飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)分析

翟玉正

[摘 要]基于目前飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)在飛機(jī)制造領(lǐng)域內(nèi)被廣泛接受和應(yīng)用的背景下，文章首先就飛機(jī)柔性裝配工裝定義及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)介，然后具體分步進(jìn)行了柔性裝配工裝設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析，旨在在飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)提供一些可供參考的觀點(diǎn)和建議。

[關(guān)鍵詞]飛機(jī)制造；柔性裝配工裝；設(shè)計(jì)；流程

中圖分類號(hào)：TH454 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）32-0000-01

前言：隨著我國(guó)飛機(jī)制造行業(yè)的不斷技術(shù)升級(jí)發(fā)展，目前柔性裝配工裝已經(jīng)在部分飛機(jī)制廠商中得到一定的應(yīng)用，但目前尚未在行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)建立其完善合理的柔性裝配工裝技術(shù)的評(píng)價(jià)體系，有待進(jìn)行進(jìn)一步的探索，促進(jìn)我國(guó)飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展?；诖耍恼聡@飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)為中心，分兩部分展開了細(xì)致的分析探討，希望可給我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)和人員以理論上的參考，促進(jìn)我國(guó)飛機(jī)制造行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

一、飛機(jī)柔性裝配工裝定義及關(guān)鍵技術(shù)

（一）飛機(jī)柔性裝配工裝定義

所謂柔性裝配工裝指的是基于飛機(jī)零部件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造需求，在具體的裝配過(guò)程中支撐定位產(chǎn)品零部件，可保持不同零件之間的相對(duì)位置關(guān)系。就傳統(tǒng)的飛機(jī)制造而言，在裝配裝置的過(guò)程中幾乎每一個(gè)部件都需要使用一個(gè)剛性的裝配工裝，而在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，每一個(gè)部件在裝配的調(diào)試環(huán)節(jié)也需要花費(fèi)大量的時(shí)間。此外隨著飛機(jī)制造領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)技術(shù)的不斷更新，以及全球化的不斷推進(jìn)，在飛機(jī)的制造上也急需通過(guò)采用新的技術(shù)減短裝配工裝的周期。而在此背景下柔性裝配工裝得以誕生，基于柔性工裝在具體的裝配工裝過(guò)程中可基于環(huán)境的不同進(jìn)行自適應(yīng)，而進(jìn)行不同形狀但同一結(jié)構(gòu)族的多部件裝配，甚至還可滿足不同結(jié)構(gòu)族產(chǎn)品在裝配上的需求[1]。

（二）飛機(jī)柔性裝配工裝關(guān)鍵技術(shù)

隨著整體飛機(jī)只制造技術(shù)的提升，目前在柔性裝配工裝也不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的環(huán)節(jié)，而需要基于一系列的復(fù)雜柔性裝配工裝關(guān)鍵技術(shù)方可完成。具體而言，目前在柔性裝配工裝關(guān)鍵技術(shù)上主要包括柔性工裝夾緊定位技術(shù)、飛機(jī)柔性裝配工裝模塊化技術(shù)、柔性裝配工裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、柔性裝配工裝控制技術(shù)、柔性裝配工裝仿真測(cè)試技術(shù)、柔性裝配工裝快速裝配技術(shù)以及柔性裝配工裝集成技術(shù)等技術(shù)。

二、飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)

（一）目標(biāo)產(chǎn)品特點(diǎn)

在飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)上的第一步需要進(jìn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的特點(diǎn)分析，進(jìn)而得到設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模型，以及典型設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特征和設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。進(jìn)而基于這些目標(biāo)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的特點(diǎn)和要求，進(jìn)行裝配精準(zhǔn)度和裝配協(xié)調(diào)方法的確定，并就多個(gè)裝配對(duì)象的裝配基準(zhǔn)和進(jìn)度協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行確定。

（二）確定柔性定位特征

在對(duì)總體目標(biāo)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行確定后，接下來(lái)則需要進(jìn)一步就飛機(jī)柔性裝配工裝的柔性定位特征進(jìn)行確定。對(duì)于需要切實(shí)采用飛機(jī)柔性裝配技術(shù)的產(chǎn)品在相應(yīng)工藝上進(jìn)行剖析。具體而言，首先需要基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和工藝分離面的劃分，依據(jù)實(shí)際需求就設(shè)計(jì)產(chǎn)品的頂層關(guān)鍵特征進(jìn)行保障，如交點(diǎn)精準(zhǔn)度以及外形準(zhǔn)確度等；其次需要基于飛機(jī)制造樹，逐級(jí)不斷向下進(jìn)行分解，一直到零件級(jí)位置，將可能結(jié)構(gòu)交點(diǎn)以及關(guān)鍵型面等對(duì)于飛機(jī)柔性裝配精準(zhǔn)產(chǎn)生影響的特征和部門進(jìn)行獲??；最后基于獲取數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出目標(biāo)設(shè)計(jì)產(chǎn)品所擁有的初步特征集合，并在集合內(nèi)就飛機(jī)柔性裝配工裝所對(duì)應(yīng)的控制定位特征進(jìn)行確定。

（三）確定柔性定位器定位功能

確定柔性定位器定位功能是飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)的第三步，實(shí)現(xiàn)柔性定位器定位定位功能的提升，可以在很大程度上提升飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)的水平。具體而言，在設(shè)計(jì)中需要對(duì)多個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品對(duì)象進(jìn)行柔性定位，一般而言需要保障三個(gè)坐標(biāo)之間自由運(yùn)動(dòng)進(jìn)行六個(gè)自由度的定義。包括空間坐標(biāo)軸中的X/Y/Z三個(gè)方向的移動(dòng)以及環(huán)繞三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)，而對(duì)于一些精度很高的制造機(jī)床而言，甚至可以實(shí)現(xiàn)八個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)[2]。就一般的飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)而言，只需要就空間坐標(biāo)軸中的X/Y/Z三個(gè)方向的移動(dòng)進(jìn)行控制即可，根據(jù)具體的產(chǎn)品定位和柔性工裝上的具體要求，進(jìn)行定位器類型定位功能的確定。

（四）設(shè)計(jì)定位執(zhí)行末端

飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)的第四步為定位執(zhí)行末端的設(shè)計(jì)，具體而言包括接頭定位件和外形定位件兩部分的設(shè)計(jì)。其中接頭定位件作用為保障各個(gè)部件在進(jìn)行對(duì)接和互換接頭的過(guò)程中的協(xié)調(diào)性，而外形定位的作用則是就飛機(jī)部件的氣動(dòng)力外形進(jìn)行確定。在定位執(zhí)行末端設(shè)計(jì)中需要就產(chǎn)品的下架方式以及定位可行性進(jìn)行詳細(xì)的分析，并基于設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)外形特征，進(jìn)行定位執(zhí)行末端的設(shè)計(jì)，并且還要考慮到安裝測(cè)量可達(dá)性、制造可行性、更換便捷性、裝配操作開敞性以及結(jié)構(gòu)剛度等諸多因素進(jìn)行綜合化的設(shè)計(jì)。此外，因?yàn)樵谌嵝远ㄎ恢卸ㄎ还δ艿母叨燃苫彩瞧涔δ荏w現(xiàn)的方式之一，因此在設(shè)計(jì)中對(duì)于一些難以實(shí)現(xiàn)集成但是位于定位執(zhí)行末端的定位特征，則需要通過(guò)其他輔助工序的方式，或者設(shè)計(jì)專門定位器的方式解決。

（五）定位單元行程及布局優(yōu)化

定位單元行程及布局優(yōu)化是飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)中的第一步步驟，在具體的飛機(jī)柔性裝配過(guò)程中裝配的對(duì)象種類以及在工裝坐標(biāo)系中彼此的擺放位置直接決定了柔性坐標(biāo)系中定位單元的X/Y/Z的行程，因?yàn)闉榱诉M(jìn)一步降低柔性裝配工裝的制造成本，還需進(jìn)行定位單元行程及布局優(yōu)化。具體的優(yōu)化步驟上，首先需要在已有工裝的框架內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)用于激光跟蹤儀定位的坐標(biāo)系；其次需要在虛擬環(huán)境內(nèi)將相應(yīng)的定位執(zhí)行末端和裝配對(duì)象裝配與一起；再者需要就工作坐標(biāo)系內(nèi)就多產(chǎn)品對(duì)象的彼此位置進(jìn)行確定；然后需要就柔性定位器X/Y自由度行程進(jìn)行測(cè)定；最后基于測(cè)定參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行各自由度行程的優(yōu)化。

（六）柔性定位仿真實(shí)驗(yàn)

基于以上五個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)飛機(jī)柔性裝配工裝后，為了切實(shí)保障設(shè)計(jì)柔性裝配工裝的可行性，還需要最后進(jìn)行一次柔性定位的仿真實(shí)驗(yàn)。具體而言，可將工裝總裝數(shù)模于Delmia環(huán)境內(nèi)放置，進(jìn)而就工裝頭型裝配過(guò)程中的碰撞以及運(yùn)動(dòng)方向形成的參數(shù)進(jìn)行收集和分析，并將其和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，就設(shè)計(jì)柔性裝配工裝的重構(gòu)性和柔性定位可達(dá)性進(jìn)行驗(yàn)證。最后還需要基于柔性定位仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行柔性定位器個(gè)立柱定位單元布局以及各個(gè)定方向行程上的進(jìn)一步優(yōu)化修正，保障就控制系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，形成數(shù)據(jù)集完成目標(biāo)產(chǎn)品和工裝之間的關(guān)鍵分析，切實(shí)保障設(shè)計(jì)飛機(jī)柔性裝配工裝的適應(yīng)性和可靠性。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，所謂柔性裝配工裝指的是基于飛機(jī)零部件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造需求，在具體的裝配過(guò)程中支撐定位產(chǎn)品零部件，可保持不同零件之間的相對(duì)位置關(guān)系，在柔性裝配工裝下可完成不同形狀但同一結(jié)構(gòu)族的多部件裝配，在特定環(huán)境下還可完成不同結(jié)構(gòu)族多部件的裝配。而基于柔性裝配工裝的關(guān)鍵技術(shù)和具體要求，文章從目標(biāo)產(chǎn)品特點(diǎn)、確定柔性定位特征、確定柔性定位器定位功能、設(shè)計(jì)定位執(zhí)行末端、定位單元行程及布局優(yōu)化、柔性定位仿真實(shí)驗(yàn)幾方面進(jìn)行了柔性裝配工裝的設(shè)計(jì)，希望可給我國(guó)飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)企業(yè)、研究人員，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中一些可供參考的觀點(diǎn)和建議，提高飛機(jī)柔性裝配工裝設(shè)計(jì)水平，提升柔性裝配工裝效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈建新，田威.基于工業(yè)機(jī)器人的飛機(jī)柔性裝配技術(shù)[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，46（2）：181-189.