【内容摘要】通过研究产品结构特点，全面分析数字化装配工艺设计，从产品结构设计改进，装配流程规划，组件调姿定位接头设计及测量工艺规划等方面进行了论述，阐述了应用数字化装配技术的优缺点，提出了面向数字化装配的工艺要求。
关键词 工艺设计 数字化装配系统 工艺要求
引言
飞机数字化装配是基于设计数字化的应用技术，融合控制，测量，机械信息等，实现设计功能的先进装配技术。
目前，数字化设计、制造技术在欧、美等发达国家已被广泛应用。以Boeing（波音）、Airbus（空中客车）为代表的航空业巨头，全面采用数字化的三维设计、虚拟装配、并行工程，大幅度提高设计水平，最大限度地减少设计的返工。飞机制造中已广泛应用自动定位与对接技术，装配技术的研究主要集中在装配分析与仿真、装配数据管理、装配工装夹具设计制造以及数字化装配、数字钻铆等方面。它对保证装配质量和提高装配效率起到了很好的作用。国际上以飞机和汽车为代表的大型复杂产品研制企业都已将数字化装配技术应用于生产中，并取得了显著的效益。
我国航空工业的现状是，在新型号研制中采用并行工程和数字化设计技术，实现了应用CATIA V5软件进行三维数字化设计和结构件的数字化加工，大大降低了装配协调难度，大幅度减少了实物标工等协调方法。但是在飞机制造方面，我国的装配技术数字化程度还较低，主要集中在手工操作的层面上。在数字化技术的快速发展形势下，我国已经在数字化装配工艺设计方面开展一些研究工作。
数字化装配工艺设计
数字化定位方法是采用激光跟踪仪对组件的基准部位、关键部位进行测量，
自动化定位系统设备在自动化集成控制技术协助下，实现各组件的自动调姿定位，尽可能避免对操作工人技能的依赖，保证稳定的产品质量和生产能力，取代传统的硬式工装定位方式，增加了施工空间开敞性，提高了装配质量和效率，降低了劳动强度。
开展飞机在数字化装配技术环境下的装配工艺方案设计，主要对产品进行结构特点分析，合理规划各装配单元和装配流程，对各个组件的定位基准的选取、定位形式的设计进行深入研究。
装配流程规划
采用数字化装配技术进行部件装配，需明确各参与部组件装配的技术要求，确定部组件的装配基准，测量基准、方法，部组件关键控制要素和协调方法，尽量做到装配基准与测量基准的统一。
以壁板组件为例，为减少分离面数量，工艺组件划分时，为避免框缘以散件形式单独定位，可考虑与壁板组合为一体，提高壁板刚度，利于壁板外形的保持。依据基准统一的原则，壁板组件上框缘的定位孔在总装数字化调姿定位的过程也作为壁板姿态调整和定位的关键测量要素，减少累积误差，提升壁板的定位精度。
为满足组件自动化定位要求，需要规划组件装配流程，详细分析零组件装配过程，借助三维数字仿真软件系统等手段进行装配过程仿真，包括各组件运动路径仿真和人机功效仿真。
工艺接头设计
自动化定位设备要实现对部件的自动调整和定位，需要设置定位装置与部件之间的过渡连接装置，即工艺接头。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆产品初定位过程通过定位器上的负载支架拾取连接产品的定位工装上的球形销来完成。负载支架带测压元件，测压元件记录在3个方向（Fx、Fy、Fz）上作用在球形支架上的力，力值可视化显示，用于弯曲补偿及在超出极限值时关闭驱动装置。
自动化定位设备有可在x,y,z 三个方向进行线性移动的导轨，定位器与工艺接头配合在控制系统的程序下即可实现部件在空间中的姿态调姿和定位。
自动化定位设备要求产品对接方向上要有较高刚度和移动功率，以便克服套合过程的阻力并保持部件和定位装置的稳定性。此时保型框起到了相应的作用。
测量工艺规划
采用数字化装配工艺，不但要从部件特点上规划测量方案，还要从全局考虑测量点的布置，测量坐标系的设置和转换，测量设备工作的可达性，测量数据的传递等要素。在产品上应设置足够的测量点，测量点的布置应能体现部件或组件等的主要结构要素，如对接面的外形，部件或组件上的主交点等，同时对次要部位或特征也应设置一定数量的测量点，以便对部件姿态进行全面评价并形成质量控制数据用于后续问题研究和工艺改进。部件自动化拼接测量，其装配质量直接影响大部件的对接精度，故应基于基准统一的原则，除关注各组件装配过程定位基准的设置和测量（如框定位孔）外，还需重点关注部件本身的主要特征（如外形，主要交点等）的测量，一般通过设置测量接头或测量转换接头对所述特征进行标定和测量，测量点是借助数字化测量设备进行理论评估的依据，但各部件对接面区域的物理特征吻合性也是关键检查要素，部组件对接必需要对测量数据和物理特征吻合性进行综合评估才能确定部组件的姿态准确性。
组件定位时通过选取产品上的特征点对各组件进行测量，所选点均为结构刚性较好的零件上的工艺孔，这些孔也是零件在工装上的定位基准，并且所选点能够最大包容产品。测量数据与理论坐标进行比较，保证所有测量点均在规范要求的公差范围内并与协调组件最佳拟合。测量前对所有激光跟踪仪的放置位置进行三维模拟，对跟踪仪到达系统目标点、产品特征点进行射线分析。
各组件调姿定位后，进行制孔，分离，去毛刺，涂胶工作，最后再次复位连接紧固件，故对定位设备有较高的重复定位精度，一般重复定位精度≤0.1 mm。
应用数字化装配技术的优缺点
优点：传统硬式工装使用过程中产生偏离不易发现，而且使用过程笨重，工人劳动强度大，而数字化装配系统采用了一系列较为先进的设备，提供了更大的操作空间，系统具备自检功能，系统超差可在使用前发现并及时处理，一般超差甚至可以通过系统进行补偿，正常使用可明显提升效率。
缺点：相对于传统工装一次性投入成本太高，使用过程需具备设备维护保养能力，并且使用初期效率并不见得比传统工装高，因此数字化装配系统更适用于批量较大的大中型飞机，对于多品种、小批量生产的生产模式及小型飞机而言，传统工装尺寸小，制造难度小，维持其稳定性和精度代价小。
实际上，与传统工装相比，数字化装配技术要求部组件分离面更简洁，更具完整性，避免复杂的搭接或者套合关系，以便简化调整移动路径，避免调姿路径上结构产生较大干涉，避免组件在空间中的复杂动作，保证调姿精度和装配效率。故对飞机设计的工艺性要求更加严格，同时，采用数字化装配技术对工艺设计人员的要求同时也提高了，它要求工艺设计人员具备较强的基于数字化装配技术的装配工艺规划能力，能够在飞机设计时提出完整的数字化装配工艺设计流程，能够熟练运用三维数字化装配工艺过程仿真技术，数字化测量技术等。
结束语
飞机数字化装配技术已成为飞机装配的主流方向，数字化装配系统，首先使我们转变了传统的手工装配思想，其次通过对整条生产线进行合理规划与设计。应用激光跟踪仪等先进设备提高了装配准确度高，并创造了舒适、人性化的工作环境。我们应充分利用这个系统的优势，不断思考和改进，从而提高我们产品的竞争力。
论文作者:付丹
论文发表刊物:《科技新时代》2018年9期
论文发表时间:2018/11/15
标签：测量论文; 工艺论文; 组件论文; 技术论文; 壁板论文; 部件论文; 工装论文; 《科技新时代》2018年9期论文;