飛機(jī)蒙皮柔性檢測工裝的應(yīng)用

1、飛機(jī)蒙皮柔性檢測工裝的應(yīng)用隨著國內(nèi)外航空技術(shù)的不斷發(fā)展，各種軍用和民用飛機(jī)更新速度加快，為提高飛機(jī)的氣動性能，對蒙皮件的成形質(zhì)量提出了很高的要求。由于飛機(jī)蒙皮件普遍具有多品種、小批量以及單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，零件檢測、配套的工裝生產(chǎn)以及產(chǎn)品的快速響應(yīng)與降低零件制造成本等因素構(gòu)成了巨大的矛盾。以模線、樣板、表面樣件、正反模型等模擬量為制造依據(jù)的傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方式不再完全滿足現(xiàn)代飛機(jī)高精度、低成本、短周期的研制需求，以數(shù)字量為制造依據(jù)的協(xié)調(diào)方式逐漸成為現(xiàn)代飛機(jī)研制的主流。在此情況下，柔性快速檢測技術(shù)開始在飛機(jī)研制過程中廣泛應(yīng)用，并成為現(xiàn)代飛機(jī)研制過程中不可缺少的一環(huán)。由于飛機(jī)蒙皮零件通常是具有自由曲面外形的薄

2、壁殼體，外形尺寸復(fù)雜，剛度低，會在自身重力的作用下發(fā)生變形。在檢驗(yàn)蒙皮零件的外形是否符合理論外形時(shí)，需要設(shè)計(jì)合理的固持裝置，補(bǔ)償零件由于加緊力、自身重力產(chǎn)生的變形，獲得零件在自由狀態(tài)下的外形，為制造協(xié)調(diào)提供依據(jù)。因此迫切需要建立一種新的蒙皮檢測工裝來滿足飛機(jī)零件制造的要求。針對現(xiàn)代飛機(jī)蒙皮零件在試制階段高精度、低成本、短周期的制造需求，需要研究一種數(shù)字化、柔性、低成本、快速生產(chǎn)的檢測工裝，飛機(jī)蒙皮柔性檢測工裝恰好符合這種具有小批量、低成本、高精度要求的飛機(jī)蒙皮件生產(chǎn)的需要1。傳統(tǒng)飛機(jī)蒙皮檢測手段飛機(jī)蒙皮從曲面特征上一般分為單曲度蒙皮和雙曲度蒙皮，曲面特征不同，所以檢測手段也不同2。單曲度蒙皮零

3、件：需要使用樣板或者成套的切面樣板、塞尺、直尺、模胎，以檢驗(yàn)零件的外形與理論外形的符合情況、母線的直線性以及零件的輪廓尺寸。檢驗(yàn)方法是：使樣板對準(zhǔn)蒙皮的橫切面并且測量它們之間的間隙；使直尺和蒙皮縱切面貼合并測量間隙；使蒙皮邊緣對準(zhǔn)模胎或樣板上的切割線。雙曲度蒙皮零件：需要使用模胎、拉型模、檢驗(yàn)架、塞尺來檢驗(yàn)零件外形與理論外形的符合情況以及零件的輪廓尺寸。檢驗(yàn)方法是：把蒙皮放在拉型模上，用輕敲的方法檢查二者之間的貼合情況；把蒙皮裝在檢驗(yàn)架上，測量檢驗(yàn)架中的樣板和蒙皮之間的間隙；使蒙皮邊緣對準(zhǔn)拉型?；驒z驗(yàn)架的切割線。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法是用通用量檢具或?qū)Ｓ脵z具檢測，其特點(diǎn)是用塞尺測量零件或分總成與檢具之

4、間的間隙，比較經(jīng)濟(jì)直觀，但其存在精度低、長時(shí)間使用易磨損、檢測時(shí)間長和耗費(fèi)人力的致命缺點(diǎn)，而且每一件蒙皮零件都需要制造一套檢驗(yàn)?zāi)＞?，?shù)量巨大，成本也較高，無法滿足現(xiàn)代化飛機(jī)生產(chǎn)的需要。柔性檢測工裝特點(diǎn)及組成1 柔性工裝特點(diǎn)柔性檢測工裝的作用是在產(chǎn)品加工以及檢測過程中保持零件的相對位置，從而保證最終產(chǎn)品技術(shù)要求中的位置精度。柔性檢測工裝不僅具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、組合化等當(dāng)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，又符合節(jié)約資源的原則，更適合綠色制造的環(huán)境保護(hù)原理。有學(xué)者在薄板測量方面做了不少研究3-4, 但是對于飛機(jī)蒙皮零件柔性檢測及工裝方面研究卻很少。飛機(jī)蒙皮零件采用柔性檢測工裝，是指用同一檢測工裝系統(tǒng)完成形狀尺寸不同

5、的多種蒙皮零件的檢測裝備。無論是對尺寸系列，形狀相似，還是尺寸、形狀完全不同的工件，柔性檢測工裝都能正確、可靠、快速地定位檢測。飛機(jī)蒙皮零件普遍具有2個(gè)特點(diǎn)：（1）形狀復(fù)雜、不規(guī)則，因此定位、支承、固持都比較麻煩；（2）剛性較差、易變形、易引入附加誤差，在這種情況下使用柔性檢測工裝極為重要。飛機(jī)蒙皮零件所使用的柔性檢測工裝要克服傳統(tǒng)工裝交貨期長，缺乏靈活性，單件成本大，更改費(fèi)用高，儲存費(fèi)用大等缺點(diǎn)。所以柔性檢測工裝必須具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）組裝快速；（2）修改定位方便；（3）可以重復(fù)使用，降低成本；（4）占地面積小；（5）對于標(biāo)準(zhǔn)模塊化的零件，可以用計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)，縮短制造周期。2 柔性檢測工裝的

6、系統(tǒng)組成基于柔性檢測工裝的特點(diǎn)，它由基礎(chǔ)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、固定系統(tǒng)及調(diào)整系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)組成如圖1所示。（1）基礎(chǔ)系統(tǒng)?；A(chǔ)系統(tǒng)主要是檢測工裝的一個(gè)平臺，要求強(qiáng)度好、重量輕、穩(wěn)定性好。（2）定位系統(tǒng)。定位系統(tǒng)不但包括整個(gè)檢測工裝自身的精度定位，而且還包括檢測卡板的定位，以及零件與卡板的定位。所以定位系統(tǒng)應(yīng)該由一個(gè)統(tǒng)一的定位坐標(biāo)作為檢測工裝、檢測卡板以及零件的定位基準(zhǔn)。（3）固定系統(tǒng)。固定系統(tǒng)不但包括檢測卡板在柔性工裝上的固定，也包含了零件的固定，以保證零件在檢測過程中不會移動，并保證檢測的穩(wěn)定性。（4）調(diào)整系統(tǒng)。檢測工裝為柔性，其調(diào)整件非常重要，調(diào)整件需有單向、雙向、三向以及回轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)件

7、，保證在整個(gè)支架的任意位置都能調(diào)整到。同時(shí)調(diào)整精度高，連接、拆卸方便快速。柔性檢測工裝的4個(gè)組成系統(tǒng)缺一不可，同時(shí)4個(gè)系統(tǒng)又在同一個(gè)平臺上協(xié)調(diào)工作。飛機(jī)蒙皮柔性檢測工裝的工作原理根據(jù)柔性工裝以及飛機(jī)蒙皮零件自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種便于檢測蒙皮類零件的柔性檢測工裝，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。本工裝適用于檢測在工裝工作臺尺寸范圍內(nèi)的飛機(jī)蒙皮零件，只需根據(jù)不同零件更換相應(yīng)的檢測卡板，即可方便地對蒙皮零件進(jìn)行檢測。1 定位方式柔性檢測工裝的定位包含3種：工裝自身的定位、工裝與檢測卡板的定位、以及被檢測零件與檢測卡板的定位。工裝的基礎(chǔ)支撐部分是安裝檢測卡板和零件定位的坐標(biāo)平臺，在支撐架平面上設(shè)置3個(gè)檢測及定位基準(zhǔn)

8、孔，通過基準(zhǔn)孔可以校準(zhǔn)并設(shè)置工作平臺的平面度和檢測卡板的定位標(biāo)尺。這3個(gè)基準(zhǔn)孔也是檢測卡板安裝和零件放置的基礎(chǔ)坐標(biāo)。檢測卡板安裝在支撐架平面上的導(dǎo)軌面上，通過工裝上的標(biāo)尺來定位檢測卡板的準(zhǔn)確位置。蒙皮零件與檢測卡板之間的定位關(guān)系到零件是否能準(zhǔn)確地放置在柔性檢測工裝上進(jìn)行檢測。為此可以在檢測卡板上開23個(gè)定位孔，與蒙皮零件上的工藝定位孔統(tǒng)一，通過定位銷可以將零件準(zhǔn)確地定位到柔性檢測工裝上。整個(gè)工裝系統(tǒng)的3個(gè)定位關(guān)系最后統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)零件的準(zhǔn)確定位和檢測。2 檢測卡板設(shè)計(jì)作為柔性檢測托架使用的檢測卡板是與檢測零件一一對應(yīng)的，每個(gè)蒙皮零件都有與之對應(yīng)的檢測卡板，這樣才能實(shí)現(xiàn)零件的準(zhǔn)確檢

9、測。設(shè)計(jì)卡板時(shí)，首先將飛機(jī)蒙皮零件的理論外形及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)鏈接到一個(gè)新的工裝零件文件并建立卡板參考面，然后參考卡板快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)5。其主要設(shè)計(jì)步驟如下。（1）卡板類型選取。在機(jī)身卡板、機(jī)翼卡板、平尾卡板和垂尾卡板4種類型中選取一種類型，根據(jù)該選擇判斷設(shè)計(jì)的卡板是否對稱。（2）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)選取。依據(jù)柔性檢測工裝的工作范圍和平臺基準(zhǔn)設(shè)定檢測卡板的位置和數(shù)量，在工裝的工作坐標(biāo)系下設(shè)定卡板的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。（3）計(jì)算卡板外輪廓線。輸入卡板偏置寬度，計(jì)算出飛機(jī)蒙皮理論外形和卡板參考面的交線，并根據(jù)寬度計(jì)算出該交線在卡板參考面上的偏置線，選取正確的偏置方向，生成外輪廓線。（4）構(gòu)建封閉草圖。將卡板外輪廓線加入草圖

10、，卡板外輪廓曲線與卡板端頭外側(cè)的直輪廓線（或其延長線）相交，使它們互為邊界進(jìn)行剪切，在不同的剪切情況之間進(jìn)行切換，直至剪切準(zhǔn)確無誤。（5）卡板草圖拉伸。沿垂直卡板參考面的方向拉伸卡板草圖，拉伸距離（即卡板厚度）由用戶輸入，拉伸的方向由用戶判斷選取。（6）飛機(jī)理論外形剪切拉伸實(shí)體。對2片拉伸后的實(shí)體用飛機(jī)蒙皮理論外形進(jìn)行剪切，剪切后形成拉板的最終實(shí)體。（7）修剪卡板的安裝面。根據(jù)柔性檢測工裝工作區(qū)域，在保證零件不超出檢測平臺范圍的前提下，對檢測卡板進(jìn)行修剪，并在卡板的2個(gè)端部設(shè)計(jì)工裝的固定孔位。按照以上方法，依據(jù)用戶的檢測需求設(shè)計(jì)其余檢測卡板，標(biāo)定卡板編號以及每個(gè)卡板在工作坐標(biāo)系下安裝的標(biāo)尺數(shù)據(jù)。3 被檢測蒙皮零件的固定由于飛機(jī)蒙皮零件形狀復(fù)雜、厚度小、剛度差，離開成形模胎后變形比較大，所以在蒙皮零件無模胎狀態(tài)的檢測過程中，必須給零件一定的貼合力并將其固定，這樣才符合實(shí)際的生產(chǎn)和檢測狀態(tài)。為了模擬傳統(tǒng)蒙皮零件檢測中的沙袋，并且保證受力均勻可控，采用真空吸附系統(tǒng)對蒙皮零件進(jìn)行固定。真空吸附系統(tǒng)是目前比較成熟的技術(shù)，很多學(xué)者對