某超长条结构件柔性工装平台结构设计与实现

针对某超长条结构件加工过程中由于使用传统工装夹具造成的工艺准备时间长、工装数量多、材料浪费严重等问题,开展一种柔性工装平台的研究。该工装平台采用多个可旋转夹臂替代传统夹具进行夹持,在工件外形变化时,可通过更换夹臂长度、按压角度等保持良好夹持效果,满足柔性工装的需求。对该工装平台结构进行设计,对关键参数进行建模和校核,通过样机对工装效果进行验证。结果表明,该工装平台在加工相同工件的情况下,可节省约3%的零件材料,缩短310 min工艺准备时间,同时由于该工装平台采用了新型柔性固持方案,还提高了加工连续性,避免由于工艺变化造成大量的夹具浪费,为超长条结构件的加工提供了一种新的工装固持方案。

柔性工装装夹下复合材料薄壁件铣边变形预测

针对复合材料薄壁件在阵列式柔性工装装夹下进行铣边加工的变形问题,通过有限元软件ABAQUS对其铣削过程进行模拟仿真。研究了POGO柱间距、POGO柱到边沿的边距,以及复材薄壁件主要纤维角度对铣边变形的影响规律。提出了柔性装夹时的薄壁件变形预测方法,可以有效预测间距、边距、角度等参数影响下的薄壁件的变形,对薄壁件边沿自重变形预测的误差值最大为3.6%,对薄壁件边沿外力变形预测的误差值最大为2.70%。

通用柔性工装夹具定位和夹紧设计

零件在加工生产过程中大多采用专用的刚性定位夹紧工装,生产成本较高。针对该问题,以钣金件为对象,首先构建了柔性工装夹具总体结构,然后设计了其定位机构、夹紧机构,有效保障了零件的加工质量,节省了投入成本,提高了生产效率。

飞机数字化装配柔性工装技术体系研究

随着航空产业的迅猛发展,飞机装配技术的高效性和灵活性愈发成为关键。数字化装配和柔性工装技术的崛起,为解决传统装配过程中的瓶颈提供了新的途径。文章深入探讨了飞机数字化装配柔性工装技术体系的构建,剖析关键要素与挑战,并对未来飞机装配技术的发展趋势进行展望。通过这一研究,我们可以更好地理解如何利用先进技术推动飞机装配领域的革新,实现更高效、精准和可持续的飞机制造过程。

飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

我们针对飞机蒙皮数字化精确制造和绿色制造的需求,正在研究开发可替代传统化铣工艺的新一代高质高效绿色制造系统(已申请发明专利).在新系统上,成形后的蒙皮经过一次装夹即可完成传统化铣工艺中的粗修、铣凹、切边、开孔等工序,消除了多次装夹带来的误差,既提高加工精度又提高生产效率.另一方面,新系统加工时无污染物排放,加工废屑可回收,电能消耗减少,环保节能效果显著,可实现绿色制造.航空、航天工业涉及众多学科和专业的深入交叉,是高新技术最为富集的领域.目前,发达国家为提高先进航空航天产品的综合性能,广泛采用整体结构和大尺度的薄壁件,如飞机的骨架和蒙皮等.但整体结构和大尺度薄壁件不仅尺寸大,非常容易变形,而且结构复杂,形状精度要求很高,制造难度相当大.此外,大型薄壁件的外形多数与飞行器的气动性能有关,周边轮廓与其他零部件还有复杂的装配协调关系,装配难度也非常大.因此多年来,大型航空薄壁件制造技术作为飞机机体制造的六大关键技术之一,一直困扰着航空工业[1].

飞机立柱式柔性工装定位误差分析与精度保障

为保障柔性工装各组成立柱式三坐标定位单元的定位精度0.05mm的设计要求,实现基于协调孔的精确装配定位,在某机型四个前缘襟翼部件柔性装配过程中,根据柔性工装的定位特点对柔性工装定位精度影响因素进行了综合分析。在所建立的工装坐标系下应用激光跟踪仪测量立柱定位单元的定位精度,基于滚珠丝杠传动系统的轴向定位误差与导程误差、导轨导向传动系统的安装定向误差,建立柔性工装立柱定位单元单轴运动的定位误差模型,对综合定位误差进行计算,并提出了定位精度保障的实验方案。实验表明,经误差补偿后,柔性工装立柱定位单元的定位精度完全能够满足工程中对飞机部件定位精度的要求。

三维数字量传递协调的测量辅助装配在自动化柔性工装中的应用

本文论述了基于三维数字量传递协调的测量辅助装配(MAA)技术在飞机自动化柔性装配对接工装中的应用及实践方法,结合数字化测量设备与柔性装配对接工装的形式,提出了一种集成了激光跟踪测量系统、CAN总线运动控制和三维可视化装配运动仿真的装配现场工艺协调方法,研究了激光跟踪测量与柔性装配相结合的作用与优势,搭建了基于CAN总线模式的运动控制系统平台,建立了测量与控制系统上位机之间的通信,阐述了MAA及其各关键子系统的关键技术,完善了飞机装配过程中的数字化检测技术路线,为建立基于全三维信息模型数字化装配对接技术提供了参考。

基于坐标孔的数字化柔性工装定位技术

为在一套数字化柔性工装上实现多产品装配工作,根据某型飞机前缘襟翼结构特点,对柔性工装定位技术进行研究。采用内定位的装配方式,以骨架外形作为装配基准,以梁、肋的坐标孔为定位基准设计柔性工装,明确工装各组成立柱式三坐标定位单元的定位功能,设计了面向多装配对象的多用途定位器,采用三排平行布局柔性定位方案规划各立柱行程要求,建立DELMIA装配工艺仿真模型,确定柔性工装定位方案。通过实例验证,该柔性工装可完成整套装配对象的装配工作,定位精度与装配精度满足设计要求。

飞行器薄壁件柔性工装定位/支承阵列优化自生成研究

针对开发飞行器大型薄壁件柔性工艺装备系统的需求,对该类新型工装系统运行模式的优化生成问题进行了研究。通过分析系统结构和运行原理建立了系统模型,并根据自生成原理,提出了系统运行模式的优化自生成方法。该方法基于工件自身信息和加工过程自身信息,通过有限元分析与遗传算法相结合的自寻优途径,经过不断自身进化,实现定位/支承阵列的全局优化,克服了传统方法通过外部指令,由操作人员根据经验调整系统运行模式而存在的问题。实例验证表明,该方法可使柔性工装系统中定位/支承阵列布局的拓扑形态和分布密度处于最优状态,从而使系统资源得到最佳利用,为柔性工艺装备系统的高质高效运行奠定了基础。

飞机蒙皮吸盘式柔性工装系统研究

针对我国飞机生产制造业传统模式中一种零件一套专用工装的问题,采用数字化柔性工装技术的方法,研制了一套柔性工装系统,替代了多个固定工装。对应用于飞机蒙皮等零件的柔性工装系统进行研究,该系统通过电机带动立柱阵列进行三维运动控制,利用可调立柱阵列对蒙皮进行定位,采用真空吸盘对蒙皮进行吸附夹紧,最终实现了飞机蒙皮零件的重建、定位和吸附夹紧。最后用激光跟踪仪对柔性工装系统的运行精度进行检测,结果表明X、Y、Z三个方向的定位精度均在±0.1mm以内、重复定位精度均在±0.05mm以内。

飞机部件装配数字化柔性工装技术研究

面向新一代飞机机身部件数字化、柔性化装配需求,基于柔性工装技术,设计了飞机机身部件数字化柔性装配工装系统。通过研究数字化柔性装配工装及其相关技术,详细设计了柔性工装的机械系统,建立了基于现场总线技术的工装运动多轴控制系统,开发了柔性工装系统专用的装配数据生成软件。飞机部件装配数字化柔性工装的设计,为在国内推广应用柔性装配工装技术,构建数字化柔性装配生产线,实现新一代飞机的全数字化装配奠定了基础,具有重要的现实意义。

飞机数字化装配柔性工装的低成本化

数字化柔性工装是现代飞机装配中工装的主要形式。柔性工装通过其硬件系统和软件系统,实现了工装的自动柔性重构功能。但柔性工装的功能特点使得其制造成本相对较高。基于现代飞机精益制造要求,通过研究柔性工装的构成和特点,从工装硬件系统入手,提出降低柔性工装成本的方法。在此基础上,进一步研究基于零件关键特征不用工装直接装配的方法,阐述关键特征设计需考虑的因素及其关系。通过开展柔性工装的低成本化研究,为国内深入研究应用柔性工装提供技术支持。

面向复杂产品装配的柔性工装共性技术研究

根据典型复杂产品的结构特点,总结了4种柔性工装总体结构体系,并在此基础上,对柔性工装定位单元、夹紧单元、骨架单元和锁紧单元等关键结构进行了深入研究;阐述了柔性工装的模块化设计方法,提出了面向柔性工装应用的基于产品关键装配特征的数字量传递体系。应用以上共性技术研究成果,开发的铁路车辆底架柔性工装系统的实际应用效果良好,转产周期缩短了90%,生产效率提高了20%。

铝合金曲面薄壁件柔性工装夹具的加工性能研究

针对开发的铝合金薄壁曲面柔性夹具系统,设计柔性工装夹具的可行性对比试验。在对曲面薄壁试样工件的铣削加工中,分别使用柔性夹具与原来的代木夹具作为支承,使用同样的铣削参数进行加工。分析两种装夹方法的装夹效率及加工工件的表面质量,并利用Hyper Works的模态分析证明柔性夹具系统有良好的减振功能。

基于EtherCAT和CAN总线的柔性工装控制系统

针对柔性工装在成形过程中存在参数复杂、被控伺服电机数量多及其多个移动横梁之间分散式布置等问题,提出了基于EtherCAT和CAN总线技术的分布式网络控制方案,阐述了柔性工装工作原理,研究了以PC和PLC为核心的硬件整体结构,并利用VC++软件完成了人机交互界面的开发。该系统中,上位机与控制柜内分站模块组、控制柜内分站模块组及移动横梁上的分站模块组、各个移动横梁之间的模块组采用EtherCAT总线通信;移动横梁上的分站模块组与伺服电机、各个伺服电机之间采用CAN总线通信,两种总线高低结合进行数据传输,使传输速率提高将近10倍。

“桥架式”柔性工装直接位置闭环控制技术研究

为使"桥架式"柔性工装满足机身装配过程中的重构要求,在分析工装调形运动形式的基础上,提出了三种不同的位置闭环控制需求,研究了三类直接位置闭环控制模式:基于光栅尺反馈模式、基于激光跟踪仪反馈模式及基于力传感器反馈模式。在此基础上对建立的三类控制模式进行对比分析,提出了三类控制模式的适用位置和时段。以某飞机后机身装配为例,验证了该位置控制系统的合理性。

薄壁铝合金检具加工柔性工装夹具的设计

本文根据汽车主模型检具曲面薄壁件在铣削加工中的工装特点,结合工装夹具的理论和柔性夹具的设计要求,设计了用于不同尺寸,不同曲率薄壁件切削加工的柔性工装夹具。阐述了柔性工装夹具的使用方式,针对杆件的支承稳定性制定了夹具的高度规格。最后介绍了夹具在实际应用中的计算机控制系统部分。

飞机数字化柔性工装技术研究

中国工装设计制造水平低,已成为飞机快速研制及批量生产的瓶颈。分析了目前中国飞机装配中存在的问题,总结了国外飞机先进数字化柔性工装的研究及应用现状,综述了虚拟装配、柔性工装、数控钻铆、激光跟踪等数字化装配关键技术,指出了实现中国飞机数字化装配跨越发展的技术途径。

基于可重构柔性工装的机身框定位/支撑布局优化

可重构柔性工装使用柔性定位器实现装配件的定位/支撑,具有可重构和柔性的特点。使用可重构柔性工装进行机身立式装配时,存在的柔性形变产生柔性定位误差,影响装配精度。本文着眼于提高装配精度,针对立式装配中可重构柔性工装的柔性定位误差的控制策略展开研究。首先,根据工装的结构特点与定位/支撑原理,分析误差流,追溯误差来源。其次,通过优化框件的定位/支撑布局减小柔性定位误差的影响。考虑到优化中装配件的工艺特征产生的约束条件,针对定位/支撑点的可行设计域建立约束数学模型,设计修补算法和改进的优化算法。最后,使用MATLAB运行优化算法并调用基于APDL语言开发的参数化模型进行仿真计算,完成定位/支撑布局的约束优化。优化结果表明,得到的最优布局可以提高装配精度,改进的优化算法具备有效性,通过优化定位/支撑布局控制定位误差的策略具备可行性。

基于DELMIA的装配过程仿真及其在飞机数字化柔性工装设计中的应用

飞机数字化柔性工装因其结构设计的三维化和复杂化以及装配工艺的数字化等原因,使得装配过程仿真成为飞机数字化装配及工装结构设计的必要手段。基于装配工艺文件映射技术和装配过程仿真模型,通过装配工艺过程及机构运动集成仿真技术的突破,实现了飞机复杂的结构件数字化装配过程的仿真。以某型机部件数字化柔性工装设计与装配仿真过程为例,通过机翼前襟翼部件装配过程仿真及其柔性工装运动仿真,探讨了DELMIA软件在飞机装配仿真及柔性工装设计中的应用。