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飞机结构件柔性夹具的设计与分析

范文

韩文杰邢晨

摘? 要：在现代飞机的生产制造过程中，我们研究的首要任务就是机身减重，然而整架飞机的主要受力部件就是飞机结构件。飞机结构件是飞机的框架结构，同时也是其他零部件与设备的载体，如何快速适应飞机制造业的发展，解决飞机零部件结构复杂、数量繁多、装夹难度大等一系列问题，柔性快装夹具系统的设计就显得尤为重要了。

关键词：飞机结构件;柔性快装夹具;FFU

中图分类号：TH122? ? ? ? ? ? ? ? 文献标志码：A

1 柔性夹具单元与功能

现代航空制造业中，飞机的结构件大多数采用整体式结构，该类型的飞机结构件不仅强度和刚度高，而且稳定性高，同时也减轻了机身重量。然而飞机结构件的快速装夹以及装夹的柔性问题就是航空制造业发展的关键因素。

（1）柔性夹具单元（Flexible? Fixture? Unit，FFU）是一种模块化的单元，其功能是为了更好地适应飞机结构件的外形与尺寸的多样化。柔性夹具单元模型如图1所示。

1.2 FFU的功能流程

（1）飞机结构件吊装完毕，开启整个柔性夹具系统。

（2）FFU自由的向飞机结构件移动，通过2个传感器确定位置。

（3）当FFU有信号输出时，PLC会自动处理，公式为：

（4）当β≥5 %时，则说明需要装夹的面为圆弧形，需要做旋转运动，在运动过程中至少保证一边有信号输出，直到β≤5 %。

（5）当β≤5 %时，定位完成，自动夹紧。

（6）自动夹紧后，加紧工作完成，数控系统开始加工。

1.3 主要功能的实现

（1）夹具在工作的时候要实现自由移动，实现这种功能需要液压系统与底部电磁吸盘共同实现，在移动过程中要保证移动的精确度。

（2）自由旋转的实现，飞机结构件在装配的时候，需要从不同位置、不同角度进行组装，要想实现底座的自由旋转运动，在控制上需要增加转动传感器与转动滑块共同实现。

（3）自动定位的实现。在自由移动和旋转功能上，都需要定位，同时在对结构件进行装配的时候，也需要进行定位，实现夹持，最终实现装配，实现精确定位主要依据2个自动传感器的输出值来判断。

（4）自动夹紧的实现以上几个功能实现之后，需要实现对结构件的夹紧，满足移动、装配的动作，依靠压力传感器的信号输出值判断，最终实现工件的夹紧。

2 柔性快装夹具系统设计

随着社会的发展，对飞机结构件的要求也越来越高，正在由单元化转为整体化，简单化转为复杂化，小型化转为大型化，这样工艺装夹、数控加工、设计精度等方面工作难度也在不断增加。飞机结构件可以分为梁类结构件、壁板类结构件、框类结构件、接头类结构件5大类。飞机结构件的装夹面有平面型装夹面与圆弧形装夹面。通过不同装夹面对夹具的要求，来设计能适应不同装夹面的柔性快装夹具系统。

（1）夹具的分类。针对飞机结构件工装夹具快速性、稳定性、自动型、柔性、智能型的特点，将飞机结构件的夹具分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具和组合夹具五大类。

（2）装夹系统的主要工作流程。Step1：机床开机，夹具自动找到对刀点，即夹具系统的工作原点，装夹系统进行复位;Step2：由车间航车将工件吊起，放在夹具系统的支撑座上，使其位于柔性夹具系统的中心;Step3：打开PLC，系统开始自检，正产后自动工作;Step4：PLC开机正常以后，驱动相关电磁阀动作，电磁阀控制液压系统，进而控制FFU的动作;Step5：FFU自动定位后，进行自动夹紧;Step6：自动定位与自动夹紧完成后，开始设置CNC机床的相关参数来进行飞机结构件的加工;Step7：自动记录飞机结构件的偏差，将数据与图纸数据进行对比，如果可以修复则返回相应部位进行修复，如果不能修复则进行Step8;Step8：工件检测合格后，所有柔性夹具单元自动归位。如果合格，车间航车将飞机结构件吊装到工件库，如果不合格而且无法修复，则吊装到报废区。

（3）自动定位方案的确定。飞机结构件在装夹之前，要有好的定位方案，这样才可以保证加工质量、加工效率及零部件间的配合精度。

3 柔性快装夹具系统开发与应用

飞机柔性快装夹具系统是基于Catia V5平台与VB6.0工具开发的。该系统的功能是对飞机结构件不同装夹面的识别以及FFU系统中工件的快速定位与旋转来满足不同的装夹需求。

3.1 系统的组成

1）飞机结构件自动装夹面特征信息自动获取模块;2）飞机装夹面自动识别模块;3）FFU角度自动调整模块;4）模拟装夹模块;5）模拟铣削模块。

3.2 装夹系统的实际应用

3.2.1 纯平面装夹面的飞机结构件

没有圆弧只有平面的飞机结构件是最简单的装夹，只要FFU在底座的液压系统的驱动下做平移运动后，就完成了装夹动作。

3.2.2 混合型装夹面的飞机结构件

混合型结构件与平面型结构件的装夹区别主要在于圆弧装夹面的判断、装夹与柔性夹具单元的自动旋问题，其模型如图2所示。

当FFU在遇到两边传感器之比不一致或相差大于5 %时，判断为圆弧面装夹;在FFU旋转之前，滑块要下移到终止位置;当两边传感器输出的值差小于5%时，转动滑块回到初始位置。

3.2.3? 飞机结构件装夹

纯平面装夹面的飞机结构件，指装夹面只有圆弧没有平面的装夹，是最复杂的飞机结构件装夹，在实际生产中应用的较少。

4 结论

该文主要介绍了可以应用于不同结构、不同尺寸、不同类型的飞机结构件柔性夹具的设计，通过介绍柔性夹具的单元与功能，连接夹具每个单元和功能的实现，旋转、夹紧、定位等功能的实现，同时在夹具设计上，要实现快装模块，通过这种功能的实现，可以节约时间成本，系统的开发与应用，可以实现夹具系统的控制与监控，使系统运行更精确与平稳。

参考文献

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