李志楠 高剛毅

摘要：在飛行器大型薄壁件的制造過(guò)程中，柔性工藝技術(shù)是極為重要的組成部分，對(duì)于飛行器的運(yùn)行、優(yōu)化有著極其重要的作用。本文主要研究了飛行器大型薄壁件制造的柔心工裝技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 飛行器;大型薄壁件;柔性制造;工藝裝備

0? 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，航空、航天行業(yè)也得到了十足的發(fā)展，現(xiàn)如今已經(jīng)成為國(guó)家發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè)。在發(fā)展過(guò)程中，航空機(jī)械設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用和研發(fā)也得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。飛行器大型薄壁件作為飛行機(jī)體的重要組成部分，如何通過(guò)柔心工裝技術(shù)進(jìn)行飛行器大型薄壁件的制造成為當(dāng)前需要研究的主要重點(diǎn)。

1? 飛行器大型薄壁件制造工程的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷提高，各行各業(yè)得到了十足的發(fā)展。航空、航天行業(yè)同樣如此。在飛行機(jī)械制造中，飛行器大型薄壁件制造作為其中的關(guān)鍵，不論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)都予以了足夠的重視。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)外主要是通過(guò)誤差預(yù)測(cè)、切削力模型、變形分析等方法保證飛行器大型薄壁件的制造精度。而國(guó)內(nèi)通過(guò)大量的研究也得到了一定的成果。比如，吉林大學(xué)提出了多種不同規(guī)格的多點(diǎn)成型設(shè)備，并研究出在CAD中計(jì)算板材與各沖頭接觸點(diǎn)的快速算法;北京航空航天大學(xué)通過(guò)研究完成了調(diào)形數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成。進(jìn)而推動(dòng)了我國(guó)飛行器大型薄壁件制造柔心工裝技術(shù)的發(fā)展。

2? 飛行器大型薄壁件制造柔性工裝技術(shù)的發(fā)展前景

飛行器大型薄壁件制造的柔性工裝技術(shù)在飛速發(fā)展，且逐漸完善。飛行器大型薄壁件制作柔性工裝技術(shù)的發(fā)展前景及趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

①隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)柔性工裝技術(shù)會(huì)向著互動(dòng)、集成等方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工裝與機(jī)床的互動(dòng)，進(jìn)而在減少飛行器大型薄壁件制造成本的同時(shí)提高其綜合效益。例如，在飛行器大型薄壁件的制造過(guò)程中，通過(guò)工裝與機(jī)床的信息交流，提高刀具運(yùn)行的穩(wěn)定性。在傳統(tǒng)的柔性工裝技術(shù)中，去信息交流較慢，而通過(guò)工裝與機(jī)床的互動(dòng)，能夠?qū)⒍ㄎ灰约爸螁卧嚵屑皶r(shí)進(jìn)行調(diào)整，以保證其最佳狀態(tài)，盡可能避免加工過(guò)程中的變形。

②在飛行器大型薄壁件制造過(guò)程中，回彈是排在首位的難題。而隨著柔心工裝技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于回彈問(wèn)題可以通過(guò)智能預(yù)測(cè)的閉環(huán)成型技術(shù)得到解決。這一技術(shù)主要利用閉環(huán)空間原理，將數(shù)學(xué)模型與人工智能相結(jié)合，然后精確預(yù)測(cè)工件的回彈量，并在精確控制其工件制作過(guò)程中的回彈，以此提高飛行器大型薄壁件的整體質(zhì)量。

③現(xiàn)如今，大多數(shù)飛行器大型薄壁件的制造都是通過(guò)加工、成型相互分離的制造工藝，這種制造工藝在實(shí)際制造過(guò)程中還有一些問(wèn)題，容易受到回彈問(wèn)題所影響，進(jìn)而造成在飛行器大型薄壁件加工過(guò)程，無(wú)法對(duì)一些制造成型的飛行器大型薄壁件半成品進(jìn)行后續(xù)加工，其后續(xù)加工的精確基準(zhǔn)也無(wú)法保證，進(jìn)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，對(duì)飛行器大型薄壁件整體質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。而隨著加工、成型一體化技術(shù)的應(yīng)用，能夠保證飛行器大型薄壁件在制造過(guò)程中根據(jù)統(tǒng)一基準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)，有效避免了定位、加工等方面的誤差，促進(jìn)飛行器大型薄壁件制造效率及質(zhì)量的有效提高。

3? 飛行器大型薄壁件制造柔性工裝技術(shù)的應(yīng)用措施

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，在飛行器大型壁薄件的自主過(guò)程中，對(duì)于柔性工裝技術(shù)的合理利用非常重要，也是當(dāng)前整個(gè)行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。

3.1 彈性曲面定位技術(shù)

當(dāng)前，飛行器大型壁薄件絕大部分為大尺度彈性零件，而且這些大尺度彈性零件為自由曲面，與平常的機(jī)械產(chǎn)品不同，該類(lèi)大型壁薄件的表面無(wú)法進(jìn)行常規(guī)定位。因此，傳統(tǒng)的定位原理無(wú)法適用于該類(lèi)大型壁薄件中。而在柔性工裝技術(shù)系統(tǒng)中應(yīng)用彈性曲面定位技術(shù)，解決了大型壁薄件的曲面定位，促使柔性工裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)效果得到提升，解決了傳統(tǒng)定位原理對(duì)于自由曲面的定位問(wèn)題。除此之外，這種彈性曲面定位技術(shù)的應(yīng)用范圍不僅僅體現(xiàn)在飛行器大型薄壁件中，對(duì)于其他自由曲面工件的定位需求也能很好的滿足。

3.2 無(wú)基準(zhǔn)自動(dòng)定位技術(shù)

在柔性工裝技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，拉型工藝是大多數(shù)飛行器大型薄壁件半成品必經(jīng)的過(guò)程。這些飛行器大型薄壁件半成品由于缺乏定位孔這種精確定位基準(zhǔn)，嚴(yán)重影響了后續(xù)的加工環(huán)節(jié)，如開(kāi)窗、切邊等。針對(duì)這一問(wèn)題，可以通過(guò)無(wú)基準(zhǔn)自動(dòng)定位技術(shù)加以解決。通常情況下，信息處理單元、傳感器陣列、定位引導(dǎo)軟件、控制計(jì)算機(jī)、執(zhí)行裝置等幾個(gè)部分組成了無(wú)基準(zhǔn)自動(dòng)定位系統(tǒng)。通過(guò)這些部分能夠及時(shí)調(diào)整工件及工裝，以此保證精準(zhǔn)定位工件。例如，在無(wú)基準(zhǔn)自動(dòng)定位系統(tǒng)中的傳感器陣列，含有M×N個(gè)定位傳感球，然后通過(guò)定位傳感球?qū)ぜ罢婵瘴^的接觸情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而明確工件接觸點(diǎn)的狀態(tài)和分部信息。然后在此基礎(chǔ)上通過(guò)定位引導(dǎo)軟件分析信息，依據(jù)彈性曲面定位原理進(jìn)行求解，首先信息的調(diào)整，進(jìn)而保證定位的準(zhǔn)確性，便于后續(xù)的切削工作。

3.3 高密度柔性陣列驅(qū)動(dòng)技術(shù)

只有將定位、支撐單元與支撐間距保持在最小范圍內(nèi)，才能明確最小區(qū)域內(nèi)支撐、定位單元的數(shù)量，進(jìn)而保證工件的強(qiáng)度，進(jìn)而避免工件加工變現(xiàn)問(wèn)題的出現(xiàn)。例如，在TORRESTOOL柔性工裝系統(tǒng)中，500mm為X軸最小支撐間距，無(wú)法滿足高密度支撐需求，但是通過(guò)高密度、高柔性的定位以及支撐陣列驅(qū)動(dòng)后，可以極大程度的減少支撐單元以及定位的尺寸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛行器大型薄壁件制作需求。

3.4 支撐定位固定一體化技術(shù)

飛行器大型薄壁件的支撐、定位以及固定不能輕易分開(kāi)。因此可以通過(guò)一體化技術(shù)保證柔性工裝技術(shù)的正常進(jìn)行。例如，可以通過(guò)萬(wàn)向真空吸頭。這種萬(wàn)向真空吸頭擁有定位、支撐功能，將萬(wàn)向真空吸頭安裝在洗頭上能夠進(jìn)行大角度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變與空間、方向的接觸，完成對(duì)飛行器大型薄壁件的有效固定。除此之外，還可以在其中加入精密定位元件，以此保證定位的精準(zhǔn)性。需要注意的是在作業(yè)過(guò)程中，要注意真空密封性與運(yùn)動(dòng)靈活性?xún)烧咧g的問(wèn)題，進(jìn)而杜絕因漏氣問(wèn)題對(duì)真空系統(tǒng)的影響。

3.5 網(wǎng)絡(luò)化控制信息集成技術(shù)

在柔性工裝技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)化控制信息集成技術(shù)也是極為重要的部分，能夠保證飛行器大型薄壁件自主工作的正常開(kāi)展。通常情況下，柔性工裝技術(shù)為陣列式結(jié)構(gòu)，在柔性工裝技術(shù)中需要數(shù)十上百的定位、支撐單元，且每個(gè)單元需要2-3個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，且需要控制數(shù)百個(gè)運(yùn)動(dòng)軸數(shù)，進(jìn)而造成其龐大的控制系統(tǒng)規(guī)模。這種搭接線量的系統(tǒng)運(yùn)行需求是傳統(tǒng)的通信控制滿足不了的，因此以此為基礎(chǔ)對(duì)其系統(tǒng)運(yùn)行需求進(jìn)行研發(fā)。在柔性工裝技術(shù)中使用網(wǎng)絡(luò)化控制信息集成技術(shù)，能夠有效減少施工難度，在降低成本的同時(shí)保證后續(xù)維修的簡(jiǎn)單化。該技術(shù)的基礎(chǔ)是以太網(wǎng)物理層，通過(guò)構(gòu)架以太網(wǎng)以及數(shù)據(jù)鏈路層，進(jìn)行信息溝通?，F(xiàn)如今，網(wǎng)絡(luò)化控制信息集成技術(shù)已經(jīng)從全世界得到了廣泛應(yīng)用。

4? 結(jié)語(yǔ)

在飛行器大型薄壁件制造過(guò)程中，對(duì)于柔性工裝技術(shù)的應(yīng)用和管理直接影響著航空、航天事業(yè)的發(fā)展。因此，相關(guān)技術(shù)人員要加大對(duì)柔性工裝技術(shù)的研發(fā)力度，以此保證飛行器大型薄壁件制造的質(zhì)量及效率。基于此，本文首先闡述了當(dāng)前飛行器大型薄壁件制造的發(fā)展現(xiàn)狀。然后研究了飛行器大型薄壁件制造柔性工裝技術(shù)的發(fā)展前景。最后根據(jù)實(shí)際情況從彈性曲面定位技術(shù)、無(wú)基準(zhǔn)自動(dòng)定位技術(shù)、高密度柔性陣列驅(qū)動(dòng)技術(shù)、支撐定位固定一體化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化控制信息集成技術(shù)等幾個(gè)方面研究了飛行器大型壁薄件制造柔心工裝技術(shù)的應(yīng)用措施。

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