飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

时间：2024-08-31

许建政李金柏张恒毅田浩唐博

摘要：飞行器的大型薄壁零件加工和装配过程一直是困扰其发展的主要因素之一. 柔性工艺技术是极为重要的组成部分，对于飞行器的运行、优化有着极其重要的作用.鉴于此，本文对此开展了飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术的研究

关键词：大型薄壁零件;飞行器;柔性工装;柔性制造系统;飞行器制造

一、飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术的发展

1.外国在研究多点阵柔性工装领域方面的技术领域，如美国，法国，西班牙和其他西方航空工业强国在此领域取得了显著的结果，薄壁工件的主要部分的身体结构，规模较大，同时气动形状复杂，与周边零件也装配协调关系，精度要求高。当复合材料作为机身结构的主要材料被广泛应用时，复合材料优异的物理化学性能可以极大地提高飞机的性能。在可重构可调柔性工装的开发中，为了满足零件的特性和工艺要求，引入了液压技术、真空技术、机器人技术等一些新技术和方法。这些新技术的引进，极大地提高了加工的精度和效率。

2.飞机大型薄壁零件柔性工装制造技术正在迅速发展和逐步完善。随着信息技术的不断发展，未来柔性工装技术将朝着交互与集成的方向发展，实现工装与机床的交互，从而降低飞机大型薄壁件的制造成本，提高其综合效益。

柔性工装系统和数控集成敏捷机床，可同时控制工装和制造过程。通过更系统、更快的方法，将工装设计引入柔性制造领域，大大缩短了生产准备周期。有许多方法可以实现工具系统的灵活性。第一种方法是建立一个灵活的系统，它由许多称为模块的可替换的基本组件组成。工具的配置使用基本模块构造，组件通过标准连接器连接。第二种方法是制作一些基本的可重构部件，并促进其内部调整变化，以满足工件的不同特性;第三种方法是使用相变材料。网络化控制信息集成技术也是柔性工装技术的重要组成部分，能够保证飞机大型薄壁件自主作业的正常开展。在柔性工装技术的发展中，拉深工艺是大多数大型薄壁飞行器半成品的必要工艺。采用无基准面自动定位技术可以解决这一过程中的一些问题。无数据自动定位系统一般由信息处理单元、传感器阵列、定位制导软件、控制计算机和执行器组成。通过这些部件，可以及时调整工件和工装，保证工件的准确定位。在很多情况下，用拉拔工艺生产的薄壁半成品零件没有精确的定位数据（定位孔等）。给后续的切割（开窗、修边等）带来很大的困难。为了解决这一问题，可以采用无参考的自动定位系统进行自动定位。智能位置搜索和位姿自适应控制是实现复杂飞机零件柔性自动加工与装配的关键技术。它主要用于解决复杂零件难以精确定位的制造和装配问题。

在飞机大型薄壁件的制造过程中，柔性工装技术的应用也体现在数字化自动柔性装配技术的应用上。作为飞机制造中最薄弱的环节，国内大部分生产单位在飞机大型薄壁件的制造和装配中仍然采用手工装配的方式。这种生产方式不仅效率低，而且质量不稳定。生产线上的工人长期承受着巨大的工作压力，不利于行业的长期稳定发展。为此，我国某地区飞机大型薄壁件制造用柔性工装技术研究部门提出了将现代数字化技术与柔性装配技术相结合，并提出了数字化柔性自动化装配技术，为行业发展开辟了一条新的发展道路。作为飞机大型薄壁零件制造中的一个重要问题，在实际生产中必须解决回弹问题，其一直影响着设备制造的质量和效率。对此，我国大型飞机薄壁件制造单位的技术团队，提出了基于智能预测的闭环成形技术。该技术的实际应用可以有效解决这一问题。在此基础上，运用柔性物流技术，也能有效避免飞机制造中大型薄壁件的变形问题。基于机器人的柔性自动化装配系统，不仅在原有的基础上，不仅可以提高灵活性大型薄壁零件的制造工艺和自动化水平，在新系统中，形成皮肤夹紧后可以完成传统修补的过程中铣削、铣槽、修剪、开放的过程，如消除夹带的错误，既能提高加工精度，又能提高生产效率。另一方面，新系统在加工过程中没有污染物排放，加工后的废芯片可回收利用，降低了电耗，环保节能效果显著，可实现绿色制造。更重要的是，数字技术的应用，可以充分保证生产装配施工的质量，提高了飞机大型薄壁件制造的经济效益和社会效益，促进了整个行业的发展。

针对传统的六点定位原理的局限性，定义了大型薄壁零件逐点定位的自由度。提出了一种基于点对点自由度的自适应多点定位方法，适用于大型薄壁零件的多点定位。在此基础上，提出了一种多点定位/支撑算法来求解定位/支撑球在柔性工装系统中的位置，以生成工件表面包络面，避免刀具干涉。根据自生成原理，提出了一种柔性工装系统运行方式的优化自生成方法。基于自身信息和工件加工工艺信息的方法，通过有限元分析和遗传算法相结合的优化方式，随着自身的进化，实现定位/支撑阵列的全局优化，克服了传统的通过外部命令，由操作人员根据经验和存在的问题来调整系统运行方式的方法。提出了一种多点定位的仿生动力学优化方法。根据给定的加工轨迹，动态调整柔性刀具系统的定位/支撑分布，以保证整体加工变形最小。实例表明，该方法能使柔性工装系统的支持分配处于最优状态，实现系统资源的最优利用。实例加工试验表明，该方法能有效提高飞机大型薄壁件的加工精度和效率，满足此类工件的高速高精度加工要求

综上所述，在大型飞机薄壁件制造中，柔性工艺装备系统管控运行模式的生成已成为行业发展的关键技术。在现代化建设管理中，相关领域的工作人员需要全面、合理地分析飞机大型薄壁件制造的发展现状，预测未来飞机大型薄壁件制造的发展状况。在此基础上，综合应用机床装配集成与交互技术、智能预测闭环成形技术和全数字自动柔性装配技术，提高行业发展水平。