飞机结构中柔性件装配偏差分析与控制研究进展

飞机柔性结构的装配偏差分析与控制一直是飞机装配中的难点,随着复合材料在飞机结构中的广泛应用,这一问题越发明显。采用预浸料固化工艺的复合材料零件具有制造偏差大、非主应力方向在装配过程中容易损伤等特点,对柔性件装配中的偏差分析和控制提出了更高的要求。如何合理地进行容差分配、工艺补偿、过约束装配以满足装配后的性能要求,是目前困扰复合材料柔性件装配的一大难题。基于此,阐述和总结了国内外对于飞机结构中柔性件装配偏差分析与控制的研究进展,为飞机柔性件装配提供参考。     

基于盒式连接和六足机构的翼盒水平装配可重构柔性夹具设计与验证初探

本文基于盒式连接和六足定位技术,提出并设计了一种面向未来翼盒水平装配的可重构柔性夹具的实现方案.首先采用CATIA建立了缩微型柔性装配夹具(工装)的三维模型.其次,对该夹具主要部件的强度,装配过程中的主要运动及安装中的测量工作进行了分析,初步验证了翼盒水平装配柔性夹具设计方案的可行性,为真实尺寸的夹具设计和验证提供了参...     

基于并联装配模型的飞机壁板件装配偏差分析

飞机是一种对气动外形准确度要求很高的机械产品,壁板件作为飞机机身的主要部件,其装配质量将会影响飞机的装配质量及性能.目前,对壁板件的装配偏差分析主要还是按照传统的柔性件装配偏差模型进行,而没有针对壁板件的装配工艺特点进行建模分析,这势必会造成分析偏离实际装配情况,导致结果精度不高.本文针对壁板件装配工艺特点提出一种并联装配模型,在小变形、线弹性假设下对其进行装配偏差分析,建立并联装配偏差模型,在此基础上,按照壁板件装配顺序建立壁板件装配偏差模型,为壁板件装配偏差分析及预测提供理论和技术手段.并以具体案例模型分别对所提出的并联装配偏差模型及壁板件装配偏差模型进行了求解及仿真装配验证.     

基于蒙皮内形定位的飞机壁板柔性装配系统

针对飞机壁板数字化、柔性化制造需求,提出一种基于蒙皮内形定位的飞机壁板柔性装配方法,通过有限元参数化建模,应用蒙皮支撑点寻优算法,实现卡板布局优化设计。根据壁板组件各零件的定位要求,详细设计了壁板柔性装配系统中长桁、蒙皮、角片的柔性定位方式,开发了基于EtherCAT总线的分布式网络控制系统用于完成整个壁板的装配。本系统实现了在一套柔性装配系统上完成4块壁板的装配,改变了传统固定式工装设计思维,对飞机壁板柔性装配技术的发展具有重要意义。     

基于ELM的飞机数字化装配定位运动模型

针对飞机装配中开敞性较差环境下的串联装配机构半闭环定位运动控制问题进行研究,提出了基于极限学习机(EML)算法的飞机数字化装配定位运动模型。通过分析飞机数字化装配串联定位机构的运动学模型特点及性能要求,提出了飞机数字化装配定位运动的单隐含层前馈神经网络模型,并基于极限学习机提出了装配定位运动的数据辨识模型,且最后给出了基于极限学习机算法的定位运动离线辨识方法。通过将某大型飞机机身壁板柔性预定位工装作为试验平台进行验证,结果表明,获得的定位运动模型使直接装配定位精度达到±0.25 mm,满足某大型飞机机身壁板长桁的装配定位精度要求±0.50 mm。试验系统涉及的若干关键技术已应用于某大型飞机的壁板组件装配预定位柔性工装系统。     

耦合几何与材料误差的柔性装配偏差统计分析

飞机结构中包含大量的弱刚性柔性零件,柔性零件在装配中的受力变形,是影响飞机尺寸质量的重要因素。针对仅考虑零件几何误差进行装配偏差建模的不足,结合一阶摄动理论和有限元方法,提出了耦合柔性零件几何和材料误差的装配偏差统计分析(SVA_GM)方法。该方法运用影响系数法建立零件几何、弹性模量和泊松比误差与装配偏差的关系,在此基础上利用泰勒公式推导了装配偏差的均值和协方差方程。结合薄板、某飞机平尾前缘组件两个装配实例,将该方法与基于ANSYS的有限元装配过程仿真法进行了实验对比。结果表明,两种方法计算得到的装配偏差均值和标准差非常吻合,但在计算时间上前者只用了30s,而后者用了250min,前者算法效率远高于后者。实验还表明材料误差对装配偏差具有明显影响,其中弹性模量的影响大于泊松比,与仅考虑几何误差的装配偏差分析方法相比,该方法对装配偏差的预测更加真实准确。     

基于改进雅克比–旋量模型的航空发动机转子–叶片结构装配精度分析

转子–叶片是航空发动机的核心部件,具有装配结构复杂、装配难度大等特点,在高温高压条件下,转子–叶片装配误差被催化放大,容易导致疲劳裂纹等故障,严重影响整机安全性和可靠性。针对转子–叶片结构,传统的装配偏差分析方法常采用多特征并联结构中的一条支链作为单一主链来建立偏差传递模型,难以综合考虑转子–叶片复杂定位结构和局部并联关系。本文提出了基于改进的雅可比–旋量（Jacobian–Torsor,J–T）模型的转子–叶片装配偏差分析方法。首先分析了转子–叶片多级回转结构、止口定位结构和榫头榫槽结构,建立了考虑转子–叶片多特征局部并联关系的整机装配尺寸链;然后采用不完全定位策略将转子–叶片装配结合面表达为基于点接触形式的偏差旋量,建立了基于定位点系统的转子–叶片联合定位基准方案;最后提出转子–叶片装配精度指标及基于改进的雅克比–旋量模型的求解方法。以某航空发动机转子–叶片的径向、轴向和周向装配偏差分析为例,将传统雅克比–旋量模型、基于蒙特卡洛法的仿真模型、改进雅克比–旋量模型及实测结果进行了对比分析。结果表明,本文方法相较其他方法预测精度更高,与实测结果误差率不超过9%,提出了榫头榫槽更合理的装...     

飞机框式部件柔性装配型架的研究

飞机框式部件柔性装配是实现飞机柔性装配的关键性技术之一,是数字化技术贯穿于飞机装配的全过程。通过对飞机框式部件的工艺及装配型架制造过程的分析,结合飞机数字化制造技术和自动化技术,提出了飞机框式部件柔性装配型架的设计方法。利用孔定位的方式,确定了飞机框上零件的定位分布位置及柔性布局,为飞机框式部件装配提供了柔性化、自动化和敏捷化的制造思路。     

基于改进蚁群算法的薄壁件柔性工装布局优化

为解决薄壁件刚性差,在制造过程中易因工装夹紧力产生弹性变形等问题,提出了一种基于改进蚁群算法的薄壁件柔性工装布局优化方法,对薄壁件的柔性工装进行了布局优化。该方法通过有限元分析与蚁群/遗传混合算法相结合的方法进行了工装定位/支承阵列的布局优化。实例验证表明,采用改进遗传蚁群算法对工装布局进行优化,可使柔性工装系统中定位/支承阵列布局的拓扑形态和分布密度处于最优状态,使薄壁件最大变形量缩小47%。     

飞机薄壁组件数字化柔性装配研究

通过对飞机装配、飞机数字化柔性装配的分析,提出了飞机薄壁组件数字化柔性装配方法.结合国内外飞机数字化柔性装配的现状,着重对飞机薄壁组件的钣金蒙皮曲面上点的6个自由度定位以及数字化柔性装配系统的算法进行了分析和论证,为飞机薄壁组件数字化柔性装配提供一条敏捷化、精益化的生产思路.     

大型壁板自动钻铆定位误差分析与优化

在机翼大型壁板自动钻铆工艺中,由于定位误差较大,壁板实际位姿和理论数模位姿之间难以建立精确的映射关系,而现有补偿工艺流程复杂,导致装配效率较低。着眼于工装设计补偿,针对大型壁板自动钻铆定位误差控制问题展开定位误差溯源分析和定位点布局优化。首先,根据自动钻铆工艺流程进行定位误差溯源,分析其误差的来源及传递机理;其次,将定位误差分为刚性误差和柔性误差两部分,采用Monte-Carlo法模拟刚性定位误差的分布,通过齐次坐标变换分析刚性误差的传递过程,利用有限元虚拟仿真计算关键特征点的柔性变形误差;再次,集成刚性误差与柔性误差,基于统计学思想讨论特定置信度下的定位误差分布规律;然后,基于脚本语言开发Abaqus参数化模型,通过Isight进行后台调用及赋值规划,实现基于带精英策略的非支配解排序遗传算法(NSGA-II)的定位点布局多目标优化;最后,以某型飞机机翼上侧壁板的一号组件为实例,验证了该方法的可行性。     

基于力位协同控制的大飞机机身壁板装配调姿方法

为校正中机身壁板由于重力和调姿内力产生的变形，提高中机身壁板装配调姿精度，提出了一种基于力位协同控制的装配调姿方法。通过将调姿机构等效为并联机构，推导了调姿机构的解析正反解模型；根据螺旋理论，建立了力传感器测量值与重力、调姿内力之间的映射关系，实现重力补偿值的动态计算，基于局部刚体-弹性连接假设，通过多元线性回归方法构建了调姿内力转化为位置补偿量的模型；根据Clamped-Free变形协调原理，简化了定位器调姿内力之间的协调关系，在此基础上提出了重力前馈补偿和调姿内力转化为位置补偿的力位协同控制策略，并对其进行了理论分析与设计。最后，对所提出的控制策略进行了仿真分析，结果表明采用力位协同控制方法，调姿定位精度提高35.3%，调姿内力降低77.8%，通过应用实验，说明了该方法的可行性和有效性。     

An optimal method of posture adjustment in aircraft fuselage joining assembly with engineering constraints

Posture of an aircraft fuselage can be evaluated based on the coordinate values of measure points fixed on the aircraft fuselage in aircraft final assembly. Posture adjustment is carried out by rotation and translation of the aircraft fuselage to make sure that the actual coordinate values of the measure points are coincided with the theoretical ones read from the computer aided design(CAD) model. The point registration method of posture adjustment without considering engineering constraints may cause out-of-tolerance for some engineering constraints. Hence, engineering constraints such as plane symmetry of two points, as well as coplanar and collinear of the multipoint should be considered in the new optimal method of posture adjustment in aircraft fuselage joining assembly. Based on the point registration model, a multi-objective optimization model of posture adjustment considering engineering constraints including collinear, coplanar, and symmetry constraints is established and represented by a uniform vector function. The weights of constraint conditions can be set freely in the optimization model to reflect the importance of the corresponding constraints in aircraft fuselage joining assembly. The rotation and translation parameters of posture adjustment are obtained by the proposed multi-objective optimization algorithm based on the Gauss-Newton method. Results of an example of aircraft fuselage joining assembly show that constraint errors of posture adjustment obtained by the multi-objective optimization model are not out of tolerance for design constraint errors and satisfy the requirement of aircraft fuselage joining assembly.     

Collaborative force and shape control for large composite fuselage panels assembly

This study proposed a force and shape collaborative control method that combined method of influence coefficients(MIC) and the elitist nondominated sorting genetic algorithm(NSGA-II) to reduce the shape deviation caused by manufacturing errors, gravity deformation,and fixturing errors and improve the shape accuracy of the assembled large composite fuselage panel. This study used a multi-point flexible assembly system driven by hexapod parallel robots. The proposed method simultaneously considers...     

机身骨架装配柔性工装设计

为解决当前飞机机身装配工装效率低、定位精度不高、通用性差等问题,根据飞机机身结构,分析其装配需求,采用模块化设计思想,研制了面向机身骨架的"龙门式"柔性装配工装。该套柔性工装能够适应截面直径尺寸小于3m、机身筒段长度3~5m的产品,通过伺服电机驱动、手工调整以及更换特殊定位器等来实现对新类型机身的定位。工装操作简单、适应性强,能够以较低的成本提供较大的柔性。     

柔性工装及自动化装配设备在大型飞机装配中的运用

大型飞机的大尺寸、高要求的特点为其装配过程带来了不少的困难，国外大型飞机装配多采用柔性装配工装与自动化装配设备完成其装配过程。本文分析了国外大型飞机装配中所运用的先进技术手段与国内飞机制造业的现有基础，并为国内大型飞机的装配提出切实可行的建议。     

基于扩展Petri网的飞机装配系统设备调度方法

针对飞机装配过程中设备调度的复杂性,提出了基于扩展Petri网构建设备调度模型的新方法。结合飞机装配的实际特点,论述了模型定义过程和建立方法。该模型以面向对象Petri网表达飞机装配过程,以赋时Petri网将装配过程与辅助设备相关联,利用混合算法以时间和设备利用率为目标对模型进行优化求解。以某模型飞机中机身装配过程为例,应用该方法进行建模并求解,实例应用与分析表明该方法对实际装配设备调度具有较大的指导意义。     

模块化柔性钣金零件切割夹具设计

通过对模块化柔性工装现状和钣金零件的工艺分析,结合钣金零件曲面复杂、易变形等特点,提出了一种用于钣金零件切割用的柔性夹具。利用一种具有定位功能随动负压吸盘的点阵分布,对钣金零件在标准夹具上进行6点定位和超6点定位。同时对柔性标准夹具进行模块化组合,满足不同尺寸钣金零件的装夹要求,解决了飞机和汽车生产中钣金零件制造的瓶颈。