應(yīng)用于飛機(jī)裝配的并聯(lián)機(jī)構(gòu)技術(shù)發(fā)展綜述

宋朝明

摘要：裝配工裝是保證飛機(jī)產(chǎn)品協(xié)調(diào)互換和幾何參數(shù)的重要工藝裝備，隨著中國(guó)航空工業(yè)的蓬勃發(fā)展，新武器裝備不斷涌現(xiàn)，飛機(jī)裝配技術(shù)也在不斷地完善和發(fā)展。本文將對(duì)飛機(jī)裝配的發(fā)展情況、并聯(lián)機(jī)構(gòu)以及裝配結(jié)構(gòu)創(chuàng)新這幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ψx者提供一些借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)裝配;裝配發(fā)展;并聯(lián)機(jī)構(gòu);創(chuàng)新

1.前言

飛機(jī)裝配制造作為國(guó)家制造業(yè)能力的代表，在國(guó)家制造業(yè)中占有重要地位。飛機(jī)裝配要求裝配質(zhì)量高，技術(shù)難度大，而機(jī)身結(jié)構(gòu)龐大，給裝配工作帶了諸多麻煩。

2.目前我國(guó)飛機(jī)裝配領(lǐng)域的發(fā)展情況

目前我國(guó)飛機(jī)裝配領(lǐng)域的發(fā)展情況較為穩(wěn)定，進(jìn)行飛機(jī)裝配所使用的技術(shù)較為傳統(tǒng)，在進(jìn)行產(chǎn)品定位時(shí)主要采用大型專(zhuān)用工裝定位器，同時(shí)在裝配的各個(gè)階段，依據(jù)需求使用卡板模擬等測(cè)量技術(shù)，定位器測(cè)量技術(shù)的結(jié)合基本能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品裝配的整個(gè)過(guò)程。但是，就最終的產(chǎn)品成果而言，產(chǎn)品質(zhì)量在一定程度上受到了測(cè)量技術(shù)缺乏專(zhuān)業(yè)性的影響，增加了產(chǎn)品在使用過(guò)程中產(chǎn)生的安全隱患。隨著我國(guó)發(fā)展逐漸強(qiáng)大，各行各業(yè)都對(duì)自身發(fā)展理念有了新的認(rèn)識(shí)并建立了全新的目標(biāo)，力求提升人民的生活質(zhì)量，使生活變得更加方便、快捷和安全。

3.用于飛機(jī)裝配柔性調(diào)姿的并聯(lián)機(jī)構(gòu)

飛機(jī)裝配零件的特點(diǎn)是尺寸大，質(zhì)量高，剛度低和精度高。傳統(tǒng)的固定組裝方法難以應(yīng)對(duì)零件的制造差異，組裝效率低，難以保證組裝質(zhì)量?；跀?shù)字量傳輸?shù)撵`活工裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工裝的數(shù)字控制，提高了飛機(jī)裝配工裝的運(yùn)動(dòng)精度，并縮短了工裝調(diào)整時(shí)間。各種數(shù)字靈活工具在國(guó)內(nèi)外的廣泛應(yīng)用提高了飛機(jī)組裝的效率，降低了成本，并確保了現(xiàn)代飛機(jī)產(chǎn)品的精確組裝和精益制造。

3.1可等效為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的柔性調(diào)姿系統(tǒng)

飛機(jī)組裝使用帶有數(shù)控定位器的姿態(tài)控制系統(tǒng)作為模塊化，以將要組裝的零件同步驅(qū)動(dòng)到安裝位置。多個(gè)CNC定位器用作柔性工具系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該系統(tǒng)通過(guò)球形接頭連接到大多數(shù)飛機(jī)。這對(duì)應(yīng)于帶有冗余驅(qū)動(dòng)器的六自由度并行機(jī)制。在分支鏈的情況下，使用固定框架作為固定平臺(tái)，并且通過(guò)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部件的姿態(tài)調(diào)整和定位。

3.2基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的離線(xiàn)重構(gòu)柔性調(diào)姿系統(tǒng)

作為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有廣泛的適應(yīng)范圍，并克服了數(shù)控定位器形式的姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的靈活性。Lchte等人使用6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)代替了3坐標(biāo)數(shù)控定位器，在飛機(jī)的各個(gè)部件上設(shè)置了不同的鉸鏈點(diǎn)，并通過(guò)將并聯(lián)機(jī)構(gòu)的平行鏈連接到不同的鉸鏈點(diǎn)進(jìn)行了重新配置。建議實(shí)現(xiàn)可能的調(diào)整。Prause等人使用3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)身壁板的姿態(tài)，并且并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分支鏈配置可提供更好的承載比和定位精度。為了滿(mǎn)足飛機(jī)零件的不同定位要求，ART設(shè)計(jì)了一個(gè)序列化模塊化并行機(jī)制。安裝并聯(lián)機(jī)構(gòu)后，可通過(guò)外部測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)和固定（或手動(dòng)調(diào)節(jié)）。這有效地降低了對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)本身和安裝框架的精度要求，從而節(jié)省了成本。

4.飛機(jī)裝配結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

目前，現(xiàn)存部分舊式裝配工裝，其機(jī)型的針對(duì)性強(qiáng)，往往同一系列產(chǎn)品不同機(jī)型的衍生下，又會(huì)出現(xiàn)功能性類(lèi)似的裝配工裝。為達(dá)到高效、精準(zhǔn)、節(jié)約成本的生產(chǎn)目的，并結(jié)合在制和在研產(chǎn)品特點(diǎn)，在此次設(shè)計(jì)中完全打破傳統(tǒng)思維，采用全新的互換性快速設(shè)計(jì)理念，在滿(mǎn)足裝配生產(chǎn)定位要求的前提下，實(shí)現(xiàn)工裝可換性，達(dá)到一工裝適合多機(jī)型裝配生產(chǎn)的目的，大大減少了同系列產(chǎn)品的工裝數(shù)量，節(jié)約了占地空間和工裝制造成本。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品系列裝配型架的研究，分析機(jī)型通用化，柔性化的可行性，并且結(jié)合產(chǎn)品體積大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位的結(jié)構(gòu)件多等特點(diǎn)，將工裝設(shè)計(jì)成多自由度可協(xié)調(diào)的地面支撐平臺(tái)，將定位器分布在可互換的模塊式結(jié)構(gòu)上，使其成為具有快速轉(zhuǎn)換調(diào)整特點(diǎn)的模塊化組合柔性共用平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)此類(lèi)平臺(tái)在不需要主體構(gòu)件調(diào)整或改動(dòng)前提下，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換、移動(dòng)、調(diào)整產(chǎn)品定位或支撐部件來(lái)完成不同機(jī)型裝配工作的目的。為實(shí)現(xiàn)系列化產(chǎn)品操作簡(jiǎn)潔化，各型號(hào)實(shí)現(xiàn)通用化及吊裝安全，并方便工人操作，需要設(shè)計(jì)多種機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置轉(zhuǎn)換功能，主要可調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。

4.1底部基礎(chǔ)平臺(tái)

底部基礎(chǔ)平臺(tái)底部為3塊平臺(tái)模塊拼接而成，平臺(tái)底部用可調(diào)地腳調(diào)平。基礎(chǔ)平臺(tái)上面鋪設(shè)總長(zhǎng)12000mm重載導(dǎo)軌，使平臺(tái)沿X方向可調(diào)，在基礎(chǔ)平臺(tái)上，沿導(dǎo)軌平行側(cè)設(shè)計(jì)精制孔，間距200mm，并設(shè)計(jì)定位板，可孔對(duì)孔連接在任意兩個(gè)精制孔上，定位板上均布5個(gè)長(zhǎng)圓孔，使其能在Z方向上放開(kāi)，這些長(zhǎng)圓孔為導(dǎo)軌上模塊的限位。

4.2小平臺(tái)

小平臺(tái)分布在底部基礎(chǔ)平臺(tái)的重載導(dǎo)軌上，每個(gè)小平臺(tái)上鋪設(shè)兩道導(dǎo)軌，使小平臺(tái)上方的調(diào)整立柱可沿Z方向調(diào)節(jié)，并設(shè)計(jì)帶有等距限位孔的限位角座來(lái)進(jìn)行限位，每個(gè)小平臺(tái)上安裝一對(duì)調(diào)整支座，每?jī)蓚€(gè)小平臺(tái)為用正反螺紋桿連接，用于調(diào)節(jié)兩個(gè)小平臺(tái)之間的距離。

4.3可調(diào)立柱

可調(diào)立柱用舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降，實(shí)現(xiàn)立柱上方的定位模塊在Y方向的可調(diào)，舉升機(jī)的升降轉(zhuǎn)軸處設(shè)置有等距限位孔的手輪，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪改換限位孔來(lái)對(duì)可調(diào)立柱進(jìn)行上下方向的微調(diào);立柱的頂桿設(shè)計(jì)為光面球頭狀，而連接在上方定位模塊的接頭設(shè)計(jì)為有光面球形凹槽的杯狀接頭，可用螺紋備緊，頂桿與杯型接頭對(duì)接實(shí)現(xiàn)柔性框架與定位器間的結(jié)合與分離。

5.結(jié)束語(yǔ)

總之，目前我國(guó)航空制造業(yè)在進(jìn)行飛機(jī)裝配時(shí)所使用的技術(shù)仍然較為落后，但只要我們引起足夠重視，通過(guò)現(xiàn)代化的技術(shù)手段提高裝配技術(shù)水平，就能夠逐漸提高飛機(jī)裝配水平，加速航空制造業(yè)的整體發(fā)展，為我國(guó)居民的飛機(jī)出行提供更多安全保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 劉春，許兵，張洪瑞，王巍.飛機(jī)數(shù)字化裝配仿真技術(shù)綜述[J].機(jī)械工程師，2019（10）：1-4.

[2]? 惠巍，沈波，胡保華，惠飛，郭玲玲.飛機(jī)裝配工藝三維數(shù)字化設(shè)計(jì)[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，35（02）：112-118.

[3]? 何麗紅.三維裝配仿真技術(shù)在飛機(jī)數(shù)字化裝配中的應(yīng)用[J].黑龍江科學(xué)，2019，6（04）：76+75.

（作者單位：中航飛機(jī)股份有限公司）