飞机垂尾壁板类柔性工装设计研究_免费论文全文下载

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摘要：在科学技术飞速发展的带动下，我国的飞机制造业取得了较为显著的成果，开始朝着多型号的生产方式转变，柔性工装装配技术也受到了越来越多的关注。本文结合飞机垂尾壁板类装配工装的结构特点，对其柔性工装设计进行了简单分析。

关键词：飞机；垂尾壁板；柔性工装；设计
前言：作为飞机柔性装配系统的一部分，柔性工装的存在，实现了产品的自动化和智能化装配，在降低成本和提高效率方面意义重大。相比较发达国家在飞机装配所有环节都应用柔性工装的做法，我国现阶段飞机壁板类装配采用的依然是传统的固定装配工装，在效率方面相对较差。对此，加强对于飞机垂尾壁板类柔性工装的设计和研究非常必要。
1 柔性工装的特点
从提升飞机生产效率的角度出发，对于垂尾壁板类柔性柔性工装提出了一些新的需求，一是对于相同类型的飞机，必须能够满足不同垂尾型号符合材料壁板的装配工作；二是在对不同型号的垂尾壁板进行装配定位和紧固时，必须保证作业方式的柔性化和模块化；三是相应的照明和定位应该选择自动化、柔性化装置；四是对于壁板装配环节沾染的灰尘，可以实现自动化清理。
垂尾壁板类柔性工装具有几个非常显著的特点：
（1）柔性工装的骨架采用型材和标准零件组成的刚性框架，框架为可拆卸结构，便于进行安装和维护[1]；
（2）结合垂尾骨架和壁板�b配工艺的性能进行动态模块的设计，通过激光追踪仪在线测量，搭配液压与电机驱动模块，对定位和紧固件的位置进行调整和控制。在专业的计算机操作平台支持下，可以实结合硬件系统实现对柔性工装移动定位器的远程操控，保证了定位的精度和准度。在将动态模块移动到相应的位置后，可以进行标准定位件以及紧固设备的安装，为后续的垂尾零部件装配奠定良好的基础；
（3）柔性工装系统设置与偶自动照明和清洁装置，当传感器检测到人员操作，照明装置启动和清洁装置启动，提供良好的作业环境。同时，前后升降梯的配置也为人工制孔以及铆接工作提供了良好的空间。
2 柔性工装的设计
2.1设计流程
首先，需要对飞机垂尾壁板的结构特点以及整体骨架进行分析，结合分析结果确定垂尾骨架总装定位孔面以及装配蒙皮的具体位置；其次，需要结合相应的研究资料和实践经验，确定飞机垂尾壁板类柔性装配工作的整体布局，做好结构的总体设计。具体来讲，应该将后机身的连接插孔作为主要定位孔，将骨架大梁侧孔作为辅助定位孔，以翼尖为主要定位面而尾灯安装部位则为辅助定位面；然后，需要根据实际情况，做好装配方案的详细设计，从全局角度进行综合考虑；最后，应该针对得到到了装配方案，进行ANSYS和DELMIA仿真验证，得到最终设计成果。
2.2设计方法
（1）静态框架结构分析：在针对飞机垂尾壁板类柔性工装进行设计时，必须充分考虑其在运行环节零部件本身的受力情况。结合自动化和智能化系统，工装能够实现自装配，而在这个过程中，需要做好相应的数据分析工作，包括型架在自重、伺服电机、定位模块、升降机构等荷载作用下的强度与刚度等。应该明确，壁板装配环节，应该对承载定位与夹紧器的动态模块的强度与刚度进行可靠分析，以确保系统的正常稳定运行。垂尾壁板类柔性工装整体采用型钢材料，自重在200kg左右，垂尾骨架和壁板的合计重量为50kg，设置有7个伺服电机，每个电机5kg，合计35kg，在加上作业人员的体重60kg，从安全的角度，依照1000kg的质量荷载分摊，确保其能够均匀的分布在框架结构上[2]。结合相应的计算和Ansys仿真验证，型钢的弹性变形如表1所示。
分析可知，框架两端固定的情况下，最大变形产生于横梁的中间位置，矩形冷弯空心型钢的变形量最小，因此可以作为柔性工装的型架材料。结合仿真分析，最小应力和最大应力分别为0.03MPa和1.78MPa，柔性工装本身刚度精度对于挠度的要求是不超过0.1mm，而在实际设计中，工装的挠度仅为0.0332mm，能够满足相关规定的要求。
（2） 动态调整单元集成控制系统：在柔性工装系统中，设置有8个动态调整模块，以及两个辅助性的静态定位模块，可以针对不同的飞机类型，通过在动态模块上更换定位与紧固设备的方式，满足不同的工艺需求。例如，主梁面柔性定位模块可以通过联轴器链接的齿轮齿条机构，由电机驱动定位导杆上下运动，在达到指定位置后，可以对不同机型的定位器进行更换。在柔性工装动态定位与紧固装置调整的过程中，需要对飞机垂尾的型号进行明确，然后在测量和仿真软件中，导入数字化的三维模型，通过模型分析确定柔性工装的装配工艺参数。飞机坐标系的构建方法有两种，一是依照工装设计基准孔的理论值与实测值，结合最佳拟合法建立坐标系，二是结合CAD对齐法，在飞机垂尾数模上，选择相应的理论点，通过拟合的方式建立坐标系，两种各有优势，可以根据实际需求进行选择[3]。
3 结语
总而言之，伴随着航空制造业的飞速发展，飞机制造业在朝着自动化、智能化的方向演变，传统的刚性工装必将被柔性工装所取代。本文提出了一种飞机垂尾壁板类柔性工装的设计方案，对新型飞机飞机垂尾壁板工装研制周期较长的问题进行了解决，也可以为相关飞机产品的柔性化装配提供一定的参考。与传统工装相比，本文设计的柔性工装体积小，效率高，自动化运行能够有效降低作业人员的劳动强度，控制人力成本，对于实现我国飞机装配技术的柔性化和智能化有着一定的推动作用。
参考文献：
[1]白新宇，王思聪.飞机壁板类组件柔性工装系统研究[J].制造业自动化，2014，（22）：133-135.
[2]崔琳琳.飞机壁板装配柔性工装设计与优化技术研究[J].中国机械，2016，（1）：100.
[3]王巍，谷天慧，俞鸿均.某型飞机垂尾壁板类柔性工装设计[J].航空制造技术，2016，507（12）：66-70.

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