三坐标定位器系统动态特性分析和实验

为解决飞机传统装配精度低、调整复杂和质量不稳定问题,介绍了三坐标定位器结构与工作原理,建立了伺服传动系统的数学模型,得到系统的传递函数。采用Matlab/Simulink对系统进行仿真模拟,并对三坐标定位器的动态特性进行分析。实验测试结果表明,三坐标定位器能够快速、准确地跟踪位置指令,并具有很好的抗干扰能力。对三坐标定位器进行动态特性分析和实验测试,有利于分析与优化系统调姿工作特性,对改进定位器的结构设计具有一定的指导意义。

基于三坐标定位器支撑的飞机大部件调姿内力

以基于定位器支撑的飞机大部件调姿、对接系统为研究对象,建立逆运动学及动力学模型.按照协调运动要求,分析其冗余驱动的本质.针对定位器的定位误差会直接引起调姿内力的问题,分析采用关节驱动力的最小范数解和改进定位器结构设计等措施以减小调姿内力,并提出一种消除调姿内力的方法,阐明它的应用特点.实验研究表明,基于定位器支撑的飞机大部件调姿过程中由内力引起的大部件附加变形较小,不会威胁到大部件安全.通过内力消除方法可以有效释放调姿内力,能够满足飞机数字化装配过程无应力装配的要求.

基于三坐标定位器的大部件调姿机构误差分析

针对基于3个三坐标定位器联动实现大型部件位姿调整机构的位姿误差问题,采用多体运动学理论分析了机构运动学关系,在不考虑大部件变形的情况下,利用矩阵微分法并结合冗余驱动的特点建立了该调姿机构的位姿误差模型,从而可定量分析各原始误差对调姿对象位姿误差的影响,并通过蒙特卡洛法对调姿误差进行了仿真研究。为获取各原始误差对调姿误差的影响比重,对机构进行了误差敏感度分析,研究结果表明,各导轨的直线度、平行度及三坐标轴间的垂直度等引起的角误差对应的敏感度较大。

三坐标定位器部件刚度配置方法

为满足机身调姿工装的定位精度要求并兼顾调姿工装的制造工艺、成本等要求,建立三坐标定位器部件刚度配置与机身位姿误差、变形之间的关系模型,提出三坐标定位器的部件刚度配置方法,给出三坐标定位器部件刚度配置的评价标准与流程.对机身的位姿误差、变形进行参数化定义,将调姿工装有限元模型与定位器空间定位误差模型结合,用于计算机身的位姿误差、变形.以典型的五次多项调姿路径为例,计算不同的刚度配置条件下机身的位姿误差、变形,并进行正交试验分析,得到三坐标定位器部件刚度配置的约束条件,以三坐标定位器的重量为优化目标,给出一种刚度配置.计算结果表明,经刚度配置优化后,三坐标定位器的重量可减少2.1t.

随位串联三坐标定位器定位精度建模与试验

飞机部件自动化装配一般通过多台三坐标定位器的并联驱动实现,针对三坐标定位器的重组效率和定位精度对飞机部件的装配效率和精度影响较大的问题,提出三坐标定位器的3个直线运动模块的随位串联模式,通过对三坐标定位器随位串联所含形位误差引起的运动学逆解误差进行分析,建立运动学逆解补偿模型。试验结果表明:随位串联三坐标定位器的实际定位精度达到了0.025~0.038mm,满足新一代飞机部件装配对随位串联三坐标定位器的高精度要求。

基于导轨相关性的定位器误差模型分析与改进

飞机数字化装配中三坐标定位器的定位精度直接影响部件间的装配精度,提出一种改进的误差补偿模型以提高其定位精度。通过分析定位器堆栈式结构和导轨间相关性,改进各轴运动方向上的角误差模型;基于导轨相关性的误差、滚珠丝杠导程精度误差和轴向进给误差,建立改进后的定位器综合误差模型;进行传统误差补偿模型与改进误差补偿模型的对比实验。实验结果表明,基于导轨相关性改进的误差补偿模型与传统误差补偿相比,空间误差补偿效果的最大值可提高28.07%,均值可提高14.09%,有效提高了误差补偿效果以及飞机数字化装配的精度。

基于定位器的飞机大部件调姿系统静刚度

针对飞机数字化装配系统应具有良好姿态保持特性的要求,以典型的基于4个三坐标定位器支撑的飞机大部件位姿调整系统为研究对象,分析大部件在外力作用下,力与位姿变化之间的关系,建立系统的静刚度和单向刚度模型,有利于分析和评价系统的姿态保持特性.分析静刚度对系统精加工误差的影响,并得出系统设计过程中在考虑刚度要求时需要遵循的原则.采用有限元软件对模拟机身样件处于目标位姿时系统的静刚度进行计算,并与解析模型计算结果进行对比分析.结果表明,有限元法与解析法计算得到的系统静刚度基本相同,从而验证了解析模型的正确性.

用于大部件调姿的数控定位器布局及行程优化

针对机翼等大部件装配后姿态调整和精加工等的工艺需求,研制了一种可用于支撑多种机翼的三坐标数控定位器,并对定位器在数字化调姿及精加工平台上的布局和行程进行了分析。将定位器行程解耦成姿态行程和位置行程,建立了适用于多种机翼的定位器行程的目标函数,利用遗传算法获得定位器的布局和最优行程。通过实例对分析方法进行验证,结果表明所提方法是可行的,为大部件调姿中定位器的布局和结构设计提供了依据。

基于分层误差补偿的飞机柔性工装定位精度提高方法

飞机柔性工装中三坐标定位器的定位精度直接影响飞机大部件间的装配精度。提出了一种分层误差补偿模型以提高其定位精度,首先对定位器堆栈式结构和导轨间相关性进行分析,改进各轴运动方向上的角误差,提高整体线性误差补偿精度;然后采用遗传算法优化的神经网络对线性补偿后误差较大的位置点进行非线性误差补偿;最后将线性模型和非线性模型结合,提出了分层误差补偿模型,并进行了传统误差补偿模型和分层误差补偿模型的对比实验。实验结果表明,分层误差补偿模型与传统误差补偿模型相比,空间误差补偿效果最大可提高58.09%、均值可提高46.92%,有效地改善了误差补偿效果,提高了飞机数字化装配的精度。

机翼数控定位器布局及行程优化

针对机翼部件装配后姿态调整和精加工的需求,研制了可用于支撑多种机翼的三坐标数控定位器,并对定位器在数字化调姿及精加工平台上的布局及其在平台内投影的行程进行了分析;根据定位器行程在平台上的投影为长方形的特点,建立了数控定位器行程的优化函数,利用遗传算法计算出定位器的最优布局和行程范围;最后,通过实例对分析方法进行验证.结果表明:所提出的方法是可行的,为机翼柔性支撑中定位器的布局和结构设计提供了依据.

适用于三段大部件对接的柔性装配平台设计与优化

针对飞机数字化装配系统要求具有充分柔性的问题,提出一种能同时满足3种不同机型的柔性装配平台,主要内容包括:根据3种不同机型工艺接头的安装位置,采用六块机身移动平台进行支撑的布局方案,并优化移动平台的外形尺寸;对移动平台进行结构设计,并采用有限元分析得到平台的应力分布、承载变形和振动模态;使用拓扑优化工具找寻与移动平台载荷匹配的加强筋分布,通过对比分析得到一种新的加强筋分布形式.该平台通过简单的配置可以适用于结构尺寸相近的不同飞机共平台装配,且工作稳定可靠,具有充分的柔性.

一种新型球铰装置的设计与分析

设计一种快速连接飞机部件,并与三坐标定位器构成球铰联接的新型装置。该装置既可以作为球铰,也可以夹紧形成固定结构。在介绍其结构与工作原理的基础上,分析工作过程中各个部件的受力情况,得到夹紧力与气缸驱动力之间的关系以及夹紧力的计算方法;采用有限元软件对关键零件的强度和刚度进行校核,并设计了气动控制回路。

大型飞机机身调姿与对接试验系统

为实现飞机大部件装配过程的数字化、自动化和柔性化,研制了大型飞机机身调姿与对接试验系统。阐述了该系统的工作原理,通过激光跟踪仪测量试验机身上的检测点,集成管理系统计算试验机身的位姿,控制系统驱动多个三坐标数控定位器协同运动,实现试验机身的调姿与对接。建立了位姿调整机构的运动学模型,针对构建的硬件平台完成了包括集成管理系统、测量系统和控制系统在内的软件开发与集成,并对系统的性能进行了测试。试验结果表明,试验机身的位置调整精度优于0.09mm,姿态调整精度优于0.000 5°。试验系统涉及的若干关键技术已成功应用于多项国家重点型号工程,大幅提高了飞机装配的质量和效率。