探究飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

飞机薄壁杆柔性工装技术０引言随着航空制造技术的飞速发展，在现代飞机设计中，整体机加铝合金薄璧零件的应用越来越广泛，从框、梁、地板到壁板都大量采用整体机加薄璧结构。

整体机加薄璧零件有许多优势，它既可以减轻结构的重量，提高飞机的有效载重，同时也可以增强结构强度，减少连接件数量，提高飞机的疲劳寿命，提高飞机的承载重量，极大地满足现代飞机设计的要求。

但是超长薄壁结构件由于其结构刚度低，加工工艺性差，在切削力、切削热、装夹力作用下易发生加工变形、切削振颤等现象，很难保证加工精度和表面质量的要求，是飞机研制中普遍存在的难题。

关于大型薄壁件加工变形问题，国内研究人员也进行了大量的探索提出了一些实用的方法，但理论研究工作与国外发达国家相比还存在较大差距，到目前为止对大型薄壁零件的加工仍缺乏十分有效的方法，特别是在以飞机蒙皮为代表的大型薄壁曲面零件加工方面，生产厂家一般采用“先加工后成形工艺”，但该方法存在以下严重问题。

经过成形工序后原先加工好的零件周边轮廓和窗孔部位将产生很大变形，使后续总装工序必须通过人工修整才能完成各零件的装配，这种通过人工修整进行总装的方法，不仅效率低而且更为严重的是难以保证精度，往往造成各零件结合部之间的间隙不均匀，对飞行器的气动性能和隐身性能均造成很大影响。

新发展起来的“先成形后加工工艺”为解决传统的“先加工后成形工艺”存在的问题开辟了新的途径。

但是实施这一新工艺时碰到一大难题成形后的半成品为刚度极差的弹性薄壁件且其表面轮廓为自由曲面，传统的针对刚性体的六点定位原理不适用于这类弹性体曲面零件，无法根据现有理论设计制造相应的工艺装备。

由此严重影响机械加工的正常进行，目前解决此问题的技术途径主要有两条：１刚性途径。

弹性体曲面刚性定位技术按此得到的工装定位，支承曲面不具有可变性，因此一种工装只能用于一种零件，这将大幅度降低制造柔性和效率，同时也涉及大量刚性工装的存放，维护，管理等问题。

２柔性途径。

飞机柔性装配工装设计分析摘要柔性装配工装技术在国外飞机的设计和制造中得到了广泛的应用。

近年来，已引起国内飞机研究人员的注意。

柔性化装配工装技术可以适应装配环境的变化，具有多种定位功能。

基于此，本文对飞机柔性装配设计流程进行了详细的分析，以供参考。

关键词飞机；柔性；装配工装设计前言近年来，国内也开始重视飞机柔性装配工装设计工艺研究，并且设计了大量的飞机柔性装配工装，举些例子，如：行列吸盘式壁板柔性装配工装、壁板组件预装配柔性工装、数控柔性多点装配型架、大部件对接柔性装配工装等等，这些装配工装工艺具有相通点，即：利用定位单元、夹紧单元、柔性骨架单元、锁紧单元等，进行了相应的定位执行末端设计。

1 飞机工装设计制造的特点第一，受到模拟量传递研制方法应用的影响，导致其工装与自身之间、与零部件之间的协调性要求较多，且关系比较复杂。

第二，飞机零组件需要多种工装进行实现，同时不同工装用于不同的制造工序，对此飞机工装的种类较多，数量大且研制的时间较长。

第三，工装决定着飞机制造的质量，对此对于飞机工装的质量、精度要求等要高于零组件质量。

第四，工装与其飞机制造效率的提高有着直接的关系[1]。

2 飞机工装设计制造技术2.1 工装柔性化柔性装配技术，是国外一些大型航空企业常应用的技术，其不仅缩短生产周期，同时也降低了飞机工装制造的成本。

柔性装配工装是以产品数字量尺寸协调体系模块为基础，从而实现其自动重组，直接规避了产品设计制造中，由于指定装配型架应用而带来的经济负担。

2.2 工装数字化工装数字化，包含工装数字化设计，工装数字化制造以及工装数字化检测几方面内容；第一，工装数字化设计，是借助三维数字化环境，实现结构零组件、预装配设计的数字化。

第二，工装模型的数字化设计，借助数字化制造，实现主要特征型面等的数字化加工装配。

第三，工装数字化检测，借助数字化检测设备，实现设计制造工装过程的数字化检验。

2.3 工装研制速度针对工装研制速度的研究，有利于我国飞机工装研制发展瓶颈的突破，要想保证其快速设计、快速制造，需要加强建立各种快速设计的数据库，实现工装设计效率的分析。

浅谈飞机柔性装配技术【摘要】本文结合国内现阶段飞机生产装配情况，并与国外先进装配工艺进行比较，探讨了飞机数字化生产阶段采用柔性装配技术的优势与发展前景。

【关键词】数字化；柔性化装配；技术0 背景飞机装配是将大量零件按图纸进行定位与连接的过程，是飞机制造的重要环节之一，其工作量约占整个飞机制造劳动工作量的一半左右。

在传统的飞机装配过程中，需要用特定的工装型架来保证装配精度，由于飞机气动外形的差异，导致型架是唯一的。

伴随用户需求的不断变化与丰富，飞机装配生产线也将越来越“丰富”。

传统的“硬性”装配生产线在未来将受到挑战，这种“一对一”的装配模式，其配套专用型架的设计、生产和调试周期很长，且体积大、成本高、占地面积大，不利于产品的研制与快速布局生产。

随着近年来飞机设计行业内数字化、信息化的推进，越来越多的零件将抛开传统的基于模线样板的模拟量传递走向数字化信息传递之路。

而采用传统的型架进行人工装配的方式，自动化和柔性化水平低，已无法满足精确化制造装配的要求。

1 国内外研究现状飞机的数字化装配技术于20世纪90年代在欧美等航空制造业发达国家开始使用，柔性装配技术是近几年才逐渐在航空制造业开始研究和部分应用于生产。

国外飞机制造技术表明，采用柔性能够装配是缩短生产周期，降低生产成本的有效措施。

它能克服传统飞机制造业模线-样板法在模拟量协调体系下需要大量实物工装且应用单一，制造周期长，费用高，厂房利用率低等缺点，它通过与柔性工装、自动化制孔设备、数控钻铆或自动铆接等设备的集成可组成自动化，数字化的柔性装配系统，能明显缩短装配周期，提高和稳定装配质量。

据悉，在装配中使用了体现柔性工装特点的龙门钻削系统技术的X-35战机，其制造周期缩短了三分之二，工装由350件减少至19件，制造成本降低了一半。

其采用的激光定位，电磁驱动能实现精密制孔，不仅能降低钻孔出错率，而且大大降低了工具和工装。

目前，北航与沈飞合作，在国内研制出首个针对壁板类组件的柔性装配工艺装备—数控柔性多点装配型架。

设备研制EQUIPMENT DEVELOPMENT[摘要] 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。

关键词：机身部件　柔性工装　柔性装配生产线[ABSTRACT] The system of digital flexible as-sembly tooling to the fuselage for requirement of fl exible assembly of next-generation aircraft is designed based on fl exible tooling. By studying on digital fl exible assembly tooling and its related technologies, mechanical system of the fl exible tooling is designed, multi-axis motion control system for tooling based on fi eld bus technology is estab-lished, and fl exible tooling system specifi c to the generat-ing software of assembly data is developed. By the design of digital fl exible assembly tooling for aircraft fuselage, it has important practical signifi cance that promotes applica-tion of fl exible assembly tooling, to build fl exible assem-bly line and achieve full digital assembly which lays the foundation for next-generation aircraft.Keywords: Fuselage Flexible tooling Flexible as-sembly product line飞机部件装配过程是将大量的飞机零件按照数模、相关技术要求等进行组合、连接，实现从零件到组件，再到段件，最终形成部件的过程[1]。

飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术摘要：我国的综合国力不断上升，带动了航天事业的发展。

然而，在其中使用的大型薄壁件制造技术是许多国家的航天工业人员以及相关行业技术人员一直在研究的问题。

现阶段我国研究出来能够将绿色理念与飞机蒙皮数字化精确制造相结合的制造系统，并且这种制造系统具有质量高、效率高的特点，可以取代带有传统性质的铣工艺，大大的提高了生产效率。

关键词：飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术前言：传统工艺随着时代的发展而变化，现已出现的新型高效绿色制造系统可以弥补传统工艺中存在的不足。

在这种方式下，已经成形的蒙皮只需要进行一次装夹，便可以实现粗修、铣凹、切边等一些常见的步骤，有效的减少了传统工艺中会出现的误差，因此大大的提高了制造加工的精度。

由于其中贯穿了绿色的概念，所以这种系统还具有环保的特点，可以减少对环境的污染。

1.刚性技术与柔性技术的区别在实际加工制造过程中，成形后的半成品属于弹性薄壁件，其具有较差的刚度，并且表面轮廓是一种自由曲面，而在运用高效绿色制造系统时，会因为刚性体中使用的传统六点定位原理无法有效应用在此种弹性体曲面零件中，从而导致正常的机械加工环节开展存在一定的干扰。

所以，人们现在开发并使用的刚性途径与柔性途径，对上述的困扰有一定的帮助。

1.1.刚性途径这种途径也被称之为弹性体曲面刚性定位技术，使用该项技术能够保证工装定位或是支撑曲面保持良好的不可变性，所以使用该项技术时，一般是一种工装不能同时使用在多种零件上，因此，加工制造的效率缓慢，并且在制造柔性上也有一定的影响。

此外，对于后续的刚性工装在储存、管理方面还有较高的要求。

1.2.柔性途径它也被称为弹性体曲面柔性定位技术，这种技术是借助调整与控制的方法，在生产工装定位或支撑曲面环节中，是实现动态化生产的过程。

由于是动态化生产，所以在生产效率以及制造柔性等方面比刚性途径占有很大灵活性以及优势。

使用此种技术生产出来的产品具有较高的精度，因为它可以采用信息化的途径，有效校正误差，进而降低误差。

飞机数字化柔性精准装配技术研究及应用2.中航西飞民机与转包项目部西安710089摘要：大型薄壁件是构成机身、机翼外形的主要部件，其厚度一般在（2~3）mm，主要加工形式包括蒙皮成形、铣边和钻孔等加工工艺。

飞机舱门是飞机机身的重要组成部分之一，属于典型的大型薄壁件，飞机上通常设有多种舱门，用以实现载人、载货等用途。

由于传统工艺在加工飞机舱门蒙皮时采用的是托板式刚性夹具，此类工装仅能满足当前舱门蒙皮的夹具工装，而随着航空行业的快速发展，飞机的制造多为中小批量制造，从而导致了我国航空企业生产效率低及资源的严重浪费。

据统计，专用夹具的研制占了整个飞机研发周期的（30~50）%，因此开发可重构的柔性工装系统以适应不同尺寸和不同类型的飞机舱门蒙皮工件的装夹，对于提高飞机研发效率以及节约资源上具有重要的意义。

关键词：飞机；数字化；柔性；装配技术引言飞机产品在制造过程中，其零部件的种类和数量非常多，整机结构复杂，装配耗时且成本高。

同时，构成飞机主体结构的零部件多为钣金件，尺寸较大、质量轻，在装配的过程中容易发生变形。

因此，为保证飞机的装配质量，必须确保待装配零部件的结构外形与安装位置准确，这就需要在装配过程中大量使用专用的装配工艺装备。

装配工艺装备是指飞机产品在由组件、部件装配到总装配的过程中，用以控制其几何参数所用的具有定位功能的专用装备，即产品制造过程中所需的刀具、夹具、模具、量具等工具的总称，在飞机、汽车、轨道机车等制造领域中被广泛应用。

其中，装配型架作为装配工装中的一种重要装配定位夹具，具有独立的定位系统，用于飞机部件、段件、组件等装配单元的定位和夹紧，是飞机装配的重要辅助装置，一般分为骨架、定位件、夹紧件和辅助设备4个部分。

1设备故障预测与健康管理技术特点设备故障预测与健康管理系统本质上是物联网、大数据、人工智能及计算云等新一代信息技术发展的产物，以模型和数据为核心，在对设备运行状态和实际工况感知基础上对设备性能和故障进行实时评估，以预测故障发展趋势，并对设备剩余使用寿命进行估计，最终结合现场资源信息自主提供对应的有效的设备维护保障决策，实现故障快速诊断与恢复，助力先进生产力快速形成，加快产品生产过程。

北京航空航天大学机械工程及自动化学院王亮李东升在当前国内航空制造业大力提倡飞机装配数字化、柔性化的背景下,亟需深入研究飞机数字化装配柔性工装技术,通过建立柔性工装技术体系,以规范和指导国内柔性装配工装的设计制造及应用,从而提高国内飞机装配工装的数字化、柔性化技术水平以及柔性工装的应用规模。

飞机数字化装配柔性工装技术飞机产品结构复杂,零部件数量多,且多数零件为尺寸大、刚性小的钣金件,在装配过程中易发生变形。

为了满足飞机产品最终的装配准确结构开敞性差,不利于先进自动化连接设备和连接技术的应用。

而柔性工装克服了刚性工装的上述缺点,具有数字化、柔性可重复利用的特点,同时结构开敞性好,在产品装配时便于应用各种自动化连接设备。

国外通过广泛应用各种数字化柔性工装,不仅提高了飞机装配效率,同时降低了飞机生产制造成本,实现了现代飞机产品的精确装配、精益制造,大幅度提高了飞机装配水平。

当前,国外在飞机产品的各个装配阶段(组件级、段(部件级、部件王亮北京航空航天大学航空宇航制造工程专业博士毕业,主要研究方向为飞机数字化装配工艺及装备技术,现为北京航空航天大学机械工程及自动化学院机械工程专业博士后。

度要求,在飞机装配过程中采用了大量装配工装。

这不但可保证进入装配的飞机零件、组合件、板件或段件精确定位[1],而且应用工装还可以限制装配过程中的连接变形,使产品满足准确度及互换协调性要求。

此外,应用工装可以改善劳动条件,提高装配效率。

因此,工装在飞机装配过程中占有非常重要的地位。

当前飞机装配中应用的工装主要有两种结构形式:刚性工装和柔性工装[2]。

刚性工装刚性专用,设计制造周期长、存储占地面积大,而且Flexible Tooling Technology System for Aircraft Digital Assembly对接级中[3-10],均已经发展应用了相应的柔性工装。

而国内在飞机装配中应用的工装结构仍主要以传统的刚性、专用形式为主。

Internal Combustion Engine&Parts0引言随着社会经济的不断发展，航空、航天行业也得到了十足的发展，现如今已经成为国家发展的重点行业。

在发展过程中，航空机械设备的实际应用和研发也得到了社会各界的广泛关注。

飞行器大型薄壁件作为飞行机体的重要组成部分，如何通过柔心工装技术进行飞行器大型薄壁件的制造成为当前需要研究的主要重点。

1飞行器大型薄壁件制造工程的发展现状随着我国经济的不断提高，各行各业得到了十足的发展。

航空、航天行业同样如此。

在飞行机械制造中，飞行器大型薄壁件制造作为其中的关键，不论是国外还是国内都予以了足够的重视。

根据国内外的发展现状来看，国外主要是通过误差预测、切削力模型、变形分析等方法保证飞行器大型薄壁件的制造精度。

而国内通过大量的研究也得到了一定的成果。

比如，吉林大学提出了多种不同规格的多点成型设备，并研究出在CAD中计算板材与各冲头接触点的快速算法；北京航空航天大学通过研究完成了调形数据的自动生成。

进而推动了我国飞行器大型薄壁件制造柔心工装技术的发展。

2飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术的发展前景飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术在飞速发展，且逐渐完善。

飞行器大型薄壁件制作柔性工装技术的发展前景及趋势主要有以下几点：淤随着信息技术的不断发展，未来柔性工装技术会向着互动、集成等方向发展，实现工装与机床的互动，进而在减少飞行器大型薄壁件制造成本的同时提高其综合效益。

例如，在飞行器大型薄壁件的制造过程中，通过工装与机床的信息交流，提高刀具运行的稳定性。

在传统的柔性工飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术李志楠;高刚毅（荆楚理工学院，荆门448000）摘要:在飞行器大型薄壁件的制造过程中,柔性工艺技术是极为重要的组成部分,对于飞行器的运行、优化有着极其重要的作用。

本文主要研究了飞行器大型薄壁件制造的柔心工装技术。

关键词:飞行器;大型薄壁件;柔性制造;工艺装备实际生产状况，以及对机械加工产品设计的规定，将许多小模块进行集成和优化，最终得到想要的机械成品不同的种类和规格。

航空制造工程概论报告题目：飞机柔性装配技术学院：机电学院班级：05010703学号：2007姓名：2010年04月27日【摘要】结合我国现阶段飞机装配背景，将国内外装配进行比较，探讨了飞机柔性装配技术的优势与发展前景。

对柔性装配工装，柔性制孔，虚拟装配等进行了分析与研究，报告目前国内外飞机柔性装配技术的现状，以及柔性装配技术在未来飞机制造业中的作用。

关键词：柔性装配技术；柔性装配工装；柔性制孔；虚拟装配。

1 背景飞机装配是飞机制造过程的主要环节。

飞机装配过程就是将大量的飞机零件按图纸、技术要求等进行组合、连接的过程，分为部装(零件→组合件→段件→部件)和总装(各部件→全机身)。

飞机的设计制造难度大，周期长，不仅表现在它的零件数控加工量大，而且表现在它的装配复杂性和难度。

飞机的装配工作量约占整个飞机制造劳动量的40％～50%(一般的机械制造只占20% 左右)。

飞机装配质量和效率取决于飞机机械连接技术，如自动钻铆、干涉连接、高质量紧密制孔、孔挤压强化、电磁铆接等，而装配件准确度受制于装配型架的制造和安装准确度。

迄今为止，装配技术已经历了从手工装配、半机械/ 半自动化装配、机械/自动化装配到柔性装配的发展历程。

飞机柔性装配技术的应用是当前国内外飞机制造业数字化制造的大趋势，能够克服飞机制造模线--样板法在模拟量协调体系下需要大量实物工装且应用单一、制造周期长、费用高等缺点，通过与自动化制孔设备、数控钻铆或自动电磁铆接设备等自动化装备的集成可组成自动化、数字化的柔性装配系统，缩短装配周期，提高和稳定装配质量。

柔性装配技术的范畴很广，涵盖了柔性装配工装、柔性制孔、装配系统、装配（含装配工艺）设计、虚拟装配、装配集成管理、数字化检测、面向柔性装配的设计等技术领域。

2 国内外研究现状目前，国内仍大量采用传统型架进行人工装配，装配的自动化和柔性化水平较低，数字量协调尚未贯穿飞机整个装配过程，面向装配的设计理念还未形成共识。