飞机导管数字化柔性定位装夹技术探讨.pdf

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1、飞机导管数字化柔性定位装夹技术探讨曾德标。胥军，石章虎，王强(航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都610092)【摘要】因飞机导管种类多、数量大、形状复杂，针对传统定位装夹技术无法满足飞机导管精确、高效、敏捷制造需求，探讨了飞机导管数字化柔性定位装夹技术方案。提出了阵列式夹具、被动数字化重构夹具和自主数字化重构夹具3种飞机导管数字化柔性定位装夹技术方案，为实现导管数字化定位、高效精确装夹提供解决方案，达到缩短导管制造装备周期，降低制造成本的目的。关键词：飞机导管；数字化柔性定位；装夹DoI：10．16080／j．issnl671—833x．2017．14

2、．050kl曾德标博士。研究方向为数字化装配技术。在各型号飞机的液压系统、燃油系统和环境控制系统中存在大量的导管，为飞机各系统的正常工作传递动力或输送工作介质，满足飞机正常飞行和执行任务的需求。以某型号战斗机为例，导管种类有200余类，50航空制造技术·2017年第14期数量多达数千项。同时为了适应飞机紧凑复杂的内部结构，导管结构复杂，而且形状各异。然而在切割、焊接、装配等飞机导管制造工艺环节中离不开夹具对导管进行定位装夹，保证导管在加工、装配过程中精确的三维尺寸、外形形状和位置关系。目前国内外主要采用两种方式对导管进行装夹，即专用夹具和组合夹具。专用夹具，即根据

3、导管形状、尺寸定制设计的固定夹具，具有定位精度高、可靠性高等优点，但是设计制造周期长、生产成本高、占用存放面积大，因此多应用于批量化生产。组合夹具由一系列标准元件根据导管形状、尺寸组合而成，相对于专用夹具具有设计制造周期短、可重复利用等优点，目前主要应用于新机研制阶段。无论专用夹具还是组合夹具均需要根据导管形状、尺寸定制设计制造，而飞机导管的数量大，且形状、尺寸各异，因此飞机导管制造需要设计制造大量的夹具，以致导管的生产准备周期长，夹具制造成本高，无法满足飞机导管高效、低成本和敏捷制造需求。如何实现飞机导管高效率、高精度、低成本、敏捷制造一直是导管制造技术关注的重

4、点【1川。许多学者对此开展了研究。毛燕等口1研究了ARJ21飞机导管的数字化设计、弯曲成形和检测技术。陈明生等陋1研究了焊接夹具设计知识重用技术。曲航F1研究了组合夹具在飞机导管焊接中的应用技术。许旭东等僻1研究了飞机导管数字化焊接技术。宁汝新等【91研究了飞机导管在虚拟环境下的数字化装配技术。李光俊等【l州研究了组合夹具在飞机导管数字化制造技术中的应用方案与技术途径。上述研究从不同方面推动了飞机导管制造技术的发展。本文以导管定位装夹为突破点，探讨导管数字化柔性定位装夹技术，提出了阵列式夹具、被动数字化重构夹具和自主数字化重构夹具3种飞机导管数字化柔性定位装夹技术

5、方案，为实现导管数字化定位、高效精确装夹提供解决方案，达到缩短导管制造装备周期，降低制造成本的目的。阵列式数字化柔性定位夹具方案图1为阵列式数字化柔性定位装夹方案示意图。阵列式数字化柔性定位夹具由夹具基座和大量均匀阵列分布的定位器组成。定位器主要由1个支撑杆、1个V形定位块、l台伺服电机和1条导管紧固带组成。V形定位块具有竖直升降、水平滑动和绕支撑杆轴线±90。转动3个自由度。V形定位块竖直升降和水平滑动可以确保导管处于柔性定位夹具工作区域内的任意位置均有若干V形定位块的中心对准导管的轴线。V形定位块±90。转动可以确保定位块适应导管的任意摆放角度。因此导管能够被

6、准确定位(图2)。V形定位块的升降、转动和滑动均通过精确伺服驱动控制。整个柔性定位夹具采用数字控制方式精确控制各个V形定位块的空间位置和角度以适应导管外形。夹具重构流程如下：步骤1：在控制系统的虚拟加工环境中，人工载入待加工导管和管接头的数模，并调整导管和管接头的空间摆放位姿从而确定导管真实加工时的摆放位姿；步骤2：用户通过鼠标在导管上点击确定定位装夹位置；步骤3：系统自动获取鼠标点击位置的坐标，并投影到导管中心线上，然后获取投影点的坐标；步骤4：根据投影点坐标自动计算柔性定位夹具上各个V形定位块的位置和角度；步骤5：依据各个V形定位块的位置和角度生成定位器各个自

7、由度的运动参数指令；步骤6：控制指令传送给伺服驱动模块驱动各个定位器运动到位，从而完成夹具数字化精确重构，实现对v形定f电机支撑杆图1点阵式定位总体方案Fig1Arraypositioningscheme图2定位器功能结构Fig．2Structureofpositioner导管的精确定位。被动数字化重构夹具技术方案被动数字化重构夹具由1个夹具平台和若干导管定位器组成。导管定位器概念图如图3所示。定位器由1个基座、1个竖直转轴、1个水平转轴和1个V形定位夹紧机构组成。竖直转轴具有旋转和竖直伸缩两个自由度。水平转轴只有摆转1个自由度。该自由度通过机械手进行姿态调节。每

8、个转轴都有