焊接類導管數字化柔性制造技術分析

王金平，陳軍，季青松

（陜西飛機工業有限責任公司，陜西 漢中 723213）

作為飛機的重要生命線，導管能夠滿足飛機液壓、燃油等系統的不同需求。為設法滿足焊接類導管的數字化快速制造需要，近年來數字化柔性制造技術研究受到業界高度重視，本文研究將主要圍繞焊接類導管數字化柔性制造采用的柔性組合夾具展開。

1 焊接類導管數字化柔性制造特點及基本流程

1.1 特點分析

焊接類導管數字化柔性制造需要使用通用化、系列化、標準化程度高的工藝裝備，這類工藝裝備由不同尺寸、不同規格、不同形狀、預先制造好的組合件和標準元件組成，適用于小批量、多品種的焊接類導管數字化柔性制造，由此開展的制造具備以下幾方面特點：第一，精度高?；谌嵝怨に囇b備具備的較高幾何精度、尺寸精度、耐磨性及應對，這種精度能夠在焊接類導管制造中得到體現；第二，通用性強。依托具有完全互換性的高度標準化元件，通過搭積木方式的組裝，多種多樣的工藝裝備組合能夠滿足不同焊接類導管制造需要；第三，適用范圍廣。數字化柔性制造涉及車、銑、鏜、鉆、刨、磨等工種，在劃線、裝配、檢驗、焊接方面的表現也較為突出，能夠較好服務于焊接類導管制造；第四，效率和成本優勢明顯。數字化柔性制造能夠重復使用原件并規避浪費問題，在節約制造費用和時間、提高勞動效率等方面的表現較為突出。

1.2 基本流程

數字化柔性制造的具體應用需要得到集成系統支持，可考慮采用三維曲面系統CATIA，在網絡、數據庫支持下，完成智能推理、專家知識庫、夾具檢測、夾具設計等系統的開發，完成三維數據庫建設，標準實樣可由此通過數字化模型替代，制造全過程的信息數字化傳遞能夠由此實現，這能夠為研發周期縮短、制造質量提升提供有力支持。具體的數字化柔性制造需要聚焦法蘭盤與管接頭建模、焊接類導管建模、焊接類導管工藝設計、數字化焊接夾具設計、焊接夾具測量、系統集成，以此打造數字化柔性焊接類導管生產線。深入分析可以發現，數字化柔性制造的核心包括數字化的焊接類導管工藝設計及CATIA模型重構，數字化焊接夾具的設計也極為關鍵，柔性焊接夾具直接影響柔性制造，必須關注焊接夾具精度校核，保證相關空間位置及精度準確，實物檢測也需要同時嚴格開展，保證理論與實際上的焊接夾具精度、位置一致性，這關系著焊接類導管數字化柔性制造能否順利實現。

2 實例分析

2.1 元件參數化建模

結合焊接類導管制造特點，及飛機研制階段存在的單件、多品種生產特點，本文研究采用的平臺同樣為三維曲面系統CATIA，以此開發智能推理、參數化建模、精度校核、標準元件替代、標準元件管理等系統，三位的導管模型可實現對傳統標準實樣代替，數字化的焊接類導管設計制造可順利實現，短周期、多品種、高精度的焊接類導管制造需要也能夠更好滿足。在元件參數化建模過程中，需要分析現有的基礎板、鉆套、銷釘、接頭、墊片、支架、壓塊、支座、標準元件，分類統計需結合定位方式、使用功能、安裝要求差異，以此明確標準元件的建模要求、基準及方式；參數化三維模型建模系統需基于CATIA系統開發，人工負責建立標準元件的三維模型，屬于參數變量的模型尺寸需要對應開展表格文件建立，以此關聯表格文件與模型參數，通過對表格文件數據的修改、增加、刪除，即可實現對應的參數化建模；基于焊接類導管制造特殊性，需要單獨建立非標準夾具元件三維模型，該模型用于人工調整或組合夾具；在開展參數化元件建模的過程中，參考坐標系的建立也極為關鍵，具體需要以裝配要素為依據，夯實后續夾具裝配智能推理的基礎。

2.2 建設夾具方案知識庫

在建設夾具方案知識庫的過程中，需要把握以下幾方面要點：第一，對不同材料、不同直徑焊接類導管夾具方案進行收集和整理，分析統計夾具方案典型結構、典型特征，完成典型夾具方案和典型結構要素提煉。第二，關注典型結構要素的參數化表達，結合定位方式、尺寸大小、工藝要求、集合精度賦予典型結構不同邏輯關系和參數，完成典型結構要素庫建設，基礎板、壓塊、定位器、V型拖架等屬于典型結構要素代表。第三，充分研究焊接類導管存在的不同特點，以此為依據實現典型夾具方案約束方式、結構形式、先后順序的參數化表達，賦予不同邏輯和參數關系，完成典型夾具裝配要素庫建設，需明確導管直徑、導管形狀、中間支管、兩端形式、中間接頭等導管特征對應的夾具裝配要素，如6～100mm直徑的導管需保證其直徑與V型拖架的規格協調；第四，對于典型、常見、通用夾具結構，典型柔性夾具方案庫設計需要以典型裝配要素、典型結構要素為依據，由技術人員手工完成設計。在初期階段，典型夾具方案建設需充分結合焊接類導管特征，柔性夾具方案知識庫需要由夾具的典型裝配要素庫、結構要素庫、方案庫組成。

2.3 夾具裝配智能推理

依托CATIA系統，需要開展夾具裝配智能推理，該推理實質上屬于參數化驅動算法流程，導管模型可在柔性夾具方案知識庫支持下通過對應知識條件開展逐條對比分析，以此完成標準元件針對性選擇，即可實現驅動與裝配的參數化。依托導管三維模型，需通過系統負責參數化提供，典型夾具方案可通過知識庫獲取，這一過程需要結合導管模型參數，典型夾具方案需同時結合導管模型參數完成標準元件規格調整。對于參數化驅動的標準元件來說，CATIA界面在刷新后能夠保證存在不變的裝配約束關系，原有三維模型能夠通過標準元件規格變化后的新模型替代，夾具裝配智能推理可隨之完成。如需要增加導管長度，在首次開展夾具設計的過程中，需要將長度值輸入，以此實現長度合適底座選擇，應設法將導管端頭中心線與定位器上孔約束同軸，將定位器下表面與底座上表面約束共面，將導管端頭面與定位器內表面約束共面，以此得到典型夾具方案。對于出現變化的焊接導管，需要增加對應長度值，剛剛設計的夾具方案為基礎，以此人工輸入或系統計算明確長度值的增加量，選取長度增加量最接近或大于該增加量的底座，通過參數化驅動，加長后的底座即可實現自動更換。在對系統界面進行刷新后，由于導管端頭與定位器共面、同軸，在導管加長方向定位器能夠自動移動，存在對應長度增加量的移動長度，夾具裝配智能推理由此完成。如不存在典型夾具方案，夾具的典型裝配要素、結構要素確定需要以導管模型參數為依據，以此完成標準元件規格對應選擇，通過在系統中充分不同標準元件對應的參考坐標系，結構要素裝配可基本完成，這種情況下的專用夾具元件需要通過人機互動增加，裝配約束條也需要同時補充，夾具智能裝配可在調整和優化夾具的過程中完成。

2.4 精度校核與驗證

在開展精度校核的過程中，基準為用戶指定的坐標系/點，柔性組合夾具需要在CATIA系統支持下完成特定位置理論精度測量，以此確定預期要求能否滿足。在具體生產中，基于柔性組合夾具方案，技術人員可通過規定連接方式和標準元件完成柔性組合夾具組裝。通過選用先進的測量設備，可對導管端頭定位器等特點位置的精度進行測量，明確夾具精度情況，保證理論與實際層面的精度、位置一致性。

2.5 具體應用效果

三維數字化的柔性組合夾具設計系統已廣泛用于很多企業，在焊接類導管數字化柔性制造中得到成功應用。對于環控、燃油等系統的焊接類導管，基于三維模型，可實現參數化的標準元件建模、標準元件替代、智能推理、精度校核，數字化的焊接類導管制造能夠由此高質量、高效率完成。結合具體實踐可以發現，相較于傳統導管樣件，數字化導管模型能夠更好滿足數字化柔性制造需要，“主動式”生產模式可由此實現，100%的導管數字化模型利用率也能夠同時達成，數字化柔性制造的焊接類導管具備81.2%的一次試裝合格率，同時可實現64d的飛機導管制造周期縮短，本文研究的實踐價值可見一斑。

3 結語

綜上所述，焊接類導管數字化柔性制造具備較高推廣價值。在此基礎上，本文涉及的元件參數化建模、建設夾具方案知識庫、夾具裝配智能推理、精度校核與驗證等內容，則提供了可行性較高的數字化柔性制造路徑。為更好滿足飛機導管制造需要，智能控制算法、陣列式柔性定位技術的應用同樣需要得到重視。