制作需求。

3.4 支撐定位固定一體化技術

飛行器大型薄壁件的支撐、定位以及固定不能輕易分開。因此可以通過一體化技術保證柔性工裝技術的正常進行。例如，可以通過萬向真空吸頭。這種萬向真空吸頭擁有定位、支撐功能，將萬向真空吸頭安裝在洗頭上能夠進行大角度旋轉，進而改變與空間、方向的接觸，完成對飛行器大型薄壁件的有效固定。除此之外，還可以在其中加入精密定位元件，以此保證定位的精準性。需要注意的是在作業過程中，要注意真空密封性與運動靈活性兩者之間的問題，進而杜絕因漏氣問題對真空系統的影響。

3.5 網絡化控制信息集成技術

在柔性工裝技術中，網絡化控制信息集成技術也是極為重要的部分，能夠保證飛行器大型薄壁件自主工作的正常開展。通常情況下，柔性工裝技術為陣列式結構，在柔性工裝技術中需要數十上百的定位、支撐單元，且每個單元需要2-3個運動部件，且需要控制數百個運動軸數，進而造成其龐大的控制系統規模。這種搭接線量的系統運行需求是傳統的通信控制滿足不了的，因此以此為基礎對其系統運行需求進行研發。在柔性工裝技術中使用網絡化控制信息集成技術，能夠有效減少施工難度，在降低成本的同時保證后續維修的簡單化。該技術的基礎是以太網物理層，通過構架以太網以及數據鏈路層，進行信息溝通。現如今，網絡化控制信息集成技術已經從全世界得到了廣泛應用。

4? 結語

在飛行器大型薄壁件制造過程中，對于柔性工裝技術的應用和管理直接影響著航空、航天事業的發展。因此，相關技術人員要加大對柔性工裝技術的研發力度，以此保證飛行器大型薄壁件制造的質量及效率。基于此，本文首先闡述了當前飛行器大型薄壁件制造的發展現狀。然后研究了飛行器大型薄壁件制造柔性工裝技術的發展前景。最后根據實際情況從彈性曲面定位技術、無基準自動定位技術、高密度柔性陣列驅動技術、支撐定位固定一體化技術、網絡化控制信息集成技術等幾個方面研究了飛行器大型壁薄件制造柔心工裝技術的應用措施。

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