飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用

飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用

苑泽冰  王昌一

沈阳飞机工业(集团)有限公司 110000

摘  要：在航空制造业中，飞机柔性装配技术已成为提高生产效率和准确性的关键因素。借助数字化测量和数控多点支撑系统，该方法在飞机装配过程中实现了高度的精度和可重复性。本研究详细探讨了飞机柔性装配技术的原理，以及它如何通过集成先进的数字化技术和自动化流程，促进了飞机装配作业的升级换代。该技术不仅增强了装配质量，还显著降低了生产成本。

关键词：飞机装配；柔性装配；数字化测量；数控多点支撑；

如今，我国在航空制造领域的不断突破，装配过程的复杂性和技术要求越来越高，特别是考虑到飞机零部件的多样性和数量庞大。传统的装配方法面临效率低下、精度不足等一系列问题，为了解决这些挑战，引入飞机柔性装配技术成为一种创新且必要的解决方案。该技术通过集成先进的数字化测量方法和数控多点支撑系统。

一、飞机柔性装配技术简介

飞机柔性装配技术是装配技术在自动化和电子工程学的基础上诞生，通过融合这两种技术，达到了在装配成本和效率方面的最优化。相对于传统的飞机装配技术，其明显优势在于更低的刚度和更高的装配精度，有效解决了传统装配方法中出现的问题，从而大幅推动了航空制造业的发展。飞机柔性装配技术的应用已不仅局限于基础装配操作。它是数字化技术和高度模块化工程设计理念的综合体现。在装配流程中，其一要经过详细的项目设计和架构规划，以确保装配流程与实际生产需求紧密相符。其二，通过优化组装工艺和系统测试，以确保装配方式的准确性和有效性。管理人员需依据设计流程和操作程序进行模拟操作，并运用精确的检验和分析机制，以确保装配过程的完整性和准确性。这也包括了对工装和钻孔操作的细致考察，以确保所有操作参数和构造达到预定标准。

图1 柔性装配理论与方法总体框架

二、飞机柔性装配的发展背景

2.1 数字化测量在飞机柔性装配中的角色

数字化测量技术在飞机柔性装配的进展中起到了关键性的作用。这种技术允许精确的参数化，从而大大提升了装配过程中的质量控制。通过运用先进的激光跟踪和内部全球定位系统，开发了一套高度灵活、可扩展的测量框架。这不仅提高了测量精度和范围，而且进一步增强了整体装配结构的移动性和适应性。

2.2 国内外技术差异与挑战

飞机柔性装配技术在国内已经有了初步的应用，但与国际先进水平相比，仍存在明显的技术和应用差距。这主要体现在以下几个方面：其一，由于缺乏足够的装配应用实例和经验，导致飞机总装设计与实际装配存在一定的偏差；其二，在数字化装配技术方面，尤其是在二维和三维结构应用上，国内外存在显著的技术差异；其三，国内对于柔性装配技术的研究相对滞后，相关研究成果和应用案例相对缺乏；最后，国内柔性装配技术在实际应用中还有待加强，特别是需要优化和本土化的柔性传输和装配设备，以更好地适应生产线的实际需求。

三、飞机数控柔性多点架式的装配原理

基于高级数字控制技术，数控柔性多点架式装配系统提供了一种创新的方法来解决飞机装配中的复杂性和精度问题。这一系统结合了传统刚体框架结构与高度可配置的形状调整单元。通过在形状调整单元中加入卡片定位支点，该系统实现了纵向和横向运动，从而能够准确地重构卡板的位置和形状。在实现机制方面，该系统的动力来源是电机驱动的滚珠丝杠，使得运动规律在水平和垂直方向上具有不同的特性。一种有效的实现流程包括：首先，构建数控柔性多点架的三维数字化样机，并进行预装配以确认系统可行性。然后，通过筛选和分析卡板的主要位置参数，使用CATIA软件创建数字模型。科学分析后，生成相应的NC代码，并通过专门的ncff软件进行最终组装。

四、飞机柔性装配在实际应用中的效果

4.1 大型飞机组件的柔性装配

柔性装配技术已被证明为一种有效的解决方案。与传统手工装配方法相比，柔性装配不仅减少了装配时间，而且在精度和一致性方面也有显著改进。由于自动化程度的提高，出错率也大大降低，这在复杂的航空制造环境中尤为重要。柔性装配技术的应用为高度定制化的飞机设计提供了更多的灵活性，使得短生产周期和高生产效率成为可能。

4.2 定位和校准技术

飞机柔性装配的定位和校准技术起着至关重要的作用。这些技术以其独特的架构和应用，不仅精准地自定位飞机的各组成部分，还极大地优化了装配流程。借助先进的光学仪器和精密测量工具，这些定位和校准技术能实现高度精确的装配，满足飞机结构和性能的严格要求。采用这种先进的定位和校准技术，可以显著减少装配过程中需要的机架连接件数量和孔洞数量，进而实质性地降低了装配成本和材料消耗。这一流程的核心是高效和高精度的精密测量仪器，它们能够与装配和定位技术完美地协同工作。这些技术常与自动制孔和便携式柔性钻孔定位技术结合使用，以满足飞机大量结构件的生产和装配需求。这不仅大幅度提高了装配效率，而且，借助于钛合金和其他复合材料的应用，能够满足在装配作业中对合金材料的特殊需要。

4.3 飞机总装柔性对接技术

总装柔性对接技术已成为一项关键的装配技术。这种技术主要通过构建专门的对接平台，来达到飞机高精度装配的目的。一般而言，这种对接平台由两大核心组成：一是千斤顶用于提供力学支持，二是集成了自动控制系统和高精度测量定位装置。这样的装配平台相比传统的固定方式，具有更高的自动化水平和更广的适应性，从而显著提升飞机总装的质量。大型飞机制造企业通常采用柱面定位作为对接平台的基础，这与pogo柱型结构具有相似性，能够实现在X、Y、Z方向上的精确定位和支撑。根据需求和应用场景，其定位形式主要分为三种：柱式结构，具有高度的定位精度和机动能力，主要通过伸缩臂进行横向调整；混合定位方式，与塔式结构不同，主要依赖于支架，这些支架具有自动调节机体受力的功能，特别适用于大型复合材料机体的装配；最后是塔式结构，这种结构具有强大的承载能力，通常采用伸缩臂侧壁进行结构调整。

五、结语

在当今飞机制造业不仅是国家科技与工业的标志性领域，也是综合国力的重要体现。柔性装配技术、精密测量手段和先进的自动控制系统扮演着举足轻重的角色。这些技术不仅极大地提高了装配精度，还优化了工作流程，减少了人工误差和相关成本。通过数字化，飞机装配过程中每一个步骤都能被准确地量化和分析，这不仅提升了生产效率，还有助于数据驱动的持续改进和决策。我国飞机制造业有望进一步提升其全球竞争力，推动整个行业向更高的品质和效率标准迈进

参考文献：

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