飞机柔性装配工装关键技术及发展趋势分析

2020-01-19刘娜沈阳飞机工业集团有限公司

环球市场 2020年16期

刘娜沈阳飞机工业（集团）有限公司

飞机柔性装配技术在我国飞机制造业中得到广泛应用。本文通过对传统装配工装和柔性装配工装的对比，阐述了飞机装配工装的特点、作用以及柔性装配工装的关键性技术及其未来发展趋势。

一、飞机装配工装的特点和作用

传统飞机的结构件以钣金件为主，通过二维图纸转化成的模线样板或由模线样板制造的工装加工而成。钣金件刚性小，飞机装配就是将钣金件按产品技术要求相互定位，按一定顺序，并用规定的方法相互连接，组装成部件或产品的过程。是飞机制造的重要环节。为实现飞机组件、部件的刚度需求，保证装配协调和外形准确，飞机装配采用了大量的刚性装配工装。它是弹性体曲面刚性定位技术的体现。支撑曲面不具有可变性，因此，只能用于一种机型零件或部件的加工和装配。传统飞机装配工装的作用：1、定位夹紧：通过基孔、基线、基轴等方式进行定位，将零件装夹在工装上。2、保证尺寸，形状的稳定：刚性小的钣金件，在连接时都会产生不同程度的变形，而装配工装能控制装配过程的变形，使尺寸和形状更稳定。3、提高生产效率，降低成本。传统飞机装配工装特点：1、专用性：针对不同机型的组件、部件专门设计制造的工艺装备。2、相互协调：一个部件的装配工作需要的多个流程使用的装配工装必须与装配过程前后相关的零件、部件的工装相协调。3、准确性：通过外形准确度、位置准确度和表面流线平滑度来体现。①外形准确度：通过检验型架或装配型架上的等距检验卡板进行检验，来保证外形误差在设计要求的范围内。②位置准确度：飞机零件，部件的位置准确度是相对基准轴线的位置要求，是实际装配位置相对于理论轴线的位置偏差。③表面流线平滑度：保证零件通过铆接，焊接、螺接等方式进行连接时，其表面局部出现的凸凹缺陷，对接间隙和阶差等现象可控。

二、柔性装配工装的应用

随着需求的提升，多型号，多品种，小批量生产是航空产业发展的趋势。利用数字化信息对飞机尺寸进行自动调整，对飞机设计进行自动重组的柔性装配技术凸显而出。柔性是相对于刚性而言的。它是弹性体曲面柔性定位技术的体现。通过调整，重组，控制等手段动态生成工装定位模块，实现一套工装用于多机型，多结构的生产模式。相较传统的刚性装配工装，优势体现在以下四点：（1）工装利用率高。通过拼装或调换柔性装配工装局部定位件进行信息重组，可以完成多型号飞机的装配任务。（2）工装实物的减少带来飞机成本的降低。（3）对生产需求有快速反应应变能力，对新研机型可以快速提供装备，缩短工艺准备周期。（4）运用灵活，产能灵活。因此，柔性装配工装在飞机制造工程中应用前景广阔。

三、柔性装配工装的关键性技术

（一）柔性定位技术

柔性定位可分为多点阵真空吸盘式定位和行列式定位。多点阵真空吸盘式的定位是通过伺服电机驱动，使能够沿空间X、Y、Z三个方向运动的带真空吸盘的立柱模块受控移动、自适应调节，并均匀分布。形成与任意产品曲面相贴合的定位点阵系统。当产品外形发生改变时，定位点阵也会随外形的改变而自动变化并调整。带真空吸盘式的柔性装配工装更适用于机身板面结构组件的装配。2、行列式的定位立柱模块以行列式独立排列分布。通过立柱模块儿上的三维移动调整夹持部件的状态和位置，来完成不同产品组件、部件的定位和装卡。行列式柔性装配工装更适用于壁板、框梁等组件的装配。

（二）仿真测试技术

柔性装配工装与刚性装配工装相比，结构更为复杂。当柔性装配工装设计完成后，需要对其结构的承力部件进行力学的模拟仿真。经分析核准承力部件强度、刚度及稳定性后，结合装配工装操作平台的特点对其进行轻量化处理，使柔性装配工装结构得以简化，实现柔性装配工装快速精准的仿真。这是仿真的目的之一。目的之二就是模拟飞机产品相对于柔性装配工装的装配过程：装配顺序是否合理，产品与工装是否干涉，产品的进出是否顺畅等装配关系。在仿真测试实验中，按照工装的技术要求，将仿真实验与工装进行整合。通过仿真测试明确工装的精确度控制要求，满足飞机装配技术控制实践需求，实现飞机制造及设计应用能力的提升。

（三）自动控制技术

自动控制技术主要由定位组件，激光测量系统，计算机软件系统和综合控制系统组成。激光测量系统对部件的具体形状和参数进行测量，并将整体综合数据传递给计算机软件系统。计算机软件系统对激光测量系统传来的信息进行对比和核算，进行系统编程操作，通过控制系统伺服驱动电机将定位组件按计算机输入的预定运行轨迹移动到相应位置，并进行自动的微调节，从而实现飞机部件的定位、夹紧和装配。柔性装配工装的自动控制技术在很大程度上降低了人的体力劳动，辅助了人的脑力活动。实现飞机制造过程中人、机、料、法，环、测六方面的优化、协调，管理和控制，是一种综合技术。

四、飞机柔性装配技术发展趋势的展望

当前，国内飞机产品的数字化设计与零件制造技术发展迅速，但是装配技术作为飞机制造的关键和重要环节，还停留在二、三代机的制造水平，已成为飞机型号快速研制和生产的瓶颈。现代柔性装配技术取代传统装配技术已经成为时代所趋，各种部件的精准制造为飞机柔性装配奠定了技术基础。因此，不断创新，优化柔性装配生产线，扩大柔性装配工装的数字化优点，便于更早解决飞机装配中遇到的困难和瓶颈，是满足现代飞机制造业需求的必然趋势。