航空宇航制造——柔性装配技术.doc

航空宇航制造一一柔性装配技术空制造丁程概论 报告题口：学院：班级：05010703学号：2007姓名：2010年04月27航H飞机柔性装配技术报告【摘要】结合我国现阶段飞机装配背景，将国内外装呢进行比较，探讨了飞机柔性装 配技术的优势与发展前景对柔性装配丁装，柔性制孔，虚拟装配等进行了分析与研究， 报告日前国内外飞机柔性装配技术的现状，以及柔性装配技术在未來飞机制造业小的作 用关键词：柔性装配技术；柔性装配工装；柔性制孔；虚拟装配1背景飞机装配是飞机制造过程的主要环节飞机装配过程就是将人量的飞机零件按图纸、技 术要求等进行组合、连接的过程，分为部装（零件一组合件一段件一部件）和总装（各部件 -＞全机身）飞机的设计制造难度人，周期长，不仅表现在它的零件数控加工量人，而且 表现在它的装配复杂性和难度飞机的装配工作量约占整个飞机制造劳动量的40%〜 50%（—般的机械制造只占20%左右）飞机装配质景和效率取决于飞机机械连接技术，如 自动钻钏、干涉连接、高质量紧密制孔、孔挤压强化、电磁钏接等，而装配件准确度受制 于装配型架的制造和安装准确度迄今为」I:,装配技术C经丿力了从手T装配、半机械/半 自动化装配、机械/自动化装配到柔性装配的发展丿力程。

飞机柔性装配技术的应川是当前 国内外飞机制造业数字化制造的人趋势，能够克服飞机制造模线一样板法在模拟量协调体 系下需要大量实物工装且应用单一、制造周期长、费用高等缺点，通过与白动化制孔设 备、数控钻钏或口动电磁钏接设备等自动化装备的集成可组成口动化、数字化的柔性装配 系统，缩短装配周期，提高和稳定装配质量柔性装配技术的范畴很广，涵盖了柔性装配 工装、柔性制孔、装配系统、装配（含装配工艺）设计、虚拟装配、装配集成管理、数字 化检测、血向柔性装配的设计等技术领域2国内外硏究现状U前，国内仍人量采川传统型架进行人丁装配，装配的自动化和柔性化水平较低，数字 量协调诡未贯穿飞机整个装配过程，血向装配的设计理念还未形成共识总体來看，与国 外的飞机柔性数字化装配技术相比，还存在较人的差距，主要体现在如下儿个方面：（1） 飞机装配尺寸协调体系以数字量传递为主，模拟量传递为辅飞机产品和装配工 装采用CATIA进行数字化设计，利用Delniia V5平台进行数字化装呢设计、装呢仿真等工 作刚刚起步；（2） 自动装配系统的工程应川处于空门阶段，钏接人部分采川手工锤钏，螺栓连接全 部为手T操作，自动化制孔、电磁钏接技术的工程化应用刚刚启动。

自动化柔性装配技术 涉及的单元技术和系统集成技术尚处于实验室研究阶段由于数控托架技术和自动化钻钏 工艺技术训未合理地配套，引进的自动钻挪机未得到充分应用；（3） 移动生产线技术处于起步研究阶段吗，由于我国的飞机装配技术比较落后，导致 批生产与多品种变批暈快速转换能力较差，仍然采用传统的批暈刚性生产线，生产线的调 整和生产准备周期很长口前，我国航空丁业尚不具备多品种变批量生产的快速转换能 力，装配技术是主要的制约因索不过，乐观地來说，国内已经开展了与飞机柔性装配技术相关的技术方血一些T作比 如，在数字化工装设计技术方面，采用CAD技术进行飞机型架设计，开发了型架设计系 统,2飞机柔性装11!技术报告术方血，计算机辅助经纬仪和激光跟踪仪等测彊设备已经用于 飞机外形尺寸和位置测量，局部应川于飞机部件的装配型架安装上在数字化预装配方 血，开展了飞机部件装配顺序、装配路径优化以及装配公差分配等研究就国外柔性装配技术而言，欧盟在1994年就明确提出，要研究“基于协作型多功能操 作机器人的航空产品柔性装配系统，长期日标是要开发无型架机身装配技术”口 20世 纪90年代初波音公司在研制B777时全血实施数字化设计方法以來，国外飞机装11!技术已 得到长足的发展,B787、A380、A400M、A350、F-22和F-35等新型军民机大量地应用柔性 装配工装、数控钻钏系统、离线编程和仿真软件等进行自动化装配。

美国El （Electrolmapct）公司为空客公司生产的柔性高速钻钏系统壁板工装，广泛应 用于空客公司各种型号飞机机翼壁的装配过程该工装于2003年首次使用，仅用了 5天 时间就完成了 飞机（翼展60. 3m）上壁板的装配，口前这项工件只需一天时间即可空客公司为在2005年实现每月生产烫套机翼的能力，在其机翼盒口动装配研究项1=1 的第二期AWBAII中考虑了多种柔性装配技术，以降低机翼装配成木和缩短装配周期洛 克希德・马丁公司牵头研制的JSF战机原型机X-35日标缩短飞机装配制造周期三分之 二，由单机15个月缩短至5个月，而工艺装备则由350件减少到19件，同时，制造成木 降低一半其核心技术之一就是充分体现柔性装配特点的龙门钻削系统技术，采用激光定 位、电磁驱动实现精密制孔，不仅降低了钻孔岀错率，而且人人减少了工具和工装3飞机柔性装配技术的应川对于飞机柔性装配技术所涵盖的领域下面简要柔性装配丁装、柔性制孔、虚拟装配这三 个方面3.1柔性装配工装技术（柔性定位技术）柔性定位技术按产品对象可归纳为：框、梁类零件柔性定位技术（包括接头类），蒙皮 /壁板类零件柔性定位技术，部件类柔性定位技术。

采用柔性定位技术，可以适M—定程度零件结构变化，同时可以人人减少传统刚性定位 方式所带來的定位应力3.1. 1框、梁类寥件柔性定位技术框梁类零件，通常基于其工艺孔或结构交点孔及基准血•进行定位其柔性定位的关键是 适合产品结构特点的定位头以及可进行方便调节、数字化调整控制的定位臂（定位机 构），以适应孔位、孔径及基准血的变化定位头需依据产品具体结构形式进行适丿应性设计，定位单元采用模块化设计，可根据产 品定位孔德人小灵活组合和更换定位臂（定位机构）可采用柔性滑轨定位、自适应模块式定位立柱、多自由度伺服定位 机构等典型的结构设计无论采用哪种定位机构，均需利用激光雷达、激光跟踪仪等数字 化测暈设备监控、测暈寥件女装位置的正确性，并可将测暈数据信息反馈给控制系统对定 位机构进行位置调整有遮扌当的地方可安装反射镜，通过反射镜可以进行测量3.1.2蒙皮/壁板类零件柔性定位技术对于蒙皮/舉板类寥件的柔性定位，仍可选取其基准边或结构孔作为定位基准，此种情况 下可采用与框、梁类零件相似的柔性定位方式3飞机柔性装配技术报告/壁板类零件又玄接形成飞机外形，所以具内形而与骨架的贴合度、曲面外形定位准确度显得尤为重要，因此更需要玄观地将其外形面作 为定位基准进行定位。

传统的蒙皮/壁板外形定位通常采用卡板方式进行定位，其定位准确度低，且位置固定 不可调，不能适应产品外形变化的定位要求随着数字化技术的发展，多点阵成形真空吸盘式柔性定位装置可以很好地实现蒙皮/壁 板的外形精确定位，它由一组立柱吸盘组成，其组数根据零件人小、曲率等确定吸盘可 在运动范I韦I内由程序控制二维移动到指定的空间位置，生成与装配件曲面完全符合并均匀 分布的吸附点阵，能精确定位和牢固地夹持壁板等装配件此种定位方式可以适应不同的 蒙皮/壁板外形将具扩展，此种定位方式还可适川于机翼、组合舉板等装配件的柔性定位，可获得良好 的定位准确度3.1.3部件类柔性定位技术在部件转换型架进行后续装配、部件对合等情形下，需对飞机部件进行定位对飞机部件进行装配定位，通常选取重要结构交点、重要部位外形、测量点等对部件进 行姿态控制例如对机翼进行交点精加工时，主要选取其主结构交点孔及水平测量点作为 定位基准进行调整定位，以保证加丁后结构交点位置准确度机全机水平测量的要求传统 上均是采用固定型架方武进行定位，仅能满足特定机型的定位加工对于飞机部件的定位，仍然可以借用上述框梁类、蒙皮/壁板类零件定位方武进行定 位，同时由于其结构的特殊性，可采丿IJiGPS、激光跟踪仪、激光雷达结合POGO林等方式 实现部件的柔性定位。

3. 2柔性制孔技术制孔的关键是孔位、法向德精确控制及制孔精度的保证传统的飞机装配小的制孔主要 以风钻钻孔为主工艺顺序为：划线一钻孔一粗狡(或扩孔)一精较一分离清理传统传 统于工制孔通常存在的缺点育：易形成缺陷，孔位精度差，制孔步骤多，需要二次装呢， 人为因索影响无法避免等采川柔性自动制孔方式可以实现孔位、制孔转速、进给量等的精确控制日前国外应川 的的自动化精密设备如下：3. 2.1自动钻钏机美国是最早发展钻钏技术的国家，早在20世纪50年代就C在飞机钏接装配生产线上应 用了自动钻钏机，经过50多年的发展，现在世界各航空工业发达国家都L1广泛采用这项 技术整个过程通过预先编程，全部由CNC程序控制自动钻钏工艺是在一台设备上一次 性地连续完成夹紧、钻孔、铠孔、注胶、放钏和铳平等工序的丁艺由于机床带有高速、 高精度的转削主轴头，一次进给既能钻岀0. 005mm以内高精度的孔，又可将埠头窝的深度 精确控制在0.01mni以内由于钻孔时钏接件处在高的夹紧力下，层间不会产生毛刺和进 入切削，可以减小疲劳载荷下发生磨蚀损伤的程度，有利于提高接头的疲劳强度口动钻 钏机人部分为C框结构，多数用于壁板类零件的自动制孔和挪钉钏接成形，但由于自身的 —•些限制，不能进行比较复杂和开敞性差的装配工作。

3.2.2机器人自动制孔系统机器人制孔的应川已经比较成熟，如F-16复合材料垂尾壁•板利川辛辛那提・米尔康T13 机器人进行钻孔，C-130飞机梁腹板用机器人进行自动制孔，波音F/A-18E/F超级人黄蜂 后4E机柔性装配技术报ni ONCE (One-sided cell end effector)机器人制孔系统等机器人制孔的最前沿应川，包括洛克希德•马丁公司F-35飞机碳纤维坏氧复合材料机 翼上壁板制孔用的人型龙门式钻孔系统(JGADS)该系统带有便携、灵活、低成木且重 量轻的机器人，它使用激光定位系统、电磁马达和“压脚”(Pressure Foot)进行楮密 钻孔，加快了装配过程，并形成紧恻合，产生的表血光滑、间隙小，满足了 F-35飞机气 动和耐久性的要求由于具有上述优势，F-16、F-22、F-2和T-50项目都对该系统进行评 估并准备用于相应的装配作业机器人自动制孔系统的关键技术包括：(1) 压紧力的设定；(2) 刀具和工件表血垂肓度的调整；(3) 位置精度补偿3.2.3龙门式自动制孔系统龙门式自动化制孔系统，比如长桁柔性制孔系统对批量生产的人型构件可以实现高效、 高质量、低成木的自动柔性制孔。

波咅公司B-747、017等飞机机舱地板都采用了龙门式自动化制孔系统过去，装配小 所有难以进行点定位的部分，都要用固定夹具定位后于工制孔而现在采用白动化制孔系 统则可以进行自动定位和制孔，人人缩短了流程时间，提高了制孔质量，并可节省体力劳 动及工具成木3. 2. 4柔性导轨自动制孔系统制造与装恻时，达到制孔口动化同时又降低成本是极其重要的因此，低成本、柔性化 且满足高质量制孔要求的便携自动化制孔系统，与配令人量刀具的复杂结构自动控制系统 相比，极具竟争优势波音公司开发的Flex Track模块化柔性导轨制孔系统正是属于此 类3. 3虚拟装配虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范飞机研制阶段在计 算机里利川虚拟装配仿真软件将设计的产品三维数据进行装配丁艺设计及仿真，可帮助产 品摆脱装配物理样机及所涉及的工艺装配制造难题，令效地提高产品、T装的建模质量， 有助于降低产品开发成本、缩短产品的开发周期航空行业建立三维数字模型所使用的CAD软件是达索系统的CATIA软件，为便于实现产 品的三维数字模型信息的共享，虚拟装配仿真软件一般可选择达索系统的DELMIA软件 达索系统的DE。