飛機數(shù)字化裝配中壁板對接及機身調(diào)平技術(shù)研究

劉航

【摘 要】隨著自主研發(fā)與制造大型飛機項目的順利開展，引進國際化航空先進制造技術(shù)的同時，我國大型飛機數(shù)字化裝配技術(shù)得以快速發(fā)展。大型飛機具有壁板組件曲面復雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、空間較開敞、氣動布局穩(wěn)定性和組件裝配質(zhì)量要求高等特點，對先進裝配技術(shù)的需求迫在眉睫?；诖?，本文主要對飛機數(shù)字化裝配中壁板對接及機身調(diào)平技術(shù)進行分析探討。

【關(guān)鍵詞】飛機數(shù)字化裝配；壁板對接；機身調(diào)平技術(shù)

0 前言

飛機數(shù)字化裝配以數(shù)字量作為產(chǎn)品定位與協(xié)調(diào)的依據(jù)，一般由激光跟蹤儀、激光雷達等數(shù)字化測量設(shè)備實現(xiàn)對飛機部件的姿態(tài)測量，通過數(shù)控定位器組的協(xié)同運動實現(xiàn)對飛機部件的入位支撐、調(diào)姿與對接，由機器人或數(shù)控鉆鉚機實現(xiàn)對壁板的自動化鉆鉚，由數(shù)控機床完成對接交點孔的精加工。多個子系統(tǒng)或設(shè)備協(xié)同工作，共同實現(xiàn)飛機產(chǎn)品的調(diào)姿、對合、鉆鉚、精加工、質(zhì)量檢測等工藝過程。

1 壁板組件裝配先進工藝設(shè)計系統(tǒng)

目前在大型飛機新型號研制中，裝配工藝設(shè)計采用MBD技術(shù)，即通過三維模型表達設(shè)計意圖，在三維模型上標注尺寸、定義公差、注釋加工信息等，取消傳統(tǒng)的二維圖樣。針對飛機壁板組件裝配工藝而言，由于壁板、長桁及隔框等零組件裝配曲度大、結(jié)構(gòu)開敞等自身特點，單純通過二維圖紙和傳統(tǒng)的三維數(shù)模表達很難完成裝配工藝規(guī)劃的準確實施，而壁板組件裝配工藝又是分塊壁板對接及飛機大部件對接裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其裝配工藝設(shè)計與精確的實施較重要。新型號飛機壁板裝配先進工藝設(shè)計改變傳統(tǒng)的剛性工裝裝配產(chǎn)品的工藝流程設(shè)計或采用典型的剛性工裝對壁板預裝配，使用自動鉆鉚機完成壁板組件鉚接裝配。采用基于PDM一體化三維工藝設(shè)計方案，實現(xiàn)基于MBD的壁板組件裝配工藝規(guī)劃、詳細設(shè)計及指令開發(fā)，使得裝配工藝流程設(shè)計通過MBD技術(shù)一體化集成平臺完成。

新型號飛機壁板裝配先進工藝（圖1）采用預裝配與全自動鉆鉚機相結(jié)合的工藝流程方案，基于PDM的一體化三維工藝設(shè)計采用三維CAPP系統(tǒng)作為先進裝配工藝方案的編制工具，三維CAPP編制的壁板組件裝配工藝界面包括壁板零組件及工藝裝備結(jié)構(gòu)化參數(shù)信息、裝配工藝流程、裝配輕量化模型、裝配使用柔性工裝及自動鉆鉚機型號、實物圖片及容差分配的方式等可視化信息通過PDM系統(tǒng)平臺集成管理。

壁板組件裝配先進工藝設(shè)計系統(tǒng)主要包括工藝設(shè)計軟件，裝配工藝設(shè)計數(shù)據(jù)采集、流程管理及與三維CAPP、MES與ERP的集成系統(tǒng)。通過PDM集成系統(tǒng)完成工藝流程設(shè)計，工藝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對裝配工藝數(shù)據(jù)進行EBOM管理，將采集的數(shù)據(jù)進行PBOM/MBOM/AO/FO數(shù)據(jù)管理，完成工藝流程仿真干涉檢驗，將問題反饋至工藝設(shè)計更改系統(tǒng)進行修改，設(shè)計更改PBOM時PDM系統(tǒng)能夠自動提示工藝編制人員進行工藝優(yōu)化修改。壁板組件工藝設(shè)計人員可從PDM系統(tǒng)直接啟動工藝編輯環(huán)境進行編輯工作。

圖1 壁板組件裝配先進工藝設(shè)計

2 我國飛機工裝設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展方向

2.1 飛機工裝設(shè)計制造的柔性化

現(xiàn)階段，一些發(fā)達國家的航空企業(yè)在飛機工裝設(shè)計制造過程中采用柔性裝配技術(shù)進行飛機工裝的加工和生產(chǎn)，這種柔性裝配技術(shù)使得工裝生產(chǎn)準備周期大大縮短，并有效減少了飛機工裝的制造成本，促進飛機制造產(chǎn)業(yè)能夠獲得更高的經(jīng)濟效益，可以說，飛機工裝柔性化制造是一項較為成熟、先進的制造技術(shù)[3]。作為柔性裝配體系中的重點工作，柔性裝配工裝主要通過產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)裝配模塊的自動化和重組化，同時，這種方式能夠省去專用裝配夾具或型架的應用，大大減少了飛機工裝的制造成本，使得飛機工裝生產(chǎn)準備時間明顯縮短。

2.2 飛機工裝設(shè)計制造的數(shù)字化

在飛機工裝設(shè)計制造過程中，工裝數(shù)字化主要涉及設(shè)計、制造、檢測等內(nèi)容。飛機工裝數(shù)字化設(shè)計是根據(jù)三維數(shù)字化情境對飛機結(jié)構(gòu)零部件及其預裝配工作進行數(shù)字化處理。同時，飛機工裝模型設(shè)計也在一定程度上實現(xiàn)了數(shù)字化，其主要特征型面以及交點互換協(xié)調(diào)方面應用了數(shù)字化技術(shù)。另外，在工裝檢測方面，數(shù)字化技術(shù)的應用能夠?qū)υO(shè)計制造環(huán)節(jié)進行檢驗。在傳統(tǒng)飛機工裝制造過程中，標準樣件工作法和模線樣板工作法均是較為常用的方法，通過模線樣板工作將標準量規(guī)當作其制造與協(xié)調(diào)的主要參考，進而對其進行制造和加工，直至完成工裝裝配?，F(xiàn)階段，我國飛機制造行業(yè)仍然采用模擬量傳遞協(xié)調(diào)系統(tǒng)，并且以模線樣板以及標準樣件為飛機工裝加工的主要依據(jù)。

2.3 飛機工裝研究制作的速度化

就目前飛機工裝制造情況來看，我國飛機主機生產(chǎn)廠家在其發(fā)展過程中亟待解決的問題就是工裝研發(fā)制造的速度問題，加快工裝研發(fā)與制造的速度對緩解工裝設(shè)計加工生產(chǎn)壓力具有較為顯著的作用，是打破飛機工裝設(shè)計制造瓶頸的重要途徑。加快飛機工裝研發(fā)與制造的速度主要從工裝設(shè)計和工裝制造兩個方面著手，促進其設(shè)計速度與制造速度得到顯著提升。在設(shè)計方面，技術(shù)裝備部門應該建立一個快速設(shè)計的數(shù)據(jù)庫，通過建立各種快速設(shè)計的數(shù)據(jù)庫促進飛機工裝設(shè)計效率得到明顯提升。在制造方面，技術(shù)裝備部門應該根據(jù)飛機工裝典型結(jié)構(gòu)展開詳細的分析，進而對工裝的新型結(jié)構(gòu)進行標準化和模塊化的研究工作，促使工裝標準結(jié)構(gòu)的加工制造能夠提前完成，為大大提升工裝生產(chǎn)、裝配的速度創(chuàng)造較為有利的條件。

3 結(jié)語

大型飛機壁板組件先進裝配技術(shù)與裝備的應用，突破了壁板組件裝配高度柔性化工藝裝配的研制技術(shù)，提高了壁板組件裝配的生產(chǎn)效率和裝配質(zhì)量。

【參考文獻】

[1]靳江艷，黃翔，盧鵠，等.飛機設(shè)計域向工裝域映射機理研究[J].航空學報，2012，33：2330-2337.

[2]劉善國.先進飛機裝配技術(shù)及其發(fā)展[J].航空制造技術(shù)，2006，10：38-41.