舵面类部件柔性装配工装技术研究与应用

文/孔祥雯，航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司

1 引言

目前国内飞机舵面类部件在装配时仍然采用带有大量外形卡板的刚性专用工装进行装配，它是以飞机蒙皮外形为装配基准，保证了飞机的理论外形，但工装结构复杂，开敞性差，装配效率低，专用性强。随着现代飞机设计制造技术的不断发展，新型飞机层出不穷，产品升级换代加快，小批量多品种的市场需求特征越来越明显，传统的飞机舵面类部件装配工装，无论其成本和设计制造周期，都无法满足行业发展的新需求。因此，减小装配难度和工作量，缩短装配时间，提高装配质量，是飞机制造行业正在致力解决的问题，柔性工装可实现快速转产和缩短新品研制周期，成为工装技术发展的趋势。

2 概述

2.1 舵面类柔性装配工装需求分析

单架飞机通常包括多个飞机舵面，其结构形式相似，尺寸变化不大，且左右舵面完全对称。当采用传统工装进行装配时，由于各个舵面定位形式不同，需采用多套工装分别进行定位。在研制阶段及小批量试制阶段，工装生产准备时间长，不能够满足现代飞机快速研制的要求；而在大批量生产阶段，当出现生产瓶颈时，难以快速有效的消解。因此，需要满足研制生产要求的舵面类柔性装配工装：1）能够适应同类飞机中多套舵面的装配定位工作；2）能够实现不同舵面定位形式间的快速转换；3）具有一定的扩展性以满足产品改型及工艺变更的需求。

2.2 柔性装配工装结构特点

传统的固定式装配工装往往只能适应特定的机型,乃至特定的装配对象。其结构形式受到飞机部件的尺寸、结构、定位交点位置等因素的严格限制。主要缺点包括：制造及安装成本较高,周期较长;每套工装用于装配一个部件,并且难以根据产品结构、工艺变化进行调整,柔性极差;在小批量生产及试制过程中,不同部件需采用多套工装,工装利用率低,占地面积大。柔性装配工装在传统装配工装的基础上,多采用刚性静态框架结构与可重构定位组件相结合的形式。根据其结构特点主要包括：多点阵真空吸盘式柔性装配工装川、组合式柔性装配工装、整体底座式柔性装配工装、立柱式柔性装配工装、立框式柔性工装、总装数字化对接平台。常用于飞机舵面类部件装配的柔性装配工装包括：组合式柔性装配工装与立框式柔性装配工装口组合式柔性装配工装通过拆卸变换整个定位器,能够实现装配工装的完全重构,并能够通过重新制作定位器的方法实现新产品的定位,具有较大的有效定位范围和可扩展性,但由于更换定位器较复杂,故定位形式变换时间较长。而立框式柔性装配工装通过数字化测量手段,调整可重构定位器的位置,从而实现不同部件的定位。其定位过程由伺服设备完成,高效准确,能够快速完成定位形式的转换。

2.3 基准的选择及柔性定位方法

飞机舵面类部件柔性装配基准通常以骨架外形作为装配基准，选择产品的定位工艺孔、轴线面以及有协调要求的接头孔为定位基准，如舵肋定位工艺孔、大梁定位工艺孔、舵肋轴线面、大梁腹板面、铰链接头孔等。需要定位的主承力部件均为数控加工件，其加工精度与刚性相对较高。为保证柔性工装的开敞性，采用内定位的装配方式完成对产品零组件的装配工作。对于钣金肋与长桁等弱刚性零件的装配，则以定位准确的工艺长桁与钣金肋连接，从而保证骨架的外形。具体表现在：在产品两端的机加舵肋，分别设置两个三坐标定位单元，定位舵肋定位工艺孔，定位单元末端执行件与产品连接，并具有与产品定位工艺孔一致的坐标定位孔。当产品发生改变时，只需更换定位单元末端执行件，中间各舵肋通过一个三坐标定位单元逐个定位，其末端执行件是一个具有阵列式布置的坐标定位孔系列的舵肋定位板，涵盖所有中间舵肋的定位工艺孔的位置。

3 应用实例

某型号前缘襟舵是飞机机翼上一个典型结构特征的舵面类部件，由内前襟和外前襟组成，左右对称，具有相似的形状及结构。内、外前襟分别包括3个机加肋、11个钣金肋、1根大梁及铰链接头、4根长桁、1个U型蒙皮、1个尾缘条，由铆钉及螺栓将以上零件连接起来。通过对飞机舵面类部件数字化柔性装配工装的研究，设计出了基于内定位装配法的机翼前襟数字化柔性装配工装，它由7个三坐标定位单元及1个机器人组成，利用伺服电机和精密导向机构以及可卸式定位器末端执行件，将4个不同的内、外前襟左右件在一台柔性工装上装配出来。与传统工装相比，单个内前襟装配周期由12天缩短为7.5天，效率提高60%，单个外前襟装配周期由10天缩短为6天，效率提高66.7%，装配型架由原来的4个减少到1个，工装数量减少75%，实现了同一柔性工装对不同产品的适应性。

4 结语

当前飞机制造业小批量多型号的需求对航空企业提出了更高的柔性要求,根据企业实际需求,提高装配柔性是解决该问题的有效手段。本文论述的舵面类部件柔性装配工装研制成功后,在飞机制造过程中将取得如下效果：①明显提高飞机零件的装配准确度;②降低同系列产品40%一50%的工装成本;③使飞机装配周期缩短为原来的2/3,大幅度地改善企业的工装投资短、时间不能收回的局面,加速柔性装配技术的研究与大量应用,推动飞机制造业快速发展。