CN101804565A - 用于飞机整机精加工及装配的生产线 - Google Patents

Abstract

用于飞机整机精加工及装配的生产线，其特征在于在25米移动平台及轨道两侧，依次对称布置用于安装机器人、随行升降操作台以及系统件安装机架和推力装置的左、右两台十字移动平台；用于机身精加工的左、右两台卧式加工中心；位于右侧用于机身垂尾精加工的立式加工中心。左、右侧设备分别共用同一侧的床身；各台机床的数控系统、电、液系统都是独立的，作业程序都受机身主控中心控制，另外设置用于加工机翼垂尾的卧式加工中心，位于该移动平台延长线的后方，此机床的数控系统、电、液系统都是独立的，作业程序受机翼主控中心控制，共同组成生产线。本生产线为了使移动平台适应生产线上飞机机身方向加长的行程，采用了齿轮齿条的驱动方式；完全满足用户提出的不同的机型的需要。

Description

用于飞机整机精加工及装配的生产线

技术领域

本发明涉及机械制造装备，用于飞机制造行业的专用设备。

技术背景

航空航天、军工、汽车、机械制造等行业是一个国家的核心支柱产业，在广泛运用新材料的背景下，要求制造技术与工艺手段不断提高，具有高速、多轴联动、工序复合化特点的高档数控机床越来越受到关注。

国外飞机制造公司非常重视应用高自动化水平的制造系统，提高新飞机研制生产能力，加强企业竞争力。上世纪70年代末80年代先后建立了柔性制造系统(FMS)用于飞机结构件柔性加工，在新机研制中发挥了重要作用。90年代中后期，由于高速切削机床技术的发展和进步，飞机整体加工件的增多，开始较广泛应用柔性加工单元或以柔性加工单元组成柔性生产线来加工飞机整体结构件。

国内飞机制造业在上世纪引进了许多的国外生产技术和工艺装备。但是同一时期国产的精密机床等生产装备并未得到很大提高。结果造成中国飞机制造业的精密机床严重依赖国外进口机床的情况。所谓的国产新型飞机实际上是用进口机床生产的，国内飞机制造企业大多采用单台设备单件加工，固定工装型架，以手工装配为主的方法，飞机数字化柔性加工和装配的研究和应用基本处于空白。

发明内容

本发明的目的是提供一条用于飞机整机精加工及装配的生产线，多台机床相对加工部位对称放置，并且编程及操作与工艺流程一致，布局合理。

用于飞机整机精加工及装配的生产线，包括多台立、卧式加工中心及移动平台，25米移动平台上安装六个带夹具的运动小平台，飞机预装部件通过小平台的移动在对合装配工作区内对合为整机后，25米移动平台将整机机身从对合装配工作区A区移动到加工工作区及机器人操作作业区B区；其特征在于两个工作区设同一移动平台轨道，在B区的25米移动平台两侧，依次对称布置左、右两台十字移动平台、用于安装机器人、随行升降操作台以及系统件安装机架和推力装置，左、右两台卧式加工中心、用于机身精加工；一台立式加工中心位于右侧，用于机身垂尾精加工，左、右各侧分别共用同一侧的床身；各台机床的数控系统、电器柜、液压气动系统都是各自独立的，电器柜位于右侧床身外，作业程序都受机身主控中心控制。另外设置卧式加工中心，位于该移动平台延长线的后方，用于加工机翼垂尾，此机床的数控系统、电器柜、液压气动系统都是各自独立的，电器柜位于机床右侧，作业程序受机翼主控中心控制，共同组成生产线。

本发明根据加工对象特点将机床分布在加工对象的两侧，根据不同的加工位置选择了不同的加工机床，又因加工对象加工位置是对称的，机床也采用对称放置，便于编程及操作，布局合理。

该生产线布局中设置的精加工专用机床是为了适应未来飞机制造/装配技术的发展，为满足我国军机/民机柔性化装配研究和应用需求的高新技术产品，主要用于飞机机身鸭翼孔、机身机翼交点孔/面、机身垂尾交点孔/面精加工及检测，本发明能够提高飞机制造的自动化程度、及飞机组装后整机的精度、增强飞机制造过程中的可靠性和智能性，是国内首创的飞机整机加工专用机床。

附图说明

附图1是用于飞机整机精加工及装配生产线的总体布局图；

附图2是生产线的控制布局示意方框图；

附图3是生产线的控制流程图；

附图4a是左立加工中心、左、右卧式加工中心与机身主控中心电路连接示意图；

附图4b是机身主控中心与左、右平台及机翼主控中心与机加工机翼垂尾卧式加工中心电路连接示意图。

具体实施方式

用于飞机整机精加工及装配的生产线，包括卧式加工中心3、5、立式加工中心6及移动平台1、2、4，分为两个工作区，见图1，其特征在于两个工作区设同一移动平台轨道，齿轮齿条驱动的25米移动平台1上将安装六个带夹具的运动小平台，六个带夹具的运动小平台用于机身对合装配(带夹具的运动小平台不在此详细说明)，25米移动平台1的行程为17米，运动方向与飞机平行，可将对合装配好的飞机从对合装配工作区A移动到加工工作区及机器人操作作业区B，在加工工作区及机器人操作作业区B，沿25米移动平台两侧依次对称布置用于安装机器人、随行升降操作台以及系统件安装机架和推力装置的两个十字移动平台：左侧十字移动平台2、右侧十字移动平台4，用于机身精加工的两台卧式加工中心：左侧卧式加工中心3、右侧卧式加工中心5，它们分别排列于飞机机身两侧，用于机身垂尾精加工的立式加工中心6位于右侧；加工机翼垂尾用卧式加工中心及安装机翼、垂尾的平台另外设置在该移动平台延长线的后方；机身主控中心I，机翼主控中心VIII，机器人控制台IV、X V，机身控制操作台XII，机翼控制操作台X及各部电器柜包括25米移动平台电器柜II，左、右侧十字平台电器柜III、XIV，左、右侧卧式加工中心电器柜V、VI，立式加式中心电器柜VII，加工机翼垂尾用卧式加工中心IX分别设置在生产线的两侧，机身主控中心与作为子单元的各机床双向通讯，控制协同或独立作业，机翼主控中心与加工机翼垂尾用卧式加工中心双向通讯，控制其独立作业，共同组成生产线。

位于飞机机身右侧有十字移动平台、卧式加工中心及立式加工中心，其特征在于三台机床共用同一右侧的床身，在同一套床身上做平行于飞机机身方向的运动，床身总长22.4米，三台机床行程分别为11米、8米和3米，三台机床的数控系统、电器柜、液压气动系统都是各自独立的，可单独进行工作，也可在接受机身主控中心控制后同时进行工作，由于机床行程有重叠区，所以各台机床相对端都配有防撞开关，以保证机床的可靠性和运行安全性。右侧十字移动平台4将安装外购机器人、随行升降操作台以及系统件安装机架和推力装置。因加工件的特殊要求，右侧卧式加工中心5的主轴头为45°万能头，可完成机身右侧面上多个方向上的孔加工；主轴形式为电主轴，最高转速为12000rpm，以满足机身特殊材料的加工要求。卧式加工中心和立式加工中心配置三坐标测量头，可进行加工前孔定位、加工后孔测量；卧式加工中心同时配有刀具测量功能部件，以提高机床的自动化和可靠性。

位于飞机机身左侧有十字移动平台2和卧式加工中心3，两台机床也共用同一床身，在左侧的同一套床身上做平行于飞机机身方向的运行，床身总长为22.4米，两台机床行程分别为11米和8米，两台机床上也都各自配有单独的数控系统、电器柜、液压气动系统，可独立进行工作，也可在接受机身主控中心控制后同时进行工作，由于机床行程有重叠区，所以各台机床相对端都配有防撞开关，以保证机床的可靠性和运行安全性。左侧卧式加工中心主轴头也为45°万能头，可完成机身左侧面上多个方向上的孔加工；主轴形式也为电主轴，最高转速为12000rpm，以满足机身特殊材料的加工要求。左侧卧式加工中心也配置有三坐标测量头，可进行加工前孔定位、加工后孔测量；同时也配有刀具测量功能以提高机床的自动化和可靠性。

机身加工延长线的后方设置有一台独立完整的卧式加工中心7和安装机翼、垂尾的平台8，用于加工飞机左右机翼和飞机垂尾上面和孔，此卧式加工中心与左右侧卧式加工中心一样配有45°万能、主轴型式也为电主轴、配置有三坐标测量头、刀具测量功能器件。

采用此布局的飞机整机精加工及装配生产线，可简单、方便的采用现有成熟的网络化加工技术实施精密自动化作业，完成飞机整机精加工及装配。控制系统将生产线设备分为协作工作单元和独立工作单元，按图2所示，协作工作单元由作为子单元的左、右十字移动平台、25米移动平台、左右卧式加工中心、左侧立式加工中心共同组成，具体加工内容由机身主控中心统一调度，独立作业或协作加工。独立工作单元即是加工机翼垂尾卧式加工中心，与协作工作单元相互独立，由机翼主控中心控制，独立工作。控制系统可采用串口、现场总线、局域网等方式实现机身主控中心与各个子单元的双向通讯。

具体流程如图3所示，下面根据图3说明控制的实施过程：机身、机翼主控中心下发工作任务，各个子单元分别执行并反馈信号给机身、机翼主控中心，次序是：

1)机身主控中心给各个子单元下发工作任务；

2)协作单元内各个子单元及独立单元分别接受工作任务并作准备工作，具体如下：

a)协作单元内的25米移动平台1移动至设置在B区的机械零点，并发出25米移动平台2准备就绪信号反馈至机身主控中心；

b)协作单元内的左、右侧十字移动平台2、4各坐标轴回到坐标零点，动作完成后将准备就绪信号反馈至机身主控中心；

c)协作单元内的左、右侧卧式加工中心3、5各坐标轴回到坐标零点，动作完成后将准备就绪信号反馈至机身主控中心；

d)协作单元内的立式加工中心6各坐标轴回到坐标零点，动作完成后将准备就绪信号反馈至机身主控中心；

e)独立单元内的加工机翼垂尾用卧式加工中心7各坐标轴回到坐标零点，动作完成后将准备就绪信号反馈至机翼主控中心；

3)协作单元的所有子单元准备就绪后，各个子单元开始执行各自的加工工作任务；独立单元准备就绪后开始执行加工工作任务；

4)如果协作单元及独立单元任务完成，则工作任务结束。

图4a及图4b为机身和机翼主控中心与各子控制单元的电路连接示意图，在生产线机身与机翼主控中心上安装有局域网控制系统，此控制系统利用RPC SINUMERIK软件提供的控件编制而成，通过基于Ethernet/TCP-IP的接口与各个子单元安装的RPC SINUMERIK连接通讯，实现对各个单元的状态监控、任务下达、及信息交互等功能。图4a及图4b的前部均是由机身主控中心通过网口与左侧立式电器柜、左、右侧卧式加工中心电器柜、左、右侧十字移动平台电器柜通过网口连通，附图4b是机翼主控中心与独立通过网口与机翼垂尾卧式加工中心电器柜连通；各个子单元内的电路连接方式相同，操作控制单元PCU通过X600总线接口连接各自的数控单元NCU的X101总线接口，数控单元NCU通过X102接口连接PLC输入输出模块的IM151接口，通过X130接口连接驱动模块的X141接口，实现对电机及辅助设备的控制。

Claims (4)

1.一种用于飞机整机精加工及装配的生产线，包括多台立、卧式加工中心及移动平台，25米移动平台上安装六个带夹具的运动小平台，飞机预装部件通过小平台的移动在对合装配工作区内对合为整机后，25米移动平台将整机机身从对合装配工作区A区移动到加工工作区及机器人操作作业区B区；其特征在于两个工作区设同一移动平台轨道，在B区的25米移动平台两侧，依次对称布置左、右两台十字移动平台、用于安装机器人、随行升降操作台以及系统件安装机架和推力装置，左、右两台卧式加工中心、用于机身精加工；一台立式加工中心位于右侧，用于机身垂尾精加工，左、右各侧分别共用同一侧的床身；另外设置卧式加工中心，位于该移动平台延长线的后方，用于加工机翼垂尾，各台机床的数控系统、电器柜、液压气动系统都是各自独立的，电器柜位于右侧床身外，作业程序都受机身主控系统控制，共同组成生产线。

2.根据权利要求1所述的用于飞机整机精加工及装配的生产线，其特征在于控制系统将生产线设备分为协作工作单元和独立工作单元：协作工作单元由作为子单元的左、右十字移动平台、25米移动平台、左右卧式加工中心、左侧立式加工中心共同组成，具体加工内容由机身主控中心统一调度，独立作业或协作加工；独立工作单元即是加工机翼垂尾卧式加工中心，由机翼主控中心控制，独立工作；控制系统采用串口、现场总线或局域网方式实现机身主控中心与各个子单元的双向通讯。

3.根据权利要求1所述的用于飞机整机精加工及装配的生产线，其特征在于总控制台控制作业程序：总控制台发出信号控制协作工作单元两侧床身上的各台机床动作，次序是首先向25米移动平台发出移动信号，并得到到位信号反馈，再依次向下一位置的机床发布下一信号：左、右侧十字移动平台、左、右侧卧式加工中心、左侧立式加工中心；总控制台单独为独立工作单元加工机翼垂尾的卧式加工中心发送信号；总控制台接收所有到位反馈信号后，可发出使所有机床同时或分别工作指令，工作顺序依所加工件决定。

4.根据权利要求1所述的用于飞机整机精加工及装配的生产线，其特征在于主控系统利用RPC SINUMERIK软件提供的控件编制而成，通过基于Ethernet/TCP-IP的接口与各个子单元安装的RPC SINUMERIK连接通讯，实现对各个单元的状态监控、任务下达、及信息交互等功能；各个子单元的操作控制单元PCU通过X600总线接口连接各自的数控单元NCU的X101总线接口，数控单元NCU通过X102接口连接PLC输入输出模块的IM151接口，通过X130接口连接驱动模块的X141接口，实现对电机及辅助设备的控制。

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