飞机装配工装：从固定定位向可调定位

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欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 本文就飞机工艺装备从传统的固定定位器技术向自动生产线中可调定位器技术发展的趋势进行了分析，并对两者进行了技术上的对比和研究，提出了采用不同定位器技术的前提条件。 飞机的制造过程是由零件装配成组件，由组件装配成部件，再由部件对接成整机。在飞机装配工艺中，装配工艺装备是保证飞机零组部件定位、安装、铆接的基础。在常规的飞机装配工艺装备上，飞机零组部件是以工艺装备上的基准定位件来定位的，而这些定位元件通常是通过不同的介质固定在工艺装备基体上，把飞机产品作为调整的对象，通过调整飞机产品上的相关几何元素，使之实现与工艺装备上的定位基准重合，以此来找正产品在工艺装备中的正确位置。这样的情况下，工艺装备起到了装配基准的作用。这正所谓以工艺装备为基准定位的飞机装配法。 在如今数字化飞机制造的时代，飞机零部件的装配和对接往往采用了自动化的方式，如自动定位、自动铆接、自动对接等等。在自动化的制造方式中，人们通常借助信息化的测量装置，以产品上设置的目标点为测量对象，直接把产品上的相对位置作为定位基准，加以判断，通过可调整的工艺装备来寻找与产品的相对位置，实现产品间基准的相互正确对位。此时，工艺装备基本上不再起定位基准的作用，而是起辅助支撑和辅助调整的作用。 本文试图就飞机工艺装备从传统的固定定位器技术向自动生产线中可调定位器技术发展的趋势进行了分析、并对两者进行了技术上的对比和研究，提出了采用不同定位器技术的前提条件。 固定定位器 飞机的外形几何特征主要是复杂的曲面体气动外形，基体结构特征主要是由各种形状钣金件组成，刚性差的钣金件参与装配时需要刚性好的工艺装备来支撑和定位，从而一步步形成飞机结构组件和部件。在对刚性差的钣金件或钣金结构组件进行定位时，就要使用到工艺装备上的基准定位器。 在传统飞机装配技术中，为了保证定位器的精度，就要设计有足够结构刚性的工艺装备基体，来固定这些定位器系统。 在对定位器提出基本要求时，要考虑定位部位的合理性，定位方法的可靠性，定位结构的稳定性，定位器结构的简单性，工序间定位的协调性，定位快捷轻便性，定位操作开敞性，等等。 在考虑定位器的安装位置时，要遵循以下原则，飞机几何参数得到有效控制的原则；设计分离面和工艺分离面必须定位的原则；对合交点必须定位的原则；工序间定位部位一致性原则；定位器数量少、结构简单和工作开敞的原则；适当采用过定位的原则等。 根据以上的原则和要求，在常规飞机制造中，工艺装备上定位器分以下几大类。 1） 外形定位器 主要是对飞机气动外形进行定位，而定位器方式与产品结构和制造工艺有关。该类定位器常见的有外形卡板定位器、包络外形定位器、局部型面定位器、对合模拟定位器等。 2） 型材定位器 飞机结构件中有很多样式的型材，在进行零件制造和部组件装配时，为了准确和稳定定位，往往依据型材的截面形状设计出不同的定位器。如角（或T）型材定位器、Z型材定位器、П型材定位器、管型材定位器等。 3） 内型定位器 是相对应定位飞机气动外形的外形定位器而言，是从蒙皮内型定位相关产品的定位器，常见有隔板定位器、长桁定位器、侧向加强定位器、托板定位器等。 4） 接头定位器 用于飞机结构上交点及接头的定位安装。动作形式有固定式、可卸式、折动式、移动式（又分手推拉、齿条操作、螺纹操作）。定位结构形式有叉形接头定位、耳型接头定位、单面接头定位、螺纹接头定位、凹形球面定位等 5） 滑轨滑轮定位器 滑轨滑轮定位器是对飞机上的有轨运动部件安装时的定位。滑轨定位器顾名思义是用来定位滑轨在飞机上的正确位置，有型面滑轨定位器、滚轮滑轨定位器、柱面滑轨定位器等。滑轮定位器顾名思义是用来定位滑轮在飞机上的正确位置。 6） 围框定位器 又称型架平板，常用来定位飞机大部件结构的对接面。动作形式有移动式平板（又有导轨式和导柱式）、转动式平板（又有铰链式和转轴式）、可卸式平板等。 多年来，固定定位器一直在飞机制造工艺装备中扮演着十分重要的角色，正是有了它们，才使得飞机结构中成千上万个零组件各自准确地找到自己的位置，才使得飞机的装配实现协调和互换。 可调定位器 在飞机制造进入数字量传递的时代，IPT（并行工作）使得工程数模包含了部件装配工艺所需各测量点的理论位置和允许公差，或由工程数模设计出工艺数模，飞机装配时，在线测量系统（激光自动跟踪仪、激光雷达、iGPS等）以这些测量点的理论位置和允许公差为基础，跟踪和在线分析产品上对应目标点的实际偏差，加以判断，通过控制系统发出修正与否的指令，相对应的伺服结构根据指令产生动作，通过可调整的工艺装备对装配件的空间位置进行调整，使之逐渐逼近理论位置，直到各检测点的实际位置均在各自的允许公差范围之内，这样就完成了部件的准确定位。 在上面的操作过程中，自动跟踪测量装置和通用伺服驱动装置取代了过去的工装上固定和专用的基准定位器，实现了零组件在装配过程中的自动“理论定位”以及“无传统意义上的型架”的装配制造。 在上述操作过程中，自动跟踪测量装置和通用伺服驱动装置取代了过去的工装上固定和专用的基准定位器的关键点在于装配线上大量地采用了可调定位器。这种定位器没有严格意义上的理论位置和允许公差，它的一切动作依据来自于产品上测量点的反馈信号。反馈信号传递的方式有很多，可以是数据连线传递、可以是数据无线传递、可以是数据数显显示，也可以是人工测量肉眼判断等等。 可调定位器按照不同的情况有很多类别，视不同情况选用不同的方式。 1） 按照自动化程度高低分自动可调定位器、手动可调定位器和双动可调定位器。 2） 按照可调整坐标数有单坐标可调定位器、两坐标可调定位器、三坐标可调定位器和多坐标可调定位器。 3） 按照驱动动力类别分液压驱动可调定位器、步进电机驱动可调定位器。 4） 按照读数方式分刻线法可调定位器和光栅尺可调定位器。 5） 按照与地面的相互关系分固定于地面的可调定位器、可任意活动的可调定位器和沿导轨移动的轨道式可调定位器。 6） 按照主运动方式可分为卧式可调定位器、立式可调定位器和特定角度式可调定位器。 7） 按照控制方式分单机控制可调定位器、多机联动可调定位器。 8） 按照矢量坐标形式分直角坐标式可调定位器、带旋转轴可调定位器。 9） 按照承载大小分轻量式可调定位器、重量式可调定位器。 10） 按照是否折叠情况分折叠式可调定位器和不可折叠式可调定位器。 两者的使用条件和相互关系 固定定位器作为传统工艺装备的核心元件在上世纪的飞机制造工程中起到了镇海神针的作用，随着科技的快速进步，传统的工艺装备被先进的装配工艺装备逐渐取代，传统的固定定位器也逐渐被可调定位器占据其重要地位，但是，可调定位器的应用来源于固定定位器，在新的航空制造技术中，只要工艺装备不退出历史舞台，固定定位器仍然会处处发挥其重要作用。 在飞机制造的不同阶段，选用的工艺装备会有不同的需求。在新机研制阶段，飞机制造主要是对工程设计的正确性进行验证，这时，生产线的稳定和协调准确是第一位的，该阶段的工艺装备主要以固定式工艺装备为主，体现了投入快、产出快的特点，因此，固定定位会在飞机制造中占据重要的地位。而在飞机批量生产阶段，飞机设计中的大量技术问题已经得到解决，生产线上的飞机产品质量相对稳定，飞机的生产速率要求生产线以满足客户对飞机的交付日期的需求为主要目的，这时，更少人为干涉的自动生产线可以考虑应用了，可调定位器得到了大范围的使用。 因此，固定定位器和可调定位器分别在不同的环境中扮演不同的重要性。 结束语 定位器作为一个专题，在新的飞机制造工艺中大有研究之必要，该文权作抛砖引玉之目的，望对此关注的专家们有更进一步的高见。(end)

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