飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

李志楠 高刚毅

摘要：在飞行器大型薄壁件的制造过程中，柔性工艺技术是极为重要的组成部分，对于飞行器的运行、优化有着极其重要的作用。本文主要研究了飞行器大型薄壁件制造的柔心工装技术。

关键词： 飞行器;大型薄壁件;柔性制造;工艺装备

0  引言

随着社会经济的不断发展，航空、航天行业也得到了十足的发展，现如今已经成为国家发展的重点行业。在发展过程中，航空机械设备的实际应用和研发也得到了社会各界的廣泛关注。飞行器大型薄壁件作为飞行机体的重要组成部分，如何通过柔心工装技术进行飞行器大型薄壁件的制造成为当前需要研究的主要重点。

1  飞行器大型薄壁件制造工程的发展现状

随着我国经济的不断提高，各行各业得到了十足的发展。航空、航天行业同样如此。在飞行机械制造中，飞行器大型薄壁件制造作为其中的关键，不论是国外还是国内都予以了足够的重视。根据国内外的发展现状来看，国外主要是通过误差预测、切削力模型、变形分析等方法保证飞行器大型薄壁件的制造精度。而国内通过大量的研究也得到了一定的成果。比如，吉林大学提出了多种不同规格的多点成型设备，并研究出在CAD中计算板材与各冲头接触点的快速算法;北京航空航天大学通过研究完成了调形数据的自动生成。进而推动了我国飞行器大型薄壁件制造柔心工装技术的发展。

2  飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术的发展前景

飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术在飞速发展，且逐渐完善。飞行器大型薄壁件制作柔性工装技术的发展前景及趋势主要有以下几点：

①随着信息技术的不断发展，未来柔性工装技术会向着互动、集成等方向发展，实现工装与机床的互动，进而在减少飞行器大型薄壁件制造成本的同时提高其综合效益。例如，在飞行器大型薄壁件的制造过程中，通过工装与机床的信息交流，提高刀具运行的稳定性。在传统的柔性工装技术中，去信息交流较慢，而通过工装与机床的互动，能够将定位以及支撑单元阵列及时进行调整，以保证其最佳状态，尽可能避免加工过程中的变形。

②在飞行器大型薄壁件制造过程中，回弹是排在首位的难题。而随着柔心工装技术的不断发展，对于回弹问题可以通过智能预测的闭环成型技术得到解决。这一技术主要利用闭环空间原理，将数学模型与人工智能相结合，然后精确预测工件的回弹量，并在精确控制其工件制作过程中的回弹，以此提高飞行器大型薄壁件的整体质量。

③现如今，大多数飞行器大型薄壁件的制造都是通过加工、成型相互分离的制造工艺，这种制造工艺在实际制造过程中还有一些问题，容易受到回弹问题所影响，进而造成在飞行器大型薄壁件加工过程，无法对一些制造成型的飞行器大型薄壁件半成品进行后续加工，其后续加工的精确基准也无法保证，进而无法实现精准定位，对飞行器大型薄壁件整体质量产生一定的影响。而随着加工、成型一体化技术的应用，能够保证飞行器大型薄壁件在制造过程中根据统一基准进行作业，有效避免了定位、加工等方面的误差，促进飞行器大型薄壁件制造效率及质量的有效提高。

3  飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术的应用措施

根据国内外的发展现状可以发现，在飞行器大型壁薄件的自主过程中，对于柔性工装技术的合理利用非常重要，也是当前整个行业发展的重点。

3.1 弹性曲面定位技术

当前，飞行器大型壁薄件绝大部分为大尺度弹性零件，而且这些大尺度弹性零件为自由曲面，与平常的机械产品不同，该类大型壁薄件的表面无法进行常规定位。因此，传统的定位原理无法适用于该类大型壁薄件中。而在柔性工装技术系统中应用弹性曲面定位技术，解决了大型壁薄件的曲面定位，促使柔性工装技术的开发效果得到提升，解决了传统定位原理对于自由曲面的定位问题。除此之外，这种弹性曲面定位技术的应用范围不仅仅体现在飞行器大型薄壁件中，对于其他自由曲面工件的定位需求也能很好的满足。

3.2 无基准自动定位技术

在柔性工装技术的发展过程中，拉型工艺是大多数飞行器大型薄壁件半成品必经的过程。这些飞行器大型薄壁件半成品由于缺乏定位孔这种精确定位基准，严重影响了后续的加工环节，如开窗、切边等。针对这一问题，可以通过无基准自动定位技术加以解决。通常情况下，信息处理单元、传感器阵列、定位引导软件、控制计算机、执行装置等几个部分组成了无基准自动定位系统。通过这些部分能够及时调整工件及工装，以此保证精准定位工件。例如，在无基准自动定位系统中的传感器阵列，含有M×N个定位传感球，然后通过定位传感球对工件及真空吸头的接触情况进行监测，进而明确工件接触点的状态和分部信息。然后在此基础上通过定位引导软件分析信息，依据弹性曲面定位原理进行求解，首先信息的调整，进而保证定位的准确性，便于后续的切削工作。

3.3 高密度柔性阵列驱动技术

只有将定位、支撑单元与支撑间距保持在最小范围内，才能明确最小区域内支撑、定位单元的数量，进而保证工件的强度，进而避免工件加工变现问题的出现。例如，在TORRESTOOL柔性工装系统中，500mm为X轴最小支撑间距，无法满足高密度支撑需求，但是通过高密度、高柔性的定位以及支撑阵列驱动后，可以极大程度的减少支撑单元以及定位的尺寸，进而实现飞行器大型薄壁件制作需求。

3.4 支撑定位固定一体化技术

飞行器大型薄壁件的支撑、定位以及固定不能轻易分开。因此可以通过一体化技术保证柔性工装技术的正常进行。例如，可以通过万向真空吸头。这种万向真空吸头拥有定位、支撑功能，将万向真空吸头安装在洗头上能够进行大角度旋转，进而改变与空间、方向的接触，完成对飞行器大型薄壁件的有效固定。除此之外，还可以在其中加入精密定位元件，以此保证定位的精准性。需要注意的是在作业过程中，要注意真空密封性与运动灵活性两者之间的问题，进而杜绝因漏气问题对真空系统的影响。

3.5 网络化控制信息集成技术

在柔性工装技术中，网络化控制信息集成技术也是极为重要的部分，能够保证飞行器大型薄壁件自主工作的正常开展。通常情况下，柔性工装技术为阵列式结构，在柔性工装技术中需要数十上百的定位、支撑单元，且每个单元需要2-3个运动部件，且需要控制数百个运动轴数，进而造成其庞大的控制系统规模。这种搭接线量的系统运行需求是传统的通信控制满足不了的，因此以此为基础对其系统运行需求进行研发。在柔性工装技术中使用网络化控制信息集成技术，能够有效减少施工难度，在降低成本的同时保证后续维修的简单化。该技术的基础是以太网物理层，通过构架以太网以及数据链路层，进行信息沟通。现如今，网络化控制信息集成技术已经从全世界得到了广泛应用。

4  结语

在飞行器大型薄壁件制造过程中，对于柔性工装技术的应用和管理直接影响着航空、航天事业的发展。因此，相关技术人员要加大对柔性工装技术的研发力度，以此保证飞行器大型薄壁件制造的质量及效率。基于此，本文首先阐述了当前飞行器大型薄壁件制造的发展现状。然后研究了飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术的发展前景。最后根据实际情况从弹性曲面定位技术、无基准自动定位技术、高密度柔性阵列驱动技术、支撑定位固定一体化技术、网络化控制信息集成技术等几个方面研究了飞行器大型壁薄件制造柔心工装技术的应用措施。

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