飛行器大型薄壁件制造的柔性工裝技術探究

劉博元

西安明德理工學院 陜西 西安 710124

引言

作為飛行器中的關鍵零部件，薄壁零件的制造一直是困擾制造企業的難題。薄壁零件的結構復雜，形態多樣，且大多是小批量多品種零件，其厚度小，加工過程中容易發生結構變形等特點[1]，因此多年來國內外學者對薄壁零件的制造技術進行了大量研究，鑒于此，本文對飛行器大型薄壁零件的柔性工裝技術進行研究，為提升薄壁零件的制造和加工技術提供理論支撐[2]。

1 國內外薄壁零件制造工程現狀分析

（1）國外薄壁零件制造工程。美、德、日等國家對薄壁零件的制造研究投入了大量的精力和經費，各類新技術和柔性工裝設備被大批量開發出來。其中以美國RI公司制造的柔性機器人最具代表性，此裝置已經成功應用于飛機機身零部件的裝配工序中，另外，法國Dufieux Industrie公司研制的鏡像銑削系統，也已成功應用于蒙皮類零部件的銑削加工過程中[3]。

（2）國內薄壁零件制造工程。國內方面，在個別領域也已取得了一定的研究成果，部分大型零部件制造柔性工裝也已得到應用。研究從兩個層面出發，一方面科研院校和專業機構，針對柔性工藝開展深入研究，例如吉林大學在前期研究基礎上，研制出了各類規格的多點成形裝置，并設計了可以成功在CAD系統中計算沖頭接觸點的有效算法，大幅提升了設備的制造效率。企業研究注重實用性，大多是從企業加工零件的自身特點出發，研制出了可適應企業大批量生產零件的，相比于科研機構，其實用性較強，但普適性較差。

2 大型薄壁零件制造柔性工裝技術

大型薄壁零件制造主要分為三個階段，一是結構設計，二是加工過程控制，三是零件裝配。并且大多數航空類零件，是鈦合金材料，其切削性能比較差，是最難加工的材料之一。加工和裝配過程中，需要的工件材料、設備、刀具、工裝夾具、切削工藝參數、裝配工藝均是影響大型薄壁零件質量問題的要素。然而經過大量加工和裝配經驗分析可知，刀具和工裝的聯動性，裝配的柔性，變形的控制技術是影響薄壁類零件的最三個主要因素[4]。

（1）新型工裝系統。新型工裝系統的核心技術是借助機床和工裝間的信息傳遞，實現刀具運動軌跡的實時控制和矯正。簡單來講，借助多點柔性工裝技術中的傳感器技術，可以檢測工裝不同部位的受力值，隨后將值傳遞至計算機的分析模塊，分析結果傳遞至指令模塊后，指令模塊會發出指令指揮機器人做出運動，實現對不同工裝部件運動方式的調整，使得加工系統中實時處于最佳運動狀態。

（2）智能預測成形技術。回彈問題一直是薄壁類零件加工過程中的遇到的重要問題之一，此類問題嚴重影響了薄壁零件的制造效率，也是實際生產過程中工藝設計和生產一線人員時常遇到的難題。國內很早便建立了專業研究團隊，開展大量技術類攻關工作，研究了基于智能技術的成形預測技術，這一技術可以有效解決薄壁類零件的回彈現象。在國內某電子類關鍵零件制造企業，已經將智能化閉環預測成形技術應用于實際生產過程中，且已經將數學模型、人工智能結合起來，并對生產過程中的回彈值進行實時預判，達到精準控制的目的。實驗驗證結果表明，此種方法可以有效解決回彈帶來的問題，從而提高了成形的精度和最終產品的質量。

（3）自動化柔性裝配技術。上述兩種裝配技術主要面向薄壁類零件的加工過程中，然而在薄壁零件的裝配過程中，國內大多數企業仍然采用人工裝配方法。人工裝配有兩個缺點，一是裝配質量不穩定，二是裝配效率不高。加之一線裝配工人的工作壓力較大，整個行業的健康穩定程度較差。基于此，國內某些研究部門進行了大量工程類實驗，研究出了基于數字化和自動化技術的柔性裝配技術，發明了自動化裝配裝置。此項技術獎數字化和柔性裝配技術柔和在一起，為行業發展提供了一條新道路。在此種技術之上，結合柔性物流技術，還可以對生產過程中大型薄壁類零件的變形問題進行有效解決，和基于智能機器人的自動化裝配系統結合，可有效提升薄壁類零件制造過程的柔性化和自動化。基于罪行的數字化技術，可以最大程度的保障生產過程中裝配施工建設的質量，提升薄壁類零件的商業價值和社會效益，推進行業的快速發展。

除以上技術以外，對于刀具材料的選擇、工藝參數的選擇等問題也是國內外學者的研究重點，各大高校已經研究出了基于知識推理技術的薄壁類零件加工過程中的刀具選擇、工藝參數選擇系統，通過系統的使用，為工藝設計人員在進行工藝設計時，可根據薄壁類零件的材料類型、各類熱學屬性、力學屬性，形成問題，然后借助知識庫自動形成薄壁類零件的加工工藝，為工藝設計人員進行工藝設計提供決策知識支持。同時，為加工鈦合金等材料，近年來各大高校已經逐步開展刀具表面薄膜生長技術研究，如金剛石薄膜技術便得到了廣泛研究，也為柔性裝配技術提供了很好的支撐。

3 結束語

隨著人們對生活質量的提升，航空航天技術的不斷發展，飛機出行已成為居民出行的首選，大型薄壁類零件的制造技術研究成為熱點。近年來國內外在裝配、加工和設計等方面開展了廣泛研究，在刀具、材料等方面的研究也在開展。未來研究高效率、高質量、低變形的裝配技術是趨勢，智能化和信息技術必將在未來的柔性工裝研究技術中占據主導地位。