劉航

【摘 要】隨著自主研發(fā)與制造大型飛機(jī)項(xiàng)目的順利開展，引進(jìn)國(guó)際化航空先進(jìn)制造技術(shù)的同時(shí)，我國(guó)大型飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)得以快速發(fā)展。大型飛機(jī)具有壁板組件曲面復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、空間較開敞、氣動(dòng)布局穩(wěn)定性和組件裝配質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，對(duì)先進(jìn)裝配技術(shù)的需求迫在眉睫?；诖?，本文主要對(duì)飛機(jī)數(shù)字化裝配中壁板對(duì)接及機(jī)身調(diào)平技術(shù)進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)數(shù)字化裝配；壁板對(duì)接；機(jī)身調(diào)平技術(shù)

0 前言

飛機(jī)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(dá)等數(shù)字化測(cè)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)部件的姿態(tài)測(cè)量，通過數(shù)控定位器組的協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)部件的入位支撐、調(diào)姿與對(duì)接，由機(jī)器人或數(shù)控鉆鉚機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)壁板的自動(dòng)化鉆鉚，由數(shù)控機(jī)床完成對(duì)接交點(diǎn)孔的精加工。多個(gè)子系統(tǒng)或設(shè)備協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)飛機(jī)產(chǎn)品的調(diào)姿、對(duì)合、鉆鉚、精加工、質(zhì)量檢測(cè)等工藝過程。

1 壁板組件裝配先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)

目前在大型飛機(jī)新型號(hào)研制中，裝配工藝設(shè)計(jì)采用MBD技術(shù)，即通過三維模型表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，在三維模型上標(biāo)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(duì)飛機(jī)壁板組件裝配工藝而言，由于壁板、長(zhǎng)桁及隔框等零組件裝配曲度大、結(jié)構(gòu)開敞等自身特點(diǎn)，單純通過二維圖紙和傳統(tǒng)的三維數(shù)模表達(dá)很難完成裝配工藝規(guī)劃的準(zhǔn)確實(shí)施，而壁板組件裝配工藝又是分塊壁板對(duì)接及飛機(jī)大部件對(duì)接裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其裝配工藝設(shè)計(jì)與精確的實(shí)施較重要。新型號(hào)飛機(jī)壁板裝配先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)改變傳統(tǒng)的剛性工裝裝配產(chǎn)品的工藝流程設(shè)計(jì)或采用典型的剛性工裝對(duì)壁板預(yù)裝配，使用自動(dòng)鉆鉚機(jī)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(jì)方案，實(shí)現(xiàn)基于MBD的壁板組件裝配工藝規(guī)劃、詳細(xì)設(shè)計(jì)及指令開發(fā)，使得裝配工藝流程設(shè)計(jì)通過MBD技術(shù)一體化集成平臺(tái)完成。

新型號(hào)飛機(jī)壁板裝配先進(jìn)工藝（圖1）采用預(yù)裝配與全自動(dòng)鉆鉚機(jī)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(jì)采用三維CAPP系統(tǒng)作為先進(jìn)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(dòng)鉆鉚機(jī)型號(hào)、實(shí)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(tái)集成管理。

壁板組件裝配先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括工藝設(shè)計(jì)軟件，裝配工藝設(shè)計(jì)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(jì)，工藝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)裝配工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行EBOM管理，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行PBOM/MBOM/AO/FO數(shù)據(jù)管理，完成工藝流程仿真干涉檢驗(yàn)，將問題反饋至工藝設(shè)計(jì)更改系統(tǒng)進(jìn)行修改，設(shè)計(jì)更改PBOM時(shí)PDM系統(tǒng)能夠自動(dòng)提示工藝編制人員進(jìn)行工藝優(yōu)化修改。壁板組件工藝設(shè)計(jì)人員可從PDM系統(tǒng)直接啟動(dòng)工藝編輯環(huán)境進(jìn)行編輯工作。

圖1 壁板組件裝配先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)

2 我國(guó)飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展方向

2.1 飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造的柔性化

現(xiàn)階段，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的航空企業(yè)在飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造過程中采用柔性裝配技術(shù)進(jìn)行飛機(jī)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(zhǔn)備周期大大縮短，并有效減少了飛機(jī)工裝的制造成本，促進(jìn)飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)能夠獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，可以說，飛機(jī)工裝柔性化制造是一項(xiàng)較為成熟、先進(jìn)的制造技術(shù)[3]。作為柔性裝配體系中的重點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)裝配模塊的自動(dòng)化和重組化，同時(shí)，這種方式能夠省去專用裝配夾具或型架的應(yīng)用，大大減少了飛機(jī)工裝的制造成本，使得飛機(jī)工裝生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間明顯縮短。

2.2 飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化

在飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造過程中，工裝數(shù)字化主要涉及設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等內(nèi)容。飛機(jī)工裝數(shù)字化設(shè)計(jì)是根據(jù)三維數(shù)字化情境對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)零部件及其預(yù)裝配工作進(jìn)行數(shù)字化處理。同時(shí)，飛機(jī)工裝模型設(shè)計(jì)也在一定程度上實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，其主要特征型面以及交點(diǎn)互換協(xié)調(diào)方面應(yīng)用了數(shù)字化技術(shù)。另外，在工裝檢測(cè)方面，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)υO(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)。在傳統(tǒng)飛機(jī)工裝制造過程中，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)量規(guī)當(dāng)作其制造與協(xié)調(diào)的主要參考，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行制造和加工，直至完成工裝裝配。現(xiàn)階段，我國(guó)飛機(jī)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(biāo)準(zhǔn)樣件為飛機(jī)工裝加工的主要依據(jù)。

2.3 飛機(jī)工裝研究制作的速度化

就目前飛機(jī)工裝制造情況來看，我國(guó)飛機(jī)主機(jī)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(duì)緩解工裝設(shè)計(jì)加工生產(chǎn)壓力具有較為顯著的作用，是打破飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造瓶頸的重要途徑。加快飛機(jī)工裝研發(fā)與制造的速度主要從工裝設(shè)計(jì)和工裝制造兩個(gè)方面著手，促進(jìn)其設(shè)計(jì)速度與制造速度得到顯著提升。在設(shè)計(jì)方面，技術(shù)裝備部門應(yīng)該建立一個(gè)快速設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過建立各種快速設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)促進(jìn)飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)效率得到明顯提升。在制造方面，技術(shù)裝備部門應(yīng)該根據(jù)飛機(jī)工裝典型結(jié)構(gòu)展開詳細(xì)的分析，進(jìn)而對(duì)工裝的新型結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的研究工作，促使工裝標(biāo)準(zhǔn)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(yǔ)

大型飛機(jī)壁板組件先進(jìn)裝配技術(shù)與裝備的應(yīng)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(xiàn)】

[1]靳江艷，黃翔，盧鵠，等.飛機(jī)設(shè)計(jì)域向工裝域映射機(jī)理研究[J].航空學(xué)報(bào)，2012，33：2330-2337.

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