數(shù)字化裝配在飛機(jī)中應(yīng)用

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1、1數(shù)字化裝配技術(shù)的內(nèi)涵數(shù)字化裝配技術(shù)是一個(gè)新的概念,精確的為其下一個(gè)定義還需要更多的探索。數(shù)字化裝配是一種能適應(yīng)快速研制和生產(chǎn)及低成本制造要求的技術(shù),從其發(fā)展的歷程看,它實(shí)質(zhì)上是數(shù)字化技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)制造過(guò)程中更深層次的應(yīng)用及其延伸。數(shù)字化裝配方法不僅包括了傳統(tǒng)數(shù)字化裝配概念中工裝的設(shè)計(jì)、制造及裝配的虛擬仿真等,還包括了像柔性裝配方法、無(wú)型架裝配方法等其他自動(dòng)化裝配方法。飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)是數(shù)字化裝配工藝技術(shù)、數(shù)字化柔性裝配工裝技術(shù)、光學(xué)檢測(cè)與反饋技術(shù)、數(shù)字化鉆鉚技術(shù)及數(shù)字化的集成控制技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用。數(shù)字化裝配技術(shù)在飛機(jī)裝配過(guò)程中實(shí)現(xiàn)裝配的數(shù)字化、柔性化、信息化、模塊化

2、和自動(dòng)化,將傳統(tǒng)的依靠手工或?qū)Ｓ眯图軍A具的裝配方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的裝配方式,將傳統(tǒng)裝配模式下的模擬量傳遞模式改為數(shù)字量傳遞模式。飛機(jī)零部件數(shù)字化裝配系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。圖1數(shù)字化裝配系統(tǒng)的工作流程2數(shù)字化裝配工藝技術(shù)數(shù)字化裝配工藝主要包括數(shù)字化裝配過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)、誤差分析及容差分配和數(shù)字化預(yù)裝配。其接收工裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息和產(chǎn)品三維實(shí)體模型,通過(guò)裝配過(guò)程的模擬仿真進(jìn)行預(yù)裝配及誤差分析,再將信息反饋到工裝系統(tǒng),進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)的調(diào)整和裝配過(guò)程的優(yōu)化。數(shù)字化裝配過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)分為裝配順序的生成和優(yōu)化、裝配路徑的規(guī)劃和優(yōu)化、誤差分析和容差分配、數(shù)字化預(yù)裝配等幾部分。誤差分析和容差分配用來(lái)在產(chǎn)

3、品的設(shè)計(jì)階段,預(yù)測(cè)和控制全部系統(tǒng)的誤差。其出發(fā)點(diǎn)是全部系統(tǒng)的目標(biāo)誤差,然后通過(guò)容差分配方法來(lái)分配目標(biāo)誤差作為次級(jí)系統(tǒng)的誤差。這樣誤差預(yù)算就在各種次級(jí)系統(tǒng)中,作為一個(gè)跟蹤工具來(lái)平衡目標(biāo)誤差和達(dá)到目標(biāo)誤差的難度這兩者之間的關(guān)系。飛機(jī)數(shù)字化預(yù)裝配是在數(shù)字化產(chǎn)品定義的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)模擬裝配的全過(guò)程,用于在研制過(guò)程中及時(shí)地進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)界面設(shè)計(jì)和干涉檢查、工藝性檢查、可拆卸性檢查、可維護(hù)性檢查。其對(duì)象是工裝與工裝的裝配、工裝與零組件之間的裝配及零件與零件之間的直接裝配關(guān)系,可有效地減少因設(shè)計(jì)錯(cuò)誤而引起的設(shè)計(jì)返工和更改。3數(shù)字化柔性裝配工裝技術(shù)在數(shù)字化裝配中,將工裝按功能劃分為靜態(tài)框架和動(dòng)態(tài)模塊

4、。靜態(tài)框架是模塊化框架,由標(biāo)準(zhǔn)零件和連接件組合而成。動(dòng)態(tài)模塊依據(jù)飛機(jī)產(chǎn)品的不同需要而設(shè)計(jì),它具有多個(gè)自由度,通過(guò)可調(diào)轉(zhuǎn)接器依附于靜態(tài)框架上,根據(jù)不同的產(chǎn)品特征而配置不同的動(dòng)態(tài)模塊;動(dòng)態(tài)模塊本身可以通過(guò)轉(zhuǎn)接器調(diào)整或自由度調(diào)整改變自己的特征,以滿(mǎn)足同類(lèi)相似的產(chǎn)品。這樣動(dòng)態(tài)模塊和靜態(tài)框架之間就可以依據(jù)不同的產(chǎn)品或者產(chǎn)品的不同特征而進(jìn)行調(diào)整配置。數(shù)字化裝配工裝實(shí)現(xiàn)柔性的方式主要是調(diào)整動(dòng)態(tài)模塊或者更換動(dòng)態(tài)模塊,對(duì)于不同的壁板部件裝配,按照具體部件裝配的要求增加或減少柔性?shī)A持模塊,通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)接器自由度、調(diào)整卡板的形狀或者更換卡板,使之適應(yīng)具體特征的要求。以飛機(jī)壁板類(lèi)零件為例,數(shù)字化柔性裝配工裝

5、的功能模塊分解如圖2所示。圖2　數(shù)字化柔性工裝的功能模塊　在數(shù)字化環(huán)境下,柔性工裝的定位不再依靠工裝上的固定定位器,而采用獨(dú)立的一套定位系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)把定位數(shù)據(jù)傳遞給裝配定位執(zhí)行機(jī)構(gòu),這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字量傳遞,稱(chēng)該定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)械隨動(dòng)定位裝置。機(jī)械隨動(dòng)定位裝置是一個(gè)數(shù)字化自動(dòng)控制的高精度裝置,其結(jié)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品裝配過(guò)程中的定位要求而定。該裝置中的伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)自動(dòng)化定位機(jī)構(gòu)對(duì)裝配件進(jìn)行調(diào)整和支撐,實(shí)現(xiàn)裝配件的定位。自動(dòng)化定位機(jī)構(gòu)依靠控制系統(tǒng)的控制來(lái)同時(shí)協(xié)調(diào)多個(gè)機(jī)械隨動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng),保證以確定方式、可預(yù)見(jiàn)地移動(dòng)飛機(jī)零件,一級(jí)操作用戶(hù)可以通過(guò)圖形用戶(hù)界面顯示零件的位置坐標(biāo),然后設(shè)定控

6、制參數(shù),控制機(jī)械隨動(dòng)定位裝置的運(yùn)動(dòng)。在此,對(duì)各坐標(biāo)的定義如下:X坐標(biāo)為平行于工裝單元的水平運(yùn)動(dòng),Y坐標(biāo)為平行于工裝單元的垂直運(yùn)動(dòng),Z坐標(biāo)為垂直于XY坐標(biāo)平面方向的運(yùn)動(dòng)。該數(shù)字化柔性裝配工裝的控制策略如圖3所示。4數(shù)字化裝配技術(shù)的應(yīng)用———數(shù)字化裝配系統(tǒng)多種先進(jìn)數(shù)字化裝配技術(shù)相結(jié)合使用,共同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)某些零組件的裝配,這些成組的數(shù)字化裝配工作系統(tǒng)構(gòu)成了數(shù)字化裝配系統(tǒng)。數(shù)字化裝配系統(tǒng)(DigitalAssemblySystem,DAS)以數(shù)字化裝配技術(shù)為支撐,體現(xiàn)了數(shù)字化裝配工藝技術(shù)、數(shù)字化裝配工裝技術(shù)、光學(xué)檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)、數(shù)字化鉆鉚技術(shù)及數(shù)字化集成控制技術(shù)的綜合應(yīng)用。該系統(tǒng)相應(yīng)地包

7、含了數(shù)字化裝配工藝系統(tǒng)、數(shù)字化柔性裝配工裝系統(tǒng)、光學(xué)檢測(cè)與補(bǔ)償系統(tǒng)、數(shù)字化鉆鉚系統(tǒng)和數(shù)字化集成控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)。以大型飛機(jī)機(jī)身壁板零件為例,組建數(shù)字化的裝配系統(tǒng)平臺(tái),平臺(tái)示意圖如圖6所示。圖6數(shù)字化裝配系統(tǒng)平臺(tái)注:11計(jì)算機(jī)等輔助控制裝置沒(méi)有畫(huà)出;21光學(xué)儀器(激光跟蹤裝置)沒(méi)有畫(huà)出。該數(shù)字化裝配系統(tǒng)平臺(tái)有如下特點(diǎn):a.裝配零件和裝配工裝的自身特征,以及它們之間的裝配特征在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段就被輸入到系統(tǒng)服務(wù)器中。裝配集成控制系統(tǒng)不僅能夠直接共享該數(shù)據(jù),還能夠不斷控制工藝系