陈旭涛 郑炜 陈金祥 许军亮 钱利民 郭超朋
中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西西安710089
【摘要】在现代飞机的制造装配环节，“柔性装配定位技术”已经成为了研究重点，对于提升飞机装配的生产效率、产品质量而言意义突出。考虑到柔性装配工装在整体结构形式和元件定位方式上都比传统装配方式更加复杂，因此对于相关工艺方法展开技术探讨能够给今后的实践环节提供一定的技术支持和参考。
【关键词】柔性定位技术；飞机装配；应用
0.引言
飞机设计和制造具有非常大的难度，而且整个周期比较长，零件加工数量多，且装配的复杂性和难度都很高。作为飞机制造环节的主要组成部分，飞机装配会将大量的零件按照图纸和技术要求进行组合，将其进行连接。但飞机结构件在装配环节可能会出现变形或其它技术缺陷，因此柔性定位技术的出现可以合理地解决此类问题，提升装配精度。
1.装配定位技术的有关研究
现代的飞机机身壳体一般都进行了有效加强，属于“半硬壳式结构”，由纵向构件、横向构件、外蒙皮所组成，机身的典型结构当中（以民用飞机为例），包括薄蒙皮、半硬壳结构，整个机身也包含机头、前机身、中机身、后机身和尾椎等各个部分。
1.1 传统装配定位
传统装配定位方法是通过模拟量的形式来传递数据，并按照定位夹紧件的作用特点划分为外形定位、接头定位，最终目的也是为了让飞机的气动外形、性能处于较为稳定的水平。外形定位以外卡板定位和内型板定位为主，而接头定位则会按照产品对于接头的结构形式来设置接头定位器，确保飞机部件、段件对接接头的协调功能。传统装配定位方法当中，划线定位、基准工件定位、装配孔定位和装配夹具定位都是可参考方式。
1.2 先进装配定位
先进装配定位包括了本次研究当中的柔性定位技术，该技术主要是采用柔性可调节的数字量传递模块化定位夹紧单元来完成装配过程，自动化控制系统的定位精度非常高，并且采用空间位姿可调的模块化定位器来实现空间定位、电位的变化。现阶段，国内飞机装配水平的不断提升使得数字化定位技术、特征定位技术和柔性定位技术在装配环节的应用频率变得越来越高，以柔性定位技术来说，主要功能在于实现部件装配，如机翼翼梁装配、某些协调要求较高的骨架零件装配等，这种定位方法相比于传统的装配定位方式，优势在于减少了工装并简化了整体的结构，装配效率显著增加。
2.飞机装配环节柔性定位技术的应用
2.1 柔性定位工装系统
分散式的部件装配过程当中，柔性定位工装集成了专门的定位计算软件、控制系统以及数字化测量系统，并且优化的工装驱动数据可以根据装配部件的数模计算出工装理论驱动数据，并且将各个组件安装到定位器上之后，再通过控制系统的驱动来到达理论为止，使用激光跟踪仪对各个组间的位置数据进行测量后，将所获取的数据和实际数据进行对比。如果数据不满足公差要求则重新进行计算直至装配过程满足误差标准[1]。
在整体结构的安装方面，针对不同的机身壁板只需要采取不同的保形架和不同数量的定位器就可以完成装配过程。针对地板梁骨架装配过程，要划分为以下两种不同的情况。第一种是地板梁已经成功地装配到了下半筒段之上，这种装配方法相对比较简单，且基本原理和传统工装装配的原理比较接近，使用不同的定位器完成即可。另外一种情况则是，如果地板梁未装配到下半筒，则可以选择自动定位器进行辅助。
主要的构成元件能够通过调节和局部充足的方式满足结构相似的尺寸配件在装配过程环节的不同工艺需求，因此不仅可以减少工装的品种和数量，同时还能够缩短工装准备的周期。
2.2 柔性定位方式
在定位方法方面，机身壁板以外形卡板和真空吸盘辅助共同定位在保形架上，自动定位器通过调整保形架位姿间接来合理的调整机身壁板位姿。在调资定位方式的选择上，自动定位器通过工艺结构和壁板搬运工装进行进一步地连接，然后借助多个自动定位器相互空间运动的组合实现精确移动。按照自由度驱动差异可以将自动定位器划分为两种类型，一种是主动式，另一种则是随动式。如果调姿过程全部采用主动式定位器那么则可以实现每个自由度空间位置的精确定位，但也会存在着某些技术缺陷。一是定位调姿算法非常复杂，算法本身要具备非常高的精确性和稳定性，才能让计算结果保障稳定性，让飞机部件在飞行环节不产生严重的形变，或是导致部件、定位系统产生严重损坏。二是系统调姿过程中会有运动冗余协调问题，整个系统的定位机构运动进度和反馈协调控制方面的性能要求比较高，定位运动机构自身要有足够的结构刚强度与制造精度，能够准确地运动到相应的位置，按照算法生成的结果控制多个轴展开同步式协调运作。
2.3 柔性定位运动仿真
柔性工装选择自动化设备进行调姿，并且在进行实际的运动仿真之前要进行重新定义，但并非所有建模的工装都可以直接定义运动关系，某些不合理的模块层次建模会无法建立运动关系。现代飞机装配环节的自动化趋势现在变得越来越明显，而且其工装、操作平台也已经趋向于设备化，大量的运动会存在自动化装配设备的零部件环节。在三维数字化建模过程当中为了能更好地组织产品数据，要采取多层次模块化分解的方式进行应用，不过对于某些比较复杂的三维建模时则需要进一步地考虑到运动学关系[2]。
2.4 机身筒段装配
（1）基本装配要求
从基本装配原则上看，应该在不发生装配组件形变的前提下进行准确的定位，并且装配顺序按照下半部-地板梁-上半部的顺序进行。
（2）下半部装配
机身下半部定位在搬运工装之后由专门的AGV小车对机身下半部进行装载，并且低位自动定位器位于地位，以手动模式将定位器接口搬运至工装接口之后利用激光跟踪仪进行测量确定下半部姿态后，再将下半部调整到理论的位置，自动定位器在Z轴方向上也会移动到合理的装配位置。
（3）地板骨架装配
在地板骨架装配环节当中，使用天车将骨架和工装全部运动到装配站位后，站位区域的定位器装置在立柱上方，这时候搬运工装加载工作就会变得更加简便。如果搬运工装接头和定位器接头对齐，这时候吊车会下降并锁紧，自动定位器下移到工作位置后地板梁也会同步调整配合装配基准，技术人员会使用天车将搬运工装固定在起吊装置之上然后从站位上移开。
（4）上半部装配
使用天车将上半部将工装搬运至站位之后与定位器接口对齐，然后缓慢地将搬运工装降下后再锁紧，起吊装置全部卸下后从站位移出。使用激光跟踪仪确定上半部姿态后再将下半部调整到理论区域，机身纵向连接孔可以通过人工制孔。但考虑到装配环节需要采取自动定位，使用自动定位器将上半部移动至所需位置后进行铆接。铆接结束后再将搬运工装全部分离，将天车移出[3]。
3.结语
柔性装配定位技术作为一种先进的工艺，其具有良好的应用标准，以实现不同机身的柔性装配。在后续的研究工作当中还需要针对柔性定位技术开展对于测量系统和控制系统的深入探讨，并且基于柔性工装的定义、特征和工作模式展开调节，利用定位调整量来调整定位元件，确保工件的准确定位要求，适应未来的自动化装配方式为飞机装配工作提供一定的技术支持。
【参考文献】
[1]秦政琪, 武大伟. 基于数字化的飞机柔性装配技术研究[J]. 沈阳航空航天大学学报, 2010, 27(03):18-20.
[2]张玮, 王志国, 谭昌柏,等. 基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法[J]. 航空学报, 2017, 38(06):258-266.
[3]王巍, 高平, 柏树生. 飞机数字化柔性装配技术研究[J]. 节能, 2011, 30(z1):71-74.