专利名称：一种大飞机中机身数字化装配布局方法
技术领域：
本发明涉及一种大飞机中机身数字化装配布局方法。
背景技术：
研制大型飞机是党中央、国务院作出的重大战略决策，也是全国人民多年的愿望。 我国航空工业经过50多年的发展，已经具备发展大型飞机的技术和物质基础。而大型飞机 装配又是飞机制造环节中极其重要的一环，其劳动量占飞机制造总劳动量的一半左右甚至 更多，在很大程度上决定了飞机的最终质量、制造成本和周期。经济、军事发达国家对飞机装配技术十分关注，投入巨资研发并取得了令人瞩目 的成效。如波音、空客等大公司各自建立了飞机数字化移动式装配生产线，大幅度提高了飞 机的装配质量和效率。与国外先进水平相比，我国飞机数字化装配技术刚刚起步，目前还处 于系统设计、工艺规划阶段，少量组件装配开始采用半自动化装备，而大多数则仍停留在手 工装配阶段。为改变“一架飞机一个站位，人围绕飞机转”的传统装配布局，以我国发展大飞机 制造业为重要契机，提出了一种大飞机中机身数字化装配布局设计方法，综合应用包括数 字化协调技术、数字化模拟仿真技术、激光跟踪测量技术、数字化定位技术、协同控制技术 等各种先进技术，建立了大飞机中机身的多站位数字化生产线，对提高我国飞机制造业水 平具有十分重要的战略意义
发明内容
本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种大飞机中机身数字化装配布局方法。大飞机中机身数字化装配布局方法是大飞机中机身数字化装配布局共分为部件 装配站位和加工站位两个站位，工装采用对称布局；部件装配站位中设有2个立体固定工 作台，位于中机身两侧，12台上壁板定位器沿航向固定在立体固定工作台上，12个侧壁板 定位器沿航向对称布置在中机身侧面，8个下壁板定位器安装在车间坑道内，沿航向对称分 布置在中机身下部，8个主起交点框定位器沿航向布置在机身两侧主起框处，2台激光跟踪 仪布置在车间地面上，呈对角分布于中机身端面处，上壁板保形架、侧壁板保形架和下壁板 保形架的内侧面和对应壁板外表面相贴合，同时通过固结于保形架上的工艺接头与对应的 壁板定位器构成球铰运动副，主起交点框保形架和主起交点框内侧面相连，工艺中央翼和 翼身对接框上端相连，翼身对接框保形架和翼身对接框下端相连，工艺地板置于中机身内 部地板安装处，机身内2个可移动操作台布置在工艺地板上，2个工艺地板引导架位于中机 身端面处，工艺地板引导架侧面各有1台工作梯，1台便携式小型高速孔加工设备用于主起 加强框与侧壁板配作孔加工；部件加工站位中4个机身工艺接头安装在中机身对应加强框 上，4个机身定位器布置在机身两侧，并与机身工艺接头相连构成球铰运动副，2个多点阵 柔性吸附工装位于中机身底部，2台激光跟踪仪布置在中机身两侧，2台主起交点孔面加工设备布置在机身两侧主起交点框处，2台机身端面和测量点孔加工设备位于中机身两端面 处，4个端面加工设备操作台布置在机身加工端面两侧。所述的定位器的运动轴采用封闭式光栅尺，在X、Y、Z三个方向上构成全闭环控 制，进而实现三个方向的精确移动和定位，每4个定位器一组构成数字化调姿单元，基于四 点支撑的调姿工作原理实现装配对象的6自由度位姿调整。所述的部件装配站位和加工 站位采用多台激光跟踪仪建立装配车间的数字化精度场，实现对机身零部件和现场工装设 备的准确定位。所述的主起交点框保形架、下壁板保形架、上壁板保形架或翼身对接框保形 架通过工艺接头与对应的定位器相连，间接实现装配对象的支撑和位姿调整。所述的多点 阵柔性吸附工装能生成与机身表面几何外形完全一致的吸附点阵，并在伸缩单元上安装压 力传感器，通过力的反馈来控制其进给。所述的主起交点孔面加工设备与机身端面和测量 点孔加工设备都能实现五轴联动，进而满足相关孔和面的加工要求。所述的部件装配站位 和加工站位在人工装配环节通过可视化面板对工人操作进行引导，实现了数字化预装配仿 直
o本发明的优点在于1)将中机身装配布局分为部件装配站位和加工站位，组建了 大飞机中机身多站位数字化生产线；2)根据大飞机中机身基本为等直段的结构特点，工装 采用对称布局，增加了工装通用性；3)中机身装配布局设计时兼顾总装需求，工艺中央翼、 机身工艺接头等工装与总装共用；4)中身部装时涉及的部分基准定位点和测量点向总 装传递，贯彻了基于同一数据流的传递设计思想；5)定位器各轴都采用封闭式光栅尺，在 X、Y、Z三个方向上构成全闭环控制，进而实现三个方向的精确移动和定位；6)每4个定位 器一组构成数字化调姿单元，基于四点支撑的调姿工作原理实现装配对象的6自由度位姿 调整；7)各站位均选用多台激光跟踪仪，实现对机身零部件和现场工装设备的准确定位； 8)大量采用保形工装上以减少装配对象变形，提高装配精度；9)多点阵柔性吸附工装可生 成与机身表面几何外形完全一致的吸附点阵，当零部件外形发生变化时，工装外形和布局 可自行调整；10)多点阵柔性吸附工装在伸缩单元上安装压力传感器，通过力的反馈来控 制其进给；11)根据中机身的结构特点和工艺需求，设计了多种自动化加工设备，对相关端 面和交点孔进行加工，提高了部件的制造准确度；12)自动化加工设备可实现五轴联动，进 而满足相关孔和面的加工要求；13)各站位在人工装配环节通过可视化面板对工人操作进 行引导，实现了数字化预装配仿真；14)综合应用了基于数字化标准工装的协调技术、数字 化模拟仿真技术、激光跟踪测量技术、数字化定位技术、协同控制技术等先进技术，提高了 中机身装配的精度和效率。
图1大飞机中机身部件装配站位主视图；图2大飞机中机身部件装配站位俯视图；图3大飞机中机身部件装配站位左视图(含机身内可移动操作台)；图4大飞机中机身部件装配站位左视图(含工艺中央翼和翼身对接框保形架)；图5大飞机中机身部件加工站位主视图；图6大飞机中机身部件加工站位俯视图；图7大飞机中机身部件加工站位左视图中中机身1、激光跟踪仪2、工艺地板引导架3、立体固定操作台4、工作梯5、主 起交点框保形架6、机身内可移动操作台7、侧壁板保形架8、侧壁板定位器9、主起交点框定 位器10、下壁板定位器11、下壁板保形架12、上壁板定位器13、上壁板保形架14、工艺中央 翼15、工艺地板16、翼身对接框保形架17、机身工艺接头18、机身定位器19、主起交点孔面 加工设备20、多点阵柔性吸附工装21、端面加工设备操作台22、机身端面和测量点孔加工 设备23。
具体实施例方式如图1所示，大飞机中机身数字化装配布局共分为部件装配站位和加工站位两个 站位，工装采用对称布局。部件装配站位中设有2个立体固定工作台4，位于中机身1两侧， 12台上壁板定位器13沿航向固定在立体固定工作台4上，12个侧壁板定位器9沿航向对 称布置在中机身1侧面，8个下壁板定位器11安装在车间坑道内，沿航向对称分布置在中 机身1下部，8个主起交点框定位器10沿航向布置在机身两侧主起框处，2台激光跟踪仪2 布置在车间地面上，呈对角分布于中机身1端面处，上壁板保形架14、侧壁板保形架8和下 壁板保形架12的内侧面和对应壁板外表面相贴合，同时通过固结于保形架上的工艺接头 与对应的壁板定位器构成球铰运动副，主起交点框保形架6和主起交点框内侧面相连，工 艺中央翼15和翼身对接框上端相连，翼身对接框保形架17和翼身对接框下端相连，工艺地 板16置于中机身内部地板安装处，机身内2个可移动操作台7布置在工艺地板16上，2个 工艺地板引导架3位于中机身1端面处，工艺地板引导架3侧面各有1台工作梯5，1台便 携式小型高速孔加工设备用于主起加强框与侧壁板配作孔加工；部件加工站位中4个机身 工艺接头18安装在中机身对应加强框上，4个机身定位器19布置在机身两侧，并与机身工 艺接头18相连构成球铰运动副，2个多点阵柔性吸附工装21位于中机身1底部，2台激光 跟踪仪2布置在中机身1两侧，2台主起交点孔面加工设备20布置在机身两侧主起交点框 处，2台机身端面和测量点孔加工设备23位于中机身两端面处，4个端面加工设备操作台22 布置在机身加工端面两侧。定位器的运动轴采用封闭式光栅尺，在X、Y、Z三个方向上构成全闭环控制，进而 实现三个方向的精确移动和定位，每4个定位器一组构成数字化调姿单元，基于四点支撑 的调姿工作原理实现装配对象的6自由度位姿调整。部件装配站位和加工站位采用多台 激光跟踪仪2建立装配车间的数字化精度场，实现对机身零部件和现场工装设备的准确定 位。主起交点框保形架6、下壁板保形架12、上壁板保形架14或翼身对接框保形架17通过 工艺接头与对应的定位器相连，间接实现装配对象的支撑和位姿调整。多点阵柔性吸附工 装21能生成与机身表面几何外形完全一致的吸附点阵，并在伸缩单元上安装压力传感器， 通过力的反馈来控制其进给。主起交点孔面加工设备20与机身端面和测量点孔加工设备 23都能实现五轴联动，进而满足相关孔和面的加工要求。部件装配站位和加工站位在人工 装配环节通过可视化面板对工人操作进行引导，实现了数字化预装配仿真。大飞机中机身数字化装配布局设计时应考虑如下工艺问题(1)壁板从型架上取 下会发生变形。为此要求上壁板、侧壁板在下架前与保形架相连。下架后连同保形架一起 吊装到部件装配站位。由四个定位器与保形架相连进行位姿调整；(2)加强下壁板的支承， 下壁板是整个中机身安装的基础件，在部装过程中，工装、操作人员和加强框的重量直接作用在下壁板上，所以对下壁板不仅要精确定位，而且要通过支承框加强；(3)起落架纵梁装 在侧壁板外侧，在侧壁板装配完毕后安装，其交点孔要与主起加强框交点孔协调；(4)上壁 板安装前，要求主起环状加强框进行预装配，保证框位和框距；(5)对主起交点孔及贴合面 进行精加工。此外，装配完成后机身段两端的壁板余量要去除。根据中机身的结构特点、工艺要求及组件安装顺序，提供了一种大飞机中机身数 字化装配布局的设计方法，制定了中机身部件装配的工艺流程。实施该布局的主要步骤 为1)中机身部件装配站位工装复位；2)中机身后段下壁板、前段下壁板先后调姿和 定位；3)中机身整段安装工艺地板；4)中机身后段侧壁板(含保形框)入位并调姿后移开； 5)主起加强框入位并调姿后与下壁板装配；6)翼身对接框(含保形架及工艺中央翼)入位 和调姿后与下壁板装配；7)主起加强框与定位器脱离；8)中机身后段侧壁板(含保形框) 安装；9)中机身前段侧壁板(含保形框)入位并调姿后安装；10)主起加强框与定位器重新 连接；11)主起环状加强框预装配，形成环状整框后设置辅助支承，保证框位和框距；12)中 机身后段上壁板(含保形架)和前段上壁板(含保形架)入位和调姿后安装；13)用小型 高速孔加工设备对主起加强框与侧壁板螺栓连接孔进行加工；14)主起加强框与侧壁板连 接；15)取出主起环状加强框辅助支承；16)工艺地板拆除；17)侧壁板、上壁板保形工装拆 除并吊离；18)安装起落架纵梁和机身工艺接头；19)中机身吊离；20)中机身部件装配和 加工站位工装及加工设备复位；21)中机身吊装入位；22)中机身调姿后，多点阵柔性吸附 工装参与支撑；23)用主起交点孔面加工设备对主起交点孔及贴合面进行精加工；24)机身 端面和测量点孔加工设备安装并切除中机身端头壁板余量；25)中机身部件加工站位工装 及加工设备复位，中机身精加工后吊离。
权利要求
一种大飞机中机身数字化装配布局方法，其特征在于，大飞机中机身数字化装配布局共分为部件装配站位和加工站位两个站位，工装采用对称布局；部件装配站位中设有2个立体固定工作台(4)，位于中机身(1)两侧，12台上壁板定位器(13)沿航向固定在立体固定工作台(4)上，12个侧壁板定位器(9)沿航向对称布置在中机身(1)侧面，8个下壁板定位器(11)安装在车间坑道内，沿航向对称分布置在中机身(1)下部，8个主起交点框定位器(10)沿航向布置在机身两侧主起框处，2台激光跟踪仪(2)布置在车间地面上，呈对角分布于中机身(1)端面处，上壁板保形架(14)、侧壁板保形架(8)和下壁板保形架(12)的内侧面和对应壁板外表面相贴合，同时通过固结于保形架上的工艺接头与对应的壁板定位器构成球铰运动副，主起交点框保形架(6)和主起交点框内侧面相连，工艺中央翼(15)和翼身对接框上端相连，翼身对接框保形架(17)和翼身对接框下端相连，工艺地板(16)置于中机身内部地板安装处，机身内2个可移动操作台(7)布置在工艺地板(16)上，2个工艺地板引导架(3)位于中机身(1)端面处，工艺地板引导架(3)侧面各有1台工作梯(5)，1台便携式小型高速孔加工设备用于主起加强框与侧壁板配作孔加工；部件加工站位中4个机身工艺接头(18)安装在中机身对应加强框上，4个机身定位器(19)布置在机身两侧，并与机身工艺接头(18)相连构成球铰运动副，2个多点阵柔性吸附工装(21)位于中机身(1)底部，2台激光跟踪仪(2)布置在中机身(1)两侧，2台主起交点孔面加工设备(20)布置在机身两侧主起交点框处，2台机身端面和测量点孔加工设备(23)位于中机身两端面处，4个端面加工设备操作台(22)布置在机身加工端面两侧。
2.根据权利要求1所述的一种大飞机中机身数字化装配布局方法，其特征在于所述的 定位器的运动轴采用封闭式光栅尺，在X、Y、Z三个方向上构成全闭环控制，进而实现三个 方向的精确移动和定位，每4个定位器一组构成数字化调姿单元，基于四点支撑的调姿工 作原理实现装配对象的6自由度位姿调整。
3.根据权利要求1所述的一种大飞机中机身数字化装配布局方法，其特征在于所述的 部件装配站位和加工站位采用多台激光跟踪仪(2)建立装配车间的数字化精度场，实现对 机身零部件和现场工装设备的准确定位。
4.根据权利要求1所述的一种大飞机中机身数字化装配布局方法，其特征在于所述的 主起交点框保形架(6)、下壁板保形架(12)、上壁板保形架(14)或翼身对接框保形架(17) 通过工艺接头与对应的定位器相连，间接实现装配对象的支撑和位姿调整。
5.根据权利要求1所述的一种大飞机中机身数字化装配布局方法，其特征在于所述的 多点阵柔性吸附工装(21)能生成与机身表面几何外形完全一致的吸附点阵，并在伸缩单 元上安装压力传感器，通过力的反馈来控制其进给。
6.根据权利要求1所述的一种大飞机中机身数字化装配布局方法，其特征在于所述的 主起交点孔面加工设备(20)与机身端面和测量点孔加工设备(23)都能实现五轴联动，进 而满足相关孔和面的加工要求。
7.根据权利要求1所述的一种大飞机中机身数字化装配布局方法，其特征在于所述的 部件装配站位和加工站位在人工装配环节通过可视化面板对工人操作进行引导，实现了数 字化预装配仿真。
全文摘要
本发明公开了一种大飞机中机身数字化装配布局方法。大飞机中机身数字化装配布局共分为部件装配站位和加工站位两个站位，工装采用对称布局。部件装配站位涉及的工装包括壁板定位器、主起交点框定位器、激光跟踪仪、壁板保形架、主起交点框保形架、工艺中央翼、翼身对接框保形架、工艺地板、操作台和便携式小型高速孔加工设备。装配站位涉及的工装包括机身定位器、多点阵柔性吸附工装、激光跟踪仪、主起交点孔面加工设备、机身端面和测量点孔加工设备、机身工艺接头和操作台。本发明将中机身装配布局分为多个站位，组建了先进的数字化生产线；提高了中机身装配的精度和效率。
文档编号B64F5/00GK101850850SQ20101013678
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者张洪双, 李江雄, 杨国荣, 柯映林, 梁青霄, 樊新田, 蒋君侠, 邱宝贵, 黄小东 申请人:浙江大学