数字化装配在飞机中的应用.doc

1数字化装配技术的内涵数字化装配技术是一个新的概念,精确的为其下一个定义还需要更多的探索。数字化装配是一种能适应快速研制和生产及低成本制造要求的技术,从其发展的历程看,它实质上是数字化技术在飞机设计制造过程中更深层次的应用及其延伸。数字化装配方法不仅包括了传统数字化装配概念中工装的设计、制造及装配的虚拟仿真等,还包括了像柔性装配方法、无型架装配方法等其他自动化装配方法。飞机数字化装配技术是数字化装配工艺技术、数字化柔性装配工装技术、光学检测与反馈技术、数字化钻铆技术及数字化的集成控制技术等多种先进技术的综合应用。数字化装配技术在飞机装配过程中实现装配的数字化、柔性化、信息化、模块化和自动化,将传统的依靠手工或专用型架夹具的装配方式转变为数字化的装配方式,将传统装配模式下的模拟量传递模式改为数字量传递模式。飞机零部件数字化装配系统的工作流程如图1 所示。图1 数字化装配系统的工作流程2数字化装配工艺技术数字化装配工艺主要包括数字化装配过程的优化设计、误差分析及容差分配和数字化预装配。其接收工装系统的设计信息和产品三维实体模型,通过装配过程的模拟仿真进行预装配及误差分析,再将信息反馈到工装系统,进行工装设计的调整和装配过程的优化。数字化装配过程优化设计分为装配顺序的生成和优化、装配路径的规划和优化、误差分析和容差分配、数字化预装配等几部分。误差分析和容差分配用来在产品的设计阶段,预测和控制全部系统的误差。其出发点是全部系统的目标误差,然后通过容差分配方法来分配目标误差作为次级系统的误差。这样误差预算就在各种次级系统中,作为一个跟踪工具来平衡目标误差和达到目标误差的难度这两者之间的关系。飞机数字化预装配是在数字化产品定义的基础上利用计算机模拟装配的全过程,用于在研制过程中及时地进行动静态界面设计和干涉检查、工艺性检查、可拆卸性检查、可维护性检查。其对象是工装与工装的装配、工装与零组件之间的装配及零件与零件之间的直接装配关系,可有效地减少因设计错误而引起的设计返工和更改。3数字化柔性装配工装技术在数字化装配中,将工装按功能划分为静态框架和动态模块。静态框架是模块化框架,由标准零件和连接件组合而成。动态模块依据飞机产品的不同需要而设计,它具有多个自由度,通过可调转接器依附于静态框架上,根据不同的产品特征而配置不同的动态模块;动态模块本身可以通过转接器调整或自由度调整改变自己的特征,以满足同类相似的产品。这样动态模块和静态框架之间就可以依据不同的产品或者产品的不同特征而进行调整配置。数字化装配工装实现柔性的方式主要是调整动态模块或者更换动态模块,对于不同的壁板部件装配,按照具体部件装配的要求增加或减少柔性夹持模块,通过调整转接器自由度、调整卡板的形状或者更换卡板,使之适应具体特征的要求。以飞机壁板类零件为例,数字化柔性装配工装的功能模块分解如图2 所示。图2 数字化柔性工装的功能模块在数字化环境下,柔性工装的定位不再依靠工装上的固定定位器, 而采用独立的一套定位系统。控制系统把定位数据传递给装配定位执行机构,这样才能实现数据的数字量传递,称该定位执行机构为机械随动定位装置。机械随动定位装置是一个数字化自动控制的高精度装置,其结构根据产品装配过程中的定位要求而定。该装置中的伺服驱动机构带动自动化定位机构对装配件进行调整和支撑,实现装配件的定位。自动化定位机构依靠控制系统的控制来同时协调多个机械随动装置的运动,保证以确定方式、可预见地移动飞机零件,一级操作用户可以通过图形用户界面显示零件的位置坐标,然后设定控制参数,控制机械随动定位装置的运动。在此,对各坐标的定义如下: X 坐标为平行于工装单元的水平运动, Y 坐标为平行于工装单元的垂直运动, Z 坐标为垂直于X Y 坐标平面方向的运动。该数字化柔性装配工装的控制策略如图3所示。4数字化装配技术的应用数字化装配系统多种先进数字化装配技术相结合使用,共同工作来实现对某些零组件的装配,这些成组的数字化装配工作系统构成了数字化装配系统。数字化装配系统(Digital Assembly System ,DAS) 以数字化装配技术为支撑,体现了数字化装配工艺技术、数字化装配工装技术、光学检测与补偿技术、数字化钻铆技术及数字化集成控制技术的综合应用。该系统相应地包含了数字化装配工艺系统、数字化柔性装配工装系统、光学检测与补偿系统、数字化钻铆系统和数字化集成控制系统等子系统。以大型飞机机身壁板零件为例,组建数字化的装配系统平台,平台示意图如图6 所示。图6 数字化装配系统平台注:11 计算机等辅助控制装置没有画出;21 光学仪器(激光跟踪装置) 没有画出。该数字化装配系统平台有如下特点:a. 装配零件和装配工装的自身特征,以及它们之间的装配特征在飞机设计阶段就被输入到系统服务器中。装配集成控制系统不仅能够直接共享该数据,还能够不断控制工艺系统对这些特征信息进行分析优化,使零件和工装的设计及其装配特征的设计不断完善。b. 数字化柔性装配工装主要包括机械随动定位装置和一些柔性的夹具。通过更换卡板和一些专用的夹具,该工装可以满足不同机型、但零部件大小相似的多种零部件的装配。这样仅需更换卡板和少量专用夹具就可以在一套工装平台上装配多种零部件。c. 机械随动定位装置和光学测量仪器的综合使用,通过测量仪