飞机数字化装配定位方法及其装配准确度研究

摘 要： 飞机数字化装配定位过程非常复杂，其包含多项关键技术，本文将对数字化装配定位过程中的几项关键技术进行研究。主要包括：数字化装配定位方法及其装配准确度研究、数字化装配工装技术研究和数字化装配系统集成控制技术研究。

关键词： 工艺接头布局原则；工艺接头设计

1.数字化装配定位方法及其装配准确度研究

准确度：指产品的实际尺寸与图纸上规定的名义尺寸相符合的程度（对一般机械产品，类似的概念被称为公差）。协调准确度：指两个飞机零件、组合件或部件之间相配合部位的实际几何形状和尺寸相符合的程度。飞机结构多采用薄壁结构，大多数零件是钣金件，其普遍特点是形状复杂、尺寸大、刚性差、易变形，因此飞机外形的准确度在很大程度上取决于装配准确度。为了保证飞机装配准确度和装配零、组件间协调要求，在飞机制过程中采用了大量的工艺装备（包括标准工艺装备、装配工艺装备、零件制造工艺装备等）。如何保证零件、组合件和部件之间的协调准确度是飞机制造过程中需要解决的一个重要问题。

1.1传统的飞机装配定位方法及其装配准确度

传统的飞机装配定位方法有如下几种：在型架内以骨架外型为装配基准，在型架内以蒙皮外形为装配基准、按装配孔装配定位，在夹具内按坐标定位孔装配等。基准：基准就是用一些点、线或面来确定其他点、线、面的相对位置。基准可以分为设计基准和工艺基准，设计基准是设计用来确定零件外形或决定结构相对位置的基准；工艺基准是在工艺过程使用，存在与零件、装配件上的具体的点、线或面。装配基准：用来确定工件之间相互位置的基准，引自文献。下面分别分析各种装配方法及其装配准确度。

（1）在型架内以骨架外形为装配基准的准确度

以型架外形为装配基准装配时，产品的装配准确度主要取决于骨架装配的准确度。骨架装配的准确度又取决于装配夹具的制造误差夹具。和骨架在装配夹具中的定位误差定位（骨架-夹具），另外还包括蒙皮在骨架上的定位误差定位（骨架-蒙皮）、蒙皮的厚度误差蒙皮厚度以及装配连接过程中的变形误整变形。因此，以骨架外形为基准装配的误差尺寸链方程可以写为：

装配=夹具+定位（骨架-夹具）+定位（骨架-蒙皮）+蒙皮厚度+变形

定位（骨架-夹具）和定位（骨架-蒙皮）正是骨架零件和裁配夹具之间的协调误差骨架一夹其及骨架和蒙皮之间的协调误差骨架一蒙皮。考虑到装配过程中的夹紧件的必紧作用，将使协调误差减小，故在两种协调误差加上修正系数K夹紧。，则误差尺寸链方程改写为：

装配=夹具+（骨架一夹其+骨架一蒙皮）K夹紧+蒙皮厚度+变形

（2）在骨架内以蒙皮外形为装配基准的准确度

采用以蒙皮外形为装配基准时，产品的外形准确度主要取决于装配夹具的制造误差夹具，另外蒙皮和装配夹具之间的定位误差定位（蒙皮-夹具），以及装配连接过程的中的变形误差变形。因此，以蒙皮外形为基准装配的误差尺寸链方程可以写为：

装配=夹具+定位（蒙皮-夹具）+变形

修正后的尺寸链方程为：

装配=夹具+蒙皮一夹其K夹紧+变形

（3）按装配孔装配的准确度

按装配孔装配的装配准确度首先取决于基准零件的制造误差基准零件和零件外形相对于装配孔的误差零件（外形-装配孔）。另外，当基准零件和其他零件按装配孔定位时，由于装配孔轴线不可能完全重合而形成协调误差装配孔（基准零件-零件）。最后，产品的装配准确度还取决于蒙皮的厚度误差蒙皮厚度和蒙皮在骨架上的定位误差定位（蒙皮-骨架），以及装配变形误差变形。因此，按装配孔装配时误差尺寸链方程可以写为：

装配=基准零件+零件（外形-装配孔）+装配孔（基准零件-零件）+定位（蒙皮-骨架）+蒙皮厚度+变形

修正后误差尺寸链方程为：

装配=基准零件+零件（外形-装配孔）+装配孔（基准零件-零件）K夹紧+蒙皮厚度+变形

（4）在夹具内按坐标定位孔装配的准确度

在夹具内按坐标定位孔装配的准确度首先取决于装配夹具中坐标定位孔位置的误差，即装配夹具的误差夹具，以及零件外形相对于坐标定位孔的误差零件（外形-坐标定位孔）还有骨架零件和装配夹具坐标定位孔之间的协调误差坐标定位孔（夹具-骨架）、蒙皮厚度误差蒙皮厚度、蒙皮在骨架上的定位误差定位（蒙皮-骨架）以及装配过程中的变形误差变形。因此，在夹具内按坐标定位孔装配的误差尺寸链方程可以写为：

装配=夹具+零件（外形-坐标定位孔）+坐标定位孔（夹具-骨架）+定位（蒙皮-骨架）+蒙皮厚度+变形

修正后误差尺寸链方程为：

装配=夹具+零件（外形-坐标定位孔）+坐标定位孔（夹具-骨架）+蒙皮-骨架K夹紧+蒙皮厚度+变形

1.2 数字化装配定蕴方法及其装配准确度

飞机数字化装配技术是数字化装配工艺技术、面向数字化装配的工装设计技术、数字化柔性装配工装技术、光学检测与误差补偿技术、装配连接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。在飞机零件数字化装配的过程中，使用的工装是具有通用性的柔性工装夹具，该夹具在设计、铸造、安装过程中都使用数字化的方法来完成，因此该夹具的制造精度非常高；使用的定位方法是数字化的定位方法，通过数字化的传递，再加上光学测量与误差补偿技术的应用，可以极大的提高零件的定位准确度。所以，数字化装配下装配的误差包括：夹具的制造误差、骨架和蒙皮的制造误差以及装配连接过程中的变形误差。

因此，按数字化装配方法装配的准确度首先取决于夹具的制造误差夹具，但由于夹具的设计、制造及安装过程都使用数字化技术，因此夹具制造误差夹具较小。在零件进行定位协调时采用数字化的定位方法，定位控制模块、机械随动定位装置、误差补偿模块构成定位的闭合循环回路，而这个定位回路结束的信号就是零件之间的定位准确度符合工艺设计要求，因此零件之间的定位误差为零。

还有就是骨架和蒙皮的制造误差骨架和蒙皮，由于在零件的设计制造过程中都使用数字化方法，所以误差也非常小，即骨架和蒙皮较小，将其合称为零件。最后就是装配过程中的变形误差变形。，因为在装配定位过程中定位准确度比较高，夹紧器对零件的夹紧力将非常小，即由夹紧引起的变形很小；变形主要是由连接过程引起的，即变形比较小。所以，数字化装配的误差尺寸键方程可以写为：

装配=夹具+零件+变形

由误差尺寸链可以看出，在数字化装配过程中，夹具是系统误差，并且其数值比较小。零件和零件变形的数值也比较小。由此可以见数字化装配定位方法降低了装配的误差，极大的提高了飞机装配的准确度。

2.数字化柔性装配工装技术研究

在飞机装配过程中，在装配连接之前必须进行零部件的定位和固定，以保持其良好的飞机动力学外形。这一切要靠装配工装来实现，所以工装技术是飞机装配技术的基础。按装配工装的结构和性能可分为：常规工装、模块化工装、柔性工装、数字化柔性工装。数字化柔性装配工装：是基于产品数字量尺寸协调体系的、可重组的模块化、自动化装配工装系统，其目的是在装配过程中实现产品信息的数字量传递，免除设计和制造各种产品（如飞机壁板、翼梁等）装配专用的传统装配型架/夹具，从而提高飞机装配的准确度，降低工装制造成本，缩短工装准备周期，同时大幅度提高装配生产率。

2.1基于机身壁板的数字化柔性装配工装技术

数字化柔性装配工装分为；静态模块和动态模块。针对本文机身壁板零件的装配，其静态模块是装配型架的基础框架，其是数字化装配平台的基础，所有动态模块都将建立在其之上。其动态模块包含两部分：机械随动定位装置、内型卡板及和蒙皮挡件。内型卡板与工装静态模块用螺栓连接，其功能是定位蒙皮，保证蒙皮的外型准确度；机械随动定位装置与工装静态横块用螺栓连接，其功能是实现长桁的定位，配合光学测量与设差补偿系统保证长桁与蒙皮的装配准确度。在装配不同类形的壁板零件时，则要动态摸块的调整或更换。

在进行飞机零件装配时，首先组建数字位柔性装配的平台，将动态模块与静态模块通过可调转接器进行连接。将内型卡板与蒙皮挡件安装到工装的静态框架上，再将机械随动定位装置安装到工装的静态框架上，这样数字化装配定位平台就搭建起来了。然后进行零件的装配，蒙皮靠内型卡板实现定位，机械随动定位装置的末端执行器夹持长桁，数字化装配控制模块控制定位装置实现长桁的移动。

参考文献

[1] 吴伟仁.军工制造业数字化【M】.北京：原子能出版社，2005：9-10。