機身壁板對合柔性定位裝置的製作方法

2023-09-20 01:25:05 3

專利名稱：機身壁板對合柔性定位裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於飛機組件數位化柔性裝配技術領域，涉及一種機身壁板對合的定位設備，用於機身壁板對合過程中各部分壁板的夾持、調姿、定位。
背景技術：
隨著數位化技術在飛機製造過程中越來越廣泛的應用，現代飛機製造企業對飛機裝配技術提出了高質量、高效率、高柔性及低成本等要求，飛機裝配過程的柔性化成為當前國內外飛機裝配領域發展的大趨勢。飛機機身壁板類組件具有結構尺寸大、剛度低、製造和裝配精度要求高等特點。目前，在壁板類組件的裝配過程中，仍大量採用剛性型架結構，這種工作方法要求大量的專用·工裝，定位工裝數量大、通用性差，只能應用於特定機型的機身壁板對合，定位過程受人為因素的影響大，製造周期長、生產成本高，不能適應現代飛機製造業低成本、高質量、快響應的要求。壁板類組件的柔性工裝在實際工程應用當中還不是十分廣泛，並且存在一些局限性。專利CN10486143A發明了一種面向飛機壁板類零件裝配的柔性數位化型架裝置，該裝置由型架骨架和十六個移動調形單元組成，通過移動卡板裝配點位置，結合可更換的卡板，可以實現在飛機裝配中一個型架用於多種壁板類零件的裝配；該專利僅僅是針對單一壁板類零件，並未涉及機身整體多個壁板對合的定位與調姿，並且沒有擺脫專用卡板的限制，裝配不同壁板仍需要不同卡板，柔性有限。專利CN101486144A發明了一種適應不同結構部件裝配的柔性工裝，通過定位銷及卡板將裝配部件固定在拼接式裝配型架上，利用驅動迴轉機構轉動裝配型架，當裝配型架轉動到正確位置時氣動夾緊機構對型架進行夾緊、定位，隨後進行下一步操作；該專利提供的裝置具有良好的柔性，然而不適用於機身壁板的定位與調姿，並且沒有定位精度反饋裝置，不易實現高精度定位。
發明內容飛機機身是由若干塊壁板拼接對合而成的典型筒形結構，為了克服現有壁板對合技術工裝數量大、柔性化程度低、通用性較差、製造周期長、生產成本高等不足，本發明以六塊壁板機身對合為例，提供一種機身壁板對合的柔性化定位裝置，對機身壁板對合過程中的各部分壁板實現多自由度姿態調整和定位，支持機身壁板的精確對合，保證機身壁板的高精度、柔性化定位需求。本發明解決其技術問題所採用的技術方案包括包括保型運輸車，下壁板夾具系統，左下、右下壁板夾具系統，內卡板保型架，左上、右上壁板夾具系統，上壁板夾具系統，裝配測量系統和可移動工作型架。根據飛機機身結構特點，對各部分壁板定位的設備採用沿機身航向對稱的布局方式。以機身航向正方向為X軸，垂直地面向上方向為Z軸，Y軸由X軸和Z軸根據笛卡爾坐標系確定。所述保型運輸車是用以運送下壁板到指定位置並保證下壁板外形準確性的設備，共有兩臺，可以沿分布於機身正下方的X嚮導軌運動，包括保型卡板、卡板支架、支座、手輪、車體底座、X嚮導軌。將下壁板置於保型卡板上，運輸車沿X嚮導軌運動至機身框架正下方，旋轉手輪調姿壁板離地高度，將下壁板固定在下壁板夾具系統上，運輸車退出。所述下壁板夾具系統是實現下壁板定位、調姿並將下壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括4個位姿調整單元，位於機身兩側地面預定位置上，每側2個，每個單元的主要部件有工藝球頭、帶有球窩的pogo柱、上底座、X嚮導軌、下底座、驅動電機、Y嚮導軌。所述位姿調姿單元是用以所述工藝球頭為Φ40的球與下壁板定位點相連，該定位點在機身壁板裝配設計時已有所考慮。所述球窩為球面凹槽工藝接頭，球面直徑為Φ40。工藝球頭配合pogo柱端部球面凹槽形成球頭-球窩結構的球面運動副。所述左下、右下壁板夾具系統是實現左下、右下壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括4個位姿調整單元，位於機身兩側的地面預定位置上，每側2個，每個單元的主要部件有三個吸盤式pogo柱、pogo柱底座、上底座、下底座、驅動電機、Y嚮導軌。所述吸盤在定位過程中吸附在壁板定位點上，使壁板與定位單元牢固連接，直至裝配工序完成。
所述內卡板保型架是用以為左上壁板、右上壁板和上壁板提供支撐和保型功能的設備，主要部件有卡板基體、長桁連接角片、地板連接角片、長桁配孔。在下壁板、左下壁板和右下壁板完成定位且地板安裝完成之後，進行內卡板保型架的安裝。所述左上、右上壁板夾具系統是實現左上、右是壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括4個位姿調整單元，位於機身兩側的第二層工作檯預定位置上，每側2個，每個單元的主要部件有Z向立柱、承臂塊、橫臂、真空吸盤、X嚮導軌、下底座、Y嚮導軌、支架。所述橫臂為承力結構，壁板通過端部安裝的真空吸盤吊掛與其上。所述承臂塊為可以完成橫臂沿Y向微調的結構塊。所述上壁板夾具系統是實現上壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括4個位姿調整單元，位於機身兩側第三層工作檯預定位置上，每側2各，每個單元的主要部件有端蓋、Z向立柱、大滑塊、橫臂、工藝球頭、X嚮導軌、Y嚮導軌、上底座、下底座、驅動電機。所述裝配測量系統是進行壁板位置測量，並補償位移偏差的設備，包括6各測量單元，分布於兩側工作檯的第一、二、三層，每層I個，每個單元包括雷射跟蹤儀、底座和Y嚮導軌，具有Y、z兩個方向的自由度。由雷射跟蹤儀測量壁板關鍵特徵點坐標，與理論坐標對t匕，基於空間坐標轉換算法生成調姿與定位方案，通過調整定位單元進行位資調整。所述工作型架共有三層，能實現X、y兩個方向上的運動，每層分布對應於機身壁板的位姿調整單元或雷射跟蹤儀。本發明的有益效果是利用機身壁板對合柔性定位方法及工裝，擺脫了大量專用卡板的使用，具有良好的柔性，定位器夾緊機構能吸附在壁板定位支點表面，實現機身壁板的六自由度、多姿態調整；分布於一、二、三層工作檯的雷射跟蹤儀實時反饋裝配信息，大大提高裝配精度；採用吸附式定位機構固定機身壁板，裝卸簡單，減少了手工操作，提高了裝配效率；本發明還有良好的通用性，能夠適應不同尺寸的機身壁板結構的對合過程，滿足多種機型機身壁板的對合需求。
以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖I是機身壁板對合柔性定位系統總體布局示意圖(右半側)；圖2是機身壁板對合柔性定位系統正視圖(右半側)；圖3是下壁板保型運輸車結構示意圖；圖4是下壁板定位器結構示意圖；圖5是左下壁板和右下壁板定位器結構示意圖；圖6是內卡板定位器結構示意圖；圖7是左上壁板和右上壁板定位器結構示意圖；圖8是上壁板定位器結構示意圖；圖9是裝配測量系統。圖中標號名稱，I-下壁板保型運輸車；2_下壁板夾具系統；3_左下、右下壁板夾具系統；4_內卡板保型架；5_左上、右上壁板夾具系統；6_上壁板夾具系統；7_裝配測量系統；8_工作型架；9_卡板；10_卡板支架；11_支座；12_手輪；13_底座；14_X嚮導軌；15_Y嚮導軌；16_工藝球頭；17-p0g0柱；18_上底座；19_下底座；20_驅動電機；21-p0g0柱底座；22_真空吸盤；23_長桁連接角片；24_卡板基體；25_長桁配孔；26_地板連接角片；27-橫臂；28_承臂塊；29-Z向立柱；30_支架；31_大滑塊；32_端蓋；33_雷射跟蹤儀。
具體實施方式
本發明包括保型運輸車1，下壁板夾具系統2，左下、右下壁板夾具系統3，左上、右上壁板夾具系統4，上壁板夾具系統5，內卡板保型架6和裝配測量系統7，可移動工作型架8。如圖3所示，所述保型運輸車是用以運送下壁板到指定位置並保證下壁板外形準確性的設備，包括保型卡板9、卡板支架10、支座11、手輪12、車體底座13、X嚮導軌14。將下壁板置於保型卡板9上，運輸車沿X嚮導軌14運動至機身框架正下方，旋轉手輪12調姿壁板離地高度，將下壁板固定在下壁板夾具系統上，運輸車退出。如圖4所示，所述下壁板夾具系統是實現下壁板定位、調姿並將下壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括四個位姿調整單元，每個單元的主要部件有工藝球頭16、帶有球窩的pogo柱17、上底座18、X嚮導軌14、下底座19、驅動電機20、Y嚮導軌15。所述工藝球頭16為Φ40的球與下壁板定位點相連，該定位點在機身壁板裝配設計時已有所考慮。所述球窩為球面凹槽工藝接頭，球面直徑為Φ40。工藝球頭配合pogo柱端部球面凹槽形成球頭-球窩結構的球面運動副。如圖5所示，所述左下、右下壁板夾具系統是實現左下、右下壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括四個位姿調整單元，每個單元的主要部件有三個吸盤式pogo柱17、pogo柱底座21、上底座18、下底座19、驅動電機20、Y嚮導軌15。所述吸盤在定位過程中吸附在壁板定位點上，使壁板與定位單元牢固連接，直至裝配工序完成。如圖6所示，所述內卡板保型架是用以為左上壁板、右上壁板和上壁板提供支撐和保型功能的設備，主要部件有卡板基體23、長桁連接角片24、長桁配孔25、地板連接角片26。在下壁板、左下壁板和右下壁板完成定位且地板安裝完成之後，進行內卡板保型架的安裝。[0031]如圖7所示，所述左上、右上壁板夾具系統是實現左上、右是壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括四個位姿調整單元，每個單元的主要部件有真空吸盤22、橫臂27、承臂塊28、Z向立柱29、X嚮導軌14、Y嚮導軌15、下底座19、支架30。所述橫臂27為承力結構，壁板通過端部安裝的真空吸盤22吊掛於其上。所述承臂塊28為可以完成橫臂27沿Y向微調的結構塊。如圖8所示，所述上壁板夾具系統是實現上壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括四個位姿調整單元，每個單元的主要部件有端蓋32、Z向立柱29、大滑塊31、橫臂27、工藝球頭16、Χ嚮導軌14、Υ嚮導軌15、上底座18、下底座19、驅動電機20。如圖9所示，所述裝配測量系統是進行壁板位置測量，並補償位移偏差的設備，由雷射跟蹤儀32、底座13和Y嚮導軌15組成，具有Y、Z兩個方向的自由度。分布於工作檯的第一、二、三層，由雷射跟蹤儀32測量壁板關鍵特徵點坐標，與理論坐標對比，基於空間 坐標轉換算法生成調姿與定位方案，通過調整定位單元進行位資調整。如圖I所示，所述工作型架共有三層，能實現X、y兩個方向上的運動，每層分布對應於機身壁板的位姿調整單元或雷射跟蹤儀。
權利要求1.一種機身壁板對合柔性定位裝置，包括保型運輸車、下壁板夾具系統、左下、右下壁板夾具系統、內卡板保型架、左上、右上壁板夾具系統、上壁板夾具系統、裝配測量系統和可移動工作型架，其特徵在於 以機身航向正方向為X軸，垂直地面向上方向為Z軸，Y軸由X軸和Z軸根據笛卡爾坐標系確定； 所述保型運輸車是用以運送下壁板到指定位置並保證下壁板外形準確性的設備，共有兩臺，可以沿分布於機身正下方的X嚮導軌運動，包括保型卡板、卡板支架、支座、手輪、車體底座、X嚮導軌；將下壁板置於保型卡板上，運輸車沿X嚮導軌運動至機身框架正下方，旋轉手輪調姿壁板離地高度，將下壁板固定在下壁板夾具系統上，運輸車退出； 所述下壁板夾具系統是實現下壁板定位、調姿並將下壁板準確送至實際裝配位置的設 備，包括4個位姿調整單元，位於機身兩側地面預定位置上，每側2個，每個單元包括工藝球頭、帶有球窩的POgo柱、上底座、X嚮導軌、下底座、驅動電機、Y嚮導軌；所述工藝球頭與下壁板定位點相連，所述球窩為球面凹槽工藝接頭，工藝球頭配合pogo柱端部球面凹槽形成球頭-球窩結構的球面運動副； 所述左下、右下壁板夾具系統是實現左下、右下壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括4個位姿調整單元，位於機身兩側的地面預定位置上，每側2個，每個單元包括三個吸盤式pogo柱、pogo柱底座、上底座、下底座、驅動電機、Y嚮導軌；所述吸盤在定位過程中吸附在壁板定位點上，使壁板與定位單元牢固連接，直至裝配工序完成； 所述內卡板保型架是用以為左上壁板、右上壁板和上壁板提供支撐和保型功能的設備，主要部件有卡板基體、長桁連接角片、地板連接角片、長桁配孔；在下壁板、左下壁板和右下壁板完成定位且地板安裝完成之後，進行內卡板保型架的安裝； 所述左上、右上壁板夾具系統是實現左上、右是壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括4個位姿調整單元，位於機身兩側的第二層工作檯預定位置上，每側2個，每個單元的主要部件有Z向立柱、承臂塊、橫臂、真空吸盤、X嚮導軌、下底座、Y嚮導軌、支架；所述橫臂為承力結構，壁板通過端部安裝的真空吸盤吊掛與其上；所述承臂塊為可以完成橫臂沿Y向微調的結構塊； 所述上壁板夾具系統是實現上壁板定位、調姿並將壁板準確送至實際裝配位置的設備，包括4個位姿調整單元，位於機身兩側第三層工作檯預定位置上，每側2各，每個單元的主要部件有端蓋、Z向立柱、大滑塊、橫臂、工藝球頭、X嚮導軌、Y嚮導軌、上底座、下底座、驅動電機； 所述裝配測量系統是進行壁板位置測量，並補償位移偏差的設備，包括6各測量單元，分布於兩側工作檯的第一、二、三層，每層I個，每個單元包括雷射跟蹤儀、底座和Y嚮導軌，具有Y、Z兩個方向的自由度，由雷射跟蹤儀測量壁板關鍵特徵點坐標，與理論坐標對比，基於空間坐標轉換算法生成調姿與定位方案，通過調整定位單元進行位資調整； 所述工作型架共有三層，能實現X、y兩個方向上的運動，每層分布對應於機身壁板的位姿調整單元或雷射跟蹤儀。
專利摘要本實用新型提供了一種機身壁板對合柔性定位裝置，利用機身壁板對合柔性定位方法及工裝，擺脫了大量專用卡板的使用，具有良好的柔性，定位器夾緊機構能吸附在壁板定位支點表面，實現機身壁板的六自由度、多姿態調整；分布於一、二、三層工作檯的雷射跟蹤儀實時反饋裝配信息，大大提高裝配精度；採用吸附式定位機構固定機身壁板，裝卸簡單，減少了手工操作，提高了裝配效率；本實用新型還有良好的通用性，能夠適應不同尺寸的機身壁板結構的對合過程，滿足多種機型機身壁板的對合需求。
文檔編號B23P21/00GK202716050SQ20122038102
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者張開富, 程暉, 孟慶勳, 段元欣, 王寧 申請人:西北工業大學