一种用于飞机机翼数字化总装装配系统及其使用方法与流程

本申请涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种用于飞机机翼数字化总装装配系统及其使用方法。

背景技术：

目前，国、内外飞机厂机翼总装主要采用固定式型架、卡板定位支撑飞机机翼的前梁、后梁、上壁板、下壁板、翼肋等，保证机翼整体外形，采用传统工装定位和手工装配方法。20世纪90年代以来，以波音公司、空客公司等为代表的飞机制造商均采用数字化、自动化技术，对波音787、a400m等飞机机翼整体进行数字化、自动化总装装配。

现有机翼总装采用传统工装定位及手工装配方法，采用固定在地基上的型架支撑、定位前梁。在固定型架上设计翻转卡板定位机翼上壁板和下壁板，在下壁板翻转卡板上端设计横梁结构搭接在上壁板翻转卡板上，定位机翼的后梁，在翼尖肋端设计固定工装，通过后手摇丝杠到位插销方式定位翼尖肋，在翼根肋端通过设计翻转工装使翼根肋端板到位定位翼根肋，并利用翻转工装从翼根肋端，吊装机翼出架。

现有采用工装定位及手工装配方法的技术不足，一、翼根肋端翻转工装定位不稳定，需要定期检修工装。二、利用翻转卡板上的支撑横梁定位后梁，后梁定位不准确，需要定期检修卡板。三、整体装配空间狭小，机翼下架过程中，机翼产品存在与固定型架、卡板碰撞的危险。

技术实现要素：

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种用于飞机机翼数字化总装装配系统，所述系统包括机翼总装配装置、一体化工作平台、集成控制装置和激光测量装置；所述机翼总装配装置、集成控制装置和激光测量装置均设置在所述一体化工作平台上；

所述机翼总装配装置用于定位装配飞机机翼；

所述激光测量装置用于测量机翼总装配装置在定位装配飞机机翼过程中的数据；

所述集成控制装置用于根据激光测量装置测量的数据计算调姿路径，进而通过所述调姿路径控制机翼总装配装置定位装配飞机机翼。

优选地，机翼总装配装置包括左机翼总装配装置和右机翼总装配装置，所述左机翼总装配装置和右机翼总装配装置结构相同且对称并行放置在所述一体化工作平台上。

优选地，所述左机翼总装配装置具体包括：前梁定位装置、后梁定位装置、上壁板调姿定位装置和下壁板调姿定位装置；

所述前梁定位装置用于支撑和定位机翼前梁；

所述后梁定位装置用于支撑和定位机翼后梁；

所述上壁板调姿定位装置用于定位机翼上壁板与机翼前梁和后梁进行贴合；

所述下壁板调姿定位装置用于定位机翼下壁板与机翼前梁和后梁进行贴合。

优选地，所述前梁定位装置包括立柱、前梁横梁和支撑定位座，所述立柱通过地脚螺栓与地基固定连接，所述前梁横梁通过螺钉固定在立柱的顶部，所述前梁横梁上并排设置有多个支撑定位座，所述支撑定位座用于支撑和定位机翼前梁。

优选地，所述后梁定位装置包括后梁横梁、后梁接头定位器、翼根肋定位装置和翼尖肋定位装置，所述翼根肋定位装置和翼尖肋定位装置通过地脚螺栓与地基固定连接，所述翼根肋定位装置的顶部连接后梁横梁的一端，所述翼尖肋定位装置的顶部连接后梁横梁的另一端，所述翼根肋定位装置和翼尖肋定位装置与后梁横梁的连接处设置有驱动组件，所述驱动组件控制后梁横梁在翼根肋定位装置和翼尖肋定位装置上做垂直于后梁横梁长度方向的直线运动，所述后梁横梁的侧壁上设置有多个后梁接头定位器，所述后梁接头定位器用于连接并定位后梁，并通过外部控制单元控制其在后梁横梁的侧壁上做竖直方向的直线运动。

优选地，所述翼根肋定位装置包括第一箱体底座、第一左箱体立柱、第一右箱体立柱、第一纵箱体组件和翼根肋定位框架组件；

所述第一箱体底座与第一纵箱体组件之间设置有第一左箱体立柱和第一右箱体立柱，所述第一左箱体立柱与所述第一右箱体立柱之间留有空隙，所述翼根肋定位框架组件设置在所述空隙中，用于定位机翼后梁的翼根肋，且所述翼根肋定位框架组件与所述第一左箱体立柱和第一右箱体立柱之间均设置有水平方向的滑轨；所述翼根肋定位框架组件通过驱动组件前后运动定位翼根肋。

所述后梁横梁的一端设置在所述第一纵箱体组件的顶部，并通过驱动组件驱动后梁横梁在所述第一纵箱体组件的顶部运动。

优选地，所述翼尖肋定位装置包括第二箱体底座、第二左箱体立柱、第二右箱体立柱、第二纵箱体组件和翼尖肋定位框架组件；

所述第二箱体底座与第二纵箱体组件之间设置有第二左箱体立柱和第二右箱体立柱，所述第二左箱体立柱与所述第二右箱体立柱之间留有空隙，所述翼尖肋定位框架组件设置在所述空隙中，用于定位机翼后梁的翼尖肋，且所述翼尖肋定位框架组件与所述第二左箱体立柱和第二右箱体立柱之间均设置有水平方向的滑轨所述翼尖肋定位框架组件通过驱动组件前后运动定位翼尖肋。

所述后梁横梁的另一端设置在所述第二纵箱体组件的顶部，并通过驱动组件驱动后梁横梁在所述第二纵箱体组件的顶部运动。

优选地，所述上壁板调姿定位装置和下壁板调姿定位装置的结构相同，所述上壁板调姿定位装置具体包括：上壁板整体保形架、第一数控定位器、第二数控定位器、第三数控定位器和第四数控定位器；

所述第一数控定位器、第二数控定位器、第三数控定位器和第四数控定位器与所述上壁板整体保形架连接，用于控制上壁板整体保形架的定位，所述上壁板整体保形架与机翼上壁板连接，其中，所述第一数控定位器和第四数控定位器位于上壁板的左右两端，且均设置有两个子数控定位器，用于分别对上壁板左右两端的上下端进行调姿，所述第二数控定位器和第三数控定位器位于上壁板的中部，且仅设置有一个子数控定位器，用于对上壁板中部进行调姿。

优选地，所述一体化工作平台上还设置有用于制孔、清屑、涂胶和/或铆接的人工操作平台。

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种如上所述的用于飞机机翼数字化总装装配系统的使用方法，所述使用方法包括：

后梁定位装置的后梁接头定位器运动至最顶端，后梁定位装置移动到定位下壁板的一侧，前梁吊装入位，通过前梁定位装置的支撑定位座支撑、定位机翼前梁；

通过电机驱动翼根肋定位框架组件和翼尖肋定位框架组件移动到位，定位前梁端头；

后梁吊装预定位，后梁定位装置移动到位，后梁接头定位器向下运动到位，连接并定位后梁；

下壁板整体保形架携带下壁板整体吊装入位，将第一数控定位器、第二数控定位器、第三数控定位器和第四数控定位器与下壁板整体保形架锁紧，通过激光测量装置测量下壁板与下壁板整体保形架上的测量点并发送至集成控制装置获得下壁板当前姿态，并根据下壁板的目标姿态控制第一数控定位器、第二数控定位器、第三数控定位器和第四数控定位器联调运动，使下壁板沿飞机垂直方向运动，定位飞机下壁板；

对机翼前梁、机翼后梁、下壁板、机翼翼根肋、机翼翼尖肋进行制孔、清屑、涂胶和连接处理；

上壁板整体保形架携带上壁板整体吊装入位，将第一数控定位器、第二数控定位器、第三数控定位器和第四数控定位器与上壁板整体保形架锁紧，通过激光测量装置测量上壁板与上壁板整体保形架上的测量点并发送至集成控制装置获得上壁板当前姿态，并根据上壁板的目标姿态控制第一数控定位器、第二数控定位器、第三数控定位器和第四数控定位器联调运动，使上壁板沿飞机垂直方向运动，定位飞机上壁板；

对上壁板进行制孔、清屑、涂胶和连接处理；

机翼装配总装完成后，分离后梁定位装置的后梁接头定位器与后梁，后梁接头定位器向上运动，后梁定位装置移动到定位下壁板的一侧；

分离上/下壁板保形架与上下壁板的螺栓；上下壁板调姿定位装置联动远离机翼下架空间；

分离翼根肋定位装置与翼根肋、翼尖肋定位装置与翼尖肋；

分离前梁定位装置的支撑定位座与前梁，机翼整体吊装下架。

本发明的有益效果如下：

本发明采用数字化、自动化技术对机翼整体机翼的前梁、后梁、上壁板、下壁板和翼肋进行数字化、自动化装配，提高了定位精度，提供了开阔的飞机机翼整体的下架空间，同时提高了人工装配效率，提高飞机机翼装配质量和精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实施例所述系统的原理示意图；

图2为机翼的结构示意图；

图3为本实施例所述的左(右)机翼总装配装置的结构示意图；

图4为本实施例所述的前梁定位装置的结构示意图；

图5为本实施例所述的后梁定位装置的结构示意图；

图6为本实施例所述的翼根肋定位装置的结构示意图；

图7为本实施例所述的翼尖肋定位装置的结构示意图；

图8为本实施例所述的上壁板调姿定位装置10的结构示意图。

附图标号：

1、左机翼总装配装置，2、右机翼总装配装置，3、一体化工作平台，4、集成控制装置，5、激光测量装置，6、前梁定位装置，7、后梁定位装置，8、翼根肋定位装置，9、翼尖肋定位装置，10、上壁板调姿定位装置，11、下壁板调姿定位装置，12、前梁，13、后梁，14、上壁板，15、下壁板，16、翼根肋，17、翼尖肋，18、立柱，19、前梁横梁，20、支撑定位座，21、工作踏步梯，22、后梁横梁，23、后梁接头定位器，24、第一箱体底座，25、第一左箱体立柱，26、第一纵箱体组件，27、第一右箱体立柱，28、翼根肋定位框架组件，30、上壁板整体保形架，31、第一数控定位器，32、第二数控定位器，33、第三数控定位器，34、第四数控定位器，35、下壁板整体保形架，41、第二箱体底座，42、第二左箱体立柱，43、第二纵箱体组件，44、第二右箱体立柱，45、翼尖肋定位框架组件。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例提出了一种用于飞机机翼数字化总装装配系统，所述系统包括机翼总装配装置、一体化工作平台3、集成控制装置4和激光测量装置5；所述机翼总装配装置、集成控制装置4和激光测量装置5均设置在所述一体化工作平台3上；

所述机翼总装配装置用于定位装配飞机机翼；

所述激光测量装置5用于测量机翼总装配装置在定位装配飞机机翼过程中的数据；

所述集成控制装置4用于根据激光测量装置5测量的数据计算调姿路径，进而通过所述调姿路径控制机翼总装配装置定位装配飞机机翼。

具体的，如图1和图2所示，所述机翼总装配装置还包括左机翼总装配装置1和右机翼总装配装置2，所述左机翼总装配装置1和右机翼总装配装置2的结构相同且对称并行放置在所述一体化工作平台3上，以节省装配场地。其中，左机翼总装配装置1和右机翼总装配装置2用于自动化、数字化定位装配飞机机翼的前梁12、后梁13、上壁板14、下壁板15、翼根肋16和翼尖肋17，在机翼各部件定位完成后，一体化工作平台3提供制孔、清屑、涂胶和铆接等人工操作平台以对机翼各部件进行上述人工操作平台所提供的各种操作。激光测量装置5采用激光跟踪仪或igps实现，用于测量壁板在定位过程中的数据，建立调姿装配坐标系，确定上壁板14和下壁板15的姿态，提供数据供集成控制装置4计算分析调姿路径，集成控制装置4用于控制和操作左机翼总装配装置1和右机翼总装配装置2自动化、数字化定位，并在飞机机翼总装完成后输出各种文档形式的结果报表。

进一步的，如图3所示，所述左机翼总装配装置1具体包括：前梁定位装置6、后梁定位装置7、上壁板调姿定位装置10和下壁板调姿定位装置11；

所述前梁定位装置6用于支撑和定位机翼前梁12；

所述后梁定位装置7用于支撑和定位机翼后梁13；

所述上壁板调姿定位装置10用于定位机翼上壁板14与机翼前梁12和后梁13进行贴合；

所述下壁板调姿定位装置11用于定位机翼下壁板15与机翼前梁12和后梁13进行贴合。

具体的，如图4所示，前梁定位装置6包括四根立柱18、前梁横梁19和支撑定位座20，所述立柱18和前梁横梁19分别焊接为箱体，所述立柱18通过地脚螺栓与所述一体化工作平台3固定连接，且所述四根立柱18的高度自前至后依次增高，呈阶梯状排布，所述前梁横梁19通过螺钉固定在立柱18的顶部，所述前梁横梁19上并排设置有多个支撑定位座20，例如11组，所述支撑定位座20用于支撑和定位机翼前梁12。

如图5所示，所述后梁定位装置7包括后梁横梁22、后梁接头定位器23、翼根肋定位装置8和翼尖肋定位装置9，所述翼根肋定位装置8和翼尖肋定位装置9通过地脚螺栓与所述一体化工作平台3固定连接，所述后梁横梁22由钢板焊接而成，所述翼根肋定位装置8的顶部连接后梁横梁22的一端，所述翼尖肋定位装置9的顶部连接后梁横梁22的另一端，所述翼根肋定位装置8和翼尖肋定位装置9与后梁横梁22的连接处设置有驱动组件，所述驱动组件控制后梁横梁22在翼根肋定位装置8和翼尖肋定位装置9上做垂直于后梁横梁22长度方向的直线运动，所述后梁横梁22的侧壁上设置有多个后梁接头定位器23，所述后梁接头定位器23用于连接并定位后梁13，并通过外部控制单元控制其在后梁横梁22的侧壁上做竖直方向的直线运动。

其中后梁接头定位器23与后梁13进行定位连接的方式是通过设置在后梁13上的工艺接头进行连接的，即，后梁接头定位器23与所述工艺接头相配合，通过所述后梁接头定位器23与所述工艺接头的配合将后梁13定位在理论位置。

如图6所示，所述翼根肋定位装置8包括第一箱体底座24、第一左箱体立柱25、第一右箱体立柱27、第一纵箱体组件26和翼根肋定位框架组件28；

所述第一箱体底座24与第一纵箱体组件26之间设置有第一左箱体立柱25和第一右箱体立柱27，所述第一左箱体立柱25与所述第一右箱体立柱27之间留有空隙，所述翼根肋定位框架组件28设置在所述空隙中，用于定位机翼后梁13的翼根肋16，且所述翼根肋定位框架组件28与所述第一左箱体立柱25和第一右箱体立柱27之间均设置有水平方向的滑轨，所述翼根肋定位框架组件28可通过电机驱动使其在空隙中的滑轨上移动，从而定位飞机翼根肋16；

所述后梁横梁22的一端设置在所述第一纵箱体组件26的顶部，并通过驱动组件驱动后梁横梁22在所述第一纵箱体组件26的顶部运动。

与所述翼根肋定位装置8结构相类似的，如图7所示，所述翼尖肋定位装置9包括第二箱体底座41、第二左箱体立柱42、第二右箱体立柱44、第二纵箱体组件43和翼尖肋定位框架组件45；

所述第二箱体底座41与第二纵箱体组件43之间设置有第二左箱体立柱42和第二右箱体立柱44，所述第二左箱体立柱42与所述第二右箱体立柱44之间留有空隙，所述翼尖肋定位框架组件45设置在所述空隙中，用于定位机翼后梁13的翼尖肋17，且所述翼尖肋定位框架组件45与所述第二左箱体立柱42和第二右箱体立柱44之间均设置有水平方向的滑轨，所述翼尖肋定位框架组件45可通过电机驱动使其在空隙中的滑轨上移动，从而定位飞机翼尖肋17；

所述后梁横梁22的另一端设置在所述第二纵箱体组件43的顶部，并通过驱动组件驱动后梁横梁22在所述第二纵箱体组件43的顶部运动。

如图8所示，所述上壁板调姿定位装置10和下壁板调姿定位装置的结构相同，所述上壁板14调姿定位装置具体包括：上壁板整体保形架30、第一数控定位器31、第二数控定位器32、第三数控定位器33和第四数控定位器34；

所述第一数控定位器31、第二数控定位器32、第三数控定位器33和第四数控定位器34与所述上壁板整体保形架30连接，用于控制上壁板整体保形架30的定位，所述上壁板整体保形架30与机翼上壁板14连接，其中，所述第一数控定位器31和第四数控定位器34位于上壁板14的左右两端，且均设置有两个子数控定位器，用于分别对上壁板14左右两端的上下端进行调姿，所述第二数控定位器32和第三数控定位器33位于上壁板14的中部，且仅设置有一个自数控定位器，用于对上壁板14中部进行调姿。

具体的，所述上壁板整体保形架30由整体框架、4组工艺接头、7组外形卡板和3组带外形卡板工艺接头组成，数控定位器与上壁板整体保形架30通过工艺球头连接，上壁板14与上壁板整体保形架30通过4组工艺接头和3组带外形卡板工艺接头连接。

更进一步的，由于机翼在总装过程中体积比较大且具有一定的高度，因此为了方便技术人员进行相关操作，在一体化工作平台3上设置了多个工作踏步梯21。

所述系统在机翼总装装配过程中的使用方法如下：

后梁定位装置7的10组后两节头定位器运动到最上端，后梁定位装置7移动到下壁板15一侧避让上架空间，前梁12吊装入位，通过前梁定位装置6的支撑定位座20支撑、定位机翼前梁12；

翼根肋定位装置8、翼尖肋定位装置9通过电机驱动使翼根肋定位框架组件28、翼尖肋定位框架组件45移动到位，定位前梁12端头；

后梁13吊装入位，后梁定位装置7移动到位，10组后梁接头定位器23向下运动到位，与后梁13上的工艺接头连接定位后梁13；

下壁板整体保形架35携带下壁板15整体吊装入位，通过6组工艺球头落入第一至第四数控定位器34的球座里面并锁紧，通过激光测量装置5测量下壁板15和下壁板整体保形架35上的测量点，将测量点信息自动输入到集成控制装置4中，集成控制装置4通过内置轨迹算法计算下壁板15当前和目标姿态，通过6台子数控定位器联调运动，使下壁板15沿飞机垂向运动，定位飞机下壁板15；

下壁板15分别与前梁12、后梁13制孔、清屑、涂胶和连接；

机翼翼肋分别与前梁12、后梁13、下壁板15制孔，清屑、涂胶和连接；

上壁板整体保形架30携带上壁板14整体吊装入位，通过6组工艺球头落入到第一至第四数控定位器34的球座里面并锁紧，通过激光测量装置5测量上壁板14和上壁板整体保形架30上测量点，将测量点信息自动输入到集成控制装置4中，系统通过内置轨迹算法计算上壁板14当前和目标姿态，通过6台子数控定位器联调运动，使上壁板14、沿飞机垂向运动，定位飞机上壁板14；

上壁板14分别与机翼前梁12、后梁13和所有翼肋制孔、清屑、涂胶和连接；

机翼装配总装完成后，拆卸后梁定位装置7的10组后梁接头定位器23的工艺接头定位销，10组后梁接头定位器23向上运动避让机翼下架空间。后梁定位装置7移动到下壁板15一侧避让机翼下架空间；

拆卸上/下壁板保形架与上壁板14、下壁板48的螺栓；上壁板调姿定位装置10、下壁板调姿定位装置11联动远离机翼下架空间；拆卸翼根肋16空间定位装置、翼尖肋定位装置9处垫片和定位销，翼根肋定位装置8、翼尖肋定位装置9通过电机驱动使翼根肋定位框架组件28、翼尖肋定位框架组件45远离翼根肋16、翼尖肋17避让整体机翼下架空间；

拆卸前梁定位装置6的支撑定位座20的定位螺栓，机翼整体吊装下架。

本发明采用数字化、自动化技术对机翼整体机翼的前梁12、后梁13、上壁板14、下壁板15和翼肋进行数字化、自动化装配，提高了定位精度，提供了开阔的飞机机翼整体的下架空间，同时提高了人工装配效率，提高飞机机翼装配质量和精度。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。