樊虎 楊靖雯 袁文 劉家豪

摘要：本文以機(jī)翼盒數(shù)字化裝配自動(dòng)制孔過程為研究對(duì)象，開展離線編程環(huán)境下的基準(zhǔn)孔測(cè)量及制孔加工路徑優(yōu)化研究。通過對(duì)基準(zhǔn)孔照相測(cè)量方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了基準(zhǔn)孔孔位重復(fù)測(cè)量問題，避免了由多次測(cè)量導(dǎo)致的重復(fù)測(cè)量誤差，保證了加工孔的修正質(zhì)量;通過對(duì)制孔加工路徑規(guī)劃，避免了制孔過程中的多次無效往返，提升了制孔加工效率。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化裝配;自動(dòng)制孔;基準(zhǔn)孔測(cè)量;路徑規(guī)劃

中圖分類號(hào)：TH162+.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）12-0113-02

0? 引言

近年來，隨著自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)制孔加工技術(shù)已在裝配制造業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在航空航天、汽車裝配制造等領(lǐng)域。自動(dòng)制孔技術(shù)主要包含柔性軌制孔、機(jī)器人制孔和機(jī)床制孔等[1-4]。眾所周知，在裝配制造領(lǐng)域中飛機(jī)的制孔需求量是最大的，一架大型飛機(jī)需要完成制孔的數(shù)量多達(dá)上百萬個(gè)，而飛機(jī)的制孔工作又主要集中在部件裝配的機(jī)翼裝配制造階段，該階段的制孔數(shù)量約占整機(jī)制孔總數(shù)的70%以上;同時(shí)，機(jī)翼翼盒作為飛機(jī)主承力部件和油箱的一部分，對(duì)其密封性、疲勞性要求極高，所以制孔質(zhì)量也是決定整機(jī)裝配質(zhì)量的關(guān)鍵[5-7]。自動(dòng)制孔工藝方法決定著產(chǎn)品制孔質(zhì)量和制孔效率，因?yàn)楣に囋O(shè)計(jì)和工藝路徑規(guī)劃直接決定了制孔設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過程中是否存在與產(chǎn)品、工裝發(fā)生干涉、是否存在無效運(yùn)動(dòng)等[8-10]。但目前針對(duì)飛機(jī)翼盒類自動(dòng)制孔加工的離線程序編制的工藝設(shè)計(jì)還未有一套標(biāo)準(zhǔn)的流程規(guī)范和方法，從目前設(shè)備的加工應(yīng)用情況來看，設(shè)備在加工過程中存在基準(zhǔn)孔重復(fù)測(cè)量和過程無效往返等問題，導(dǎo)致設(shè)備加工效率不高，制約現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)度，影響產(chǎn)品質(zhì)量。本文以典型的翼盒自動(dòng)制孔過程中的基準(zhǔn)孔測(cè)量及自動(dòng)制孔加工兩個(gè)方面的工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化開展研究。

1? 自動(dòng)制孔離線編程工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

自動(dòng)制孔離線編程設(shè)計(jì)是指通過對(duì)產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型分析，獲取所需的加工孔位置及連接件信息，從而規(guī)劃制孔設(shè)備的運(yùn)行軌跡，并根據(jù)連接件位置及參數(shù)生成相應(yīng)的自動(dòng)制孔加工命令，如圖1所示。自動(dòng)制孔離線編程主要包括編程工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品加工仿真和后置處理三個(gè)階段。編程工藝設(shè)計(jì)階段是核心，該階段主要完成工藝參數(shù)的處理及管理、制孔設(shè)備與工裝相對(duì)位置關(guān)系的建立、制孔及找正執(zhí)行動(dòng)作的編輯和其他輔助功能設(shè)計(jì)。該階段的核心任務(wù)是完成制孔區(qū)域的規(guī)劃及管理、制孔流程規(guī)劃和刀具軌跡計(jì)算與輸出。產(chǎn)品加工仿真階段主要完成程序加工可行性判斷、碰撞檢測(cè)的設(shè)置與分析，制孔過程仿真等。通過執(zhí)行離線編程生成的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，驗(yàn)證制孔設(shè)備的運(yùn)行軌跡規(guī)劃的合理性和安全性。同時(shí)，通過刀具軌跡跟蹤及干涉碰撞檢測(cè)手段直觀地反映出制孔過程中刀具定位的精準(zhǔn)性及可靠性。后置處理階段是根據(jù)設(shè)備及刀具的運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)并讀取的離線編程的工藝參數(shù)文件，生成制孔設(shè)備能夠直接裝載執(zhí)行的加工程序文件。后置處理主要是將刀具的位置數(shù)據(jù)拆解成制孔設(shè)備各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸在設(shè)備坐標(biāo)系中的運(yùn)行數(shù)據(jù)分量，最終生成設(shè)備可讀的格式信息。它是將基于產(chǎn)品坐標(biāo)系表達(dá)的運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)結(jié)合制孔過程中的輔助功能指令，轉(zhuǎn)換處理并輸出適用于給定數(shù)控系統(tǒng)的加工程序代碼。

飛機(jī)在裝配過程中自動(dòng)制孔的絕對(duì)定位精度相對(duì)較低，通常會(huì)選用基準(zhǔn)孔作為加工孔的制孔參考基準(zhǔn)。因此，基準(zhǔn)孔的測(cè)量精度影響著整個(gè)加工孔的位置精度。不同孔徑連接孔的分布情況可能會(huì)引發(fā)加工過程中制孔設(shè)備的多次無效往返，影響加工效率;同時(shí)，該情況也會(huì)導(dǎo)致制孔設(shè)備在重復(fù)移動(dòng)過程中帶來重復(fù)定位誤差，最終影響加工孔的位置精度。因此，在離線編程設(shè)計(jì)及工藝路徑規(guī)劃階段就要對(duì)基準(zhǔn)孔的照相測(cè)量方式及制孔路徑進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免基準(zhǔn)孔的多次測(cè)量和減少設(shè)備的無效運(yùn)動(dòng)，保證加工孔的精度及制孔效率。

1.1 翼梁區(qū)基準(zhǔn)孔照相測(cè)量及制孔路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)

典型的機(jī)翼翼盒自動(dòng)制孔加工主要是完成機(jī)翼壁板與前梁、機(jī)翼壁板與后梁、機(jī)翼壁板與翼肋區(qū)域的連接孔制取，如圖2所示。

在機(jī)翼翼面上通常會(huì)分布著若干種孔徑及不同加工工藝參數(shù)的連接孔，在離線編程設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)依據(jù)孔徑及加工工藝參數(shù)進(jìn)行制孔程序段的劃分。大多數(shù)機(jī)翼在前后梁的制孔區(qū)域都具有孔位集中、多種孔徑及不同加工工藝參數(shù)孔交錯(cuò)分布的特點(diǎn)。針對(duì)這種情況，如果依然按照孔徑大小和孔的加工工藝參數(shù)進(jìn)行加工程序的設(shè)計(jì)，就會(huì)出現(xiàn)不同加工程序段共用基準(zhǔn)孔的情況，這樣就產(chǎn)生了同一個(gè)基準(zhǔn)孔的重復(fù)測(cè)量問題，既影響產(chǎn)品加工效率，又會(huì)帶來重復(fù)測(cè)量誤差，影響整個(gè)加工孔的位置精度。為解決這個(gè)問題，在離線程序的設(shè)計(jì)及編制階段，就應(yīng)該考慮將整個(gè)翼梁加工區(qū)基準(zhǔn)孔的照相測(cè)量程序進(jìn)行單獨(dú)輸出，基準(zhǔn)孔測(cè)量程序獨(dú)立于孔的加工程序，這樣就可以先進(jìn)行整個(gè)翼梁區(qū)的基準(zhǔn)孔一次性照相測(cè)量，測(cè)量完成后，再按孔徑及不同加工工藝參數(shù)執(zhí)行該區(qū)域的加工孔制孔程序，該方法可以有效的解決基準(zhǔn)孔重復(fù)測(cè)量帶來的加工孔孔位偏差問題，也能減少重復(fù)測(cè)量過程中的無效運(yùn)動(dòng)行程。

1.2 翼肋區(qū)基準(zhǔn)孔照相測(cè)量及制孔路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于翼肋與壁板的連接孔，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原則一般是按照孔徑大小從翼根到翼尖方向依次排布。但也會(huì)存在孔徑大小穿插排序的情況。另外，該區(qū)域具有孔位分布不集中，相鄰加工區(qū)域跨度大的特點(diǎn)。因此，在對(duì)該區(qū)域孔位進(jìn)行離線程序設(shè)計(jì)及工藝路徑規(guī)劃時(shí)，為避免基準(zhǔn)孔照相測(cè)量和制孔加工分別運(yùn)行一遍全行程，產(chǎn)生過多的無效行程，在離線程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮將程序段按肋位進(jìn)行劃分，同時(shí)將每條翼肋的基準(zhǔn)孔測(cè)量與制孔加工編制在同一段程序中，并將加工孔路徑與基準(zhǔn)孔測(cè)量路徑進(jìn)行反向規(guī)劃設(shè)計(jì)，即完成一條翼肋的基準(zhǔn)孔測(cè)量后直接沿著基準(zhǔn)孔測(cè)量路徑的反向進(jìn)行制孔加工，同時(shí)按照翼肋排布位置依據(jù)同種孔徑及相同加工參數(shù)的原則進(jìn)行最小運(yùn)行路徑規(guī)劃，一般采用 “弓”字形加工路徑設(shè)計(jì)。

2? 結(jié)論

本文以機(jī)翼盒數(shù)字化裝配自動(dòng)制孔過程為研究對(duì)象，開展離線編程環(huán)境下的基準(zhǔn)孔測(cè)量及加工路徑優(yōu)化研究。通過針對(duì)翼梁和翼肋兩個(gè)區(qū)域離線編程環(huán)境下的基準(zhǔn)孔測(cè)量方式及加工孔的路徑規(guī)劃的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析說明，為典型翼盒離線編程下的自動(dòng)制孔工藝規(guī)劃提供了優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，有效解決了基準(zhǔn)孔孔位重復(fù)測(cè)量及制孔過程中多無效往返問題，保證了加工孔質(zhì)量，提升了制孔加工效率。

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