CN102745338A - 一种大型飞机中机身数字化装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型飞机中机身数字化装配系统。它包括调姿定位系统基础平台、调姿定位器单元、保型架、工艺接头、端面保型框定位器、工艺地板、模块化外部操作台和机器人加工设备。该发明通过数控定位器、保型架和工艺接头相结合的形式解决各壁板组件的柔性支撑、姿态调整和准确定位，实现无应力或少应力装配；通过数控定位器的协调运动实现壁板组件变形的弹性恢复；采用工业机器人制孔技术和镗孔技术，提高中机身装配中对缝区域的连接质量和对主起交点孔进行镗孔加工，提高孔的位置和表面精度；采用工业机器人辅助装配技术，对系统件进行精确定位安装；通过配置若干数控定位器的安装位置，可以适应机身长度变化，系统具有一定的拓展性。

Description

一种大型飞机中机身数字化装配系统

技术领域

    本发明涉及一种大型飞机中机身数字化装配系统，属于飞机数字化装配技术领域。

背景技术

飞机装配是飞机制造环节中极其重要的一环。大型飞机装配由于产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多、协调部位复杂，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，是飞机制造的关键和核心环节。经济、军事发达国家对飞机装配技术十分关注，投入巨资研发基于数字化设计、制造、测量和控制的飞机自动化装配技术，已经取得了令人瞩目的成功。

近年来，我国航空制造企业引进了大量世界一流的数控机床，飞机零件数控加工能力得到了加强，飞机零件的加工质量和效率显著提高。但是飞机的部件装配与整机装配仍然沿用20世纪六七十年代原苏联的模拟量协调方法，大量采用刚性工装，纯人工的落后装配技术，装配质量和效率低下，不能满足现代军机、民机长寿命、高可靠性要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种满足现代飞机制造长寿命、高可靠性要求的大型飞机中机身数字化装配系统

用于一种大型飞机中机身数字化装配系统，整个装配系统主要包括调姿定位系统基础平台、调姿定位器单元、保型架、工艺接头、端面保型框定位器、工艺地板、模块化外部操作台和机器人加工设备八个大部分组成。

调姿定位系统基础平台固定在车间地面上，调姿定位器单元、端面保型框定位器和机器人加工设备安装在调姿定位系统基础平台上，保型架上设有工艺接头，并与调姿定位器单元连接，端面保型框定位器包括前端面保型框定位器和后端面保型框定位器，在前端框定位器和后端框定位器之间安装有工艺地板，在调姿定位系统基础平台四周设有模块化外部操作台。

调姿定位器单元包括第一调姿定位器、第二调姿定位器、第三调姿定位器、第四调姿定位器、第五调姿定位器、第六调姿定位器、第七调姿定位器、第八调姿定位器、第九调姿定位器、第十调姿定位器、第十一调姿定位器、第十二调姿定位器、第十三调姿定位器、第十四调姿定位器、第十五调姿定位器、第十六调姿定位器和调姿定位系统支撑框架。

第七调姿定位器、第八调姿定位器、第十五调姿定位器、第十六调姿定位器安装在地面上，第一调姿定位器、第二调姿定位器、第三调姿定位器、第四调姿定位器、第五调姿定位器、第六调姿定位器、第九调姿定位器、第十调姿定位器、第十一调姿定位器、第十二调姿定位器、第十三调姿定位器、第十四调姿定位器安装在调姿定位系统支撑框架上，调姿定位系统支撑框架与调姿定位系统基础平台通过法兰相连。

保型架包括第一上壁板保型架、机身下壁板辅助托架、第二上壁板保型架、翼身对接框保型架、第一主起交点框保型架、第二主起交点框保型架。

第一上壁板保型架、第二上壁板保型架与第一调姿定位器和第一调姿定位器调姿定位器形成球铰连接，翼身对接框保型架与第九调姿定位器和第十二调姿定位器调姿定位器形成球铰连接，第一主起交点框保型架与第十五调姿定位器调姿定位器形成球铰连接，第二主起交点框保型架与第十六调姿定位器调姿定位器形成球铰连接，机身下壁板辅助托架通过法兰固定在调姿定位系统基础平台上。

工艺接头包括第一工艺接头、第二工艺接头、第三工艺接头、第四工艺接头、第五工艺接头、第六工艺接头、第七工艺接头、第八工艺接头、第九工艺接头、第十工艺接头、第十一工艺接头、第十二工艺接头、第十三工艺接头、第十四工艺接头、第十五工艺接头、第十六工艺接头、第十七工艺接头、第十八工艺接头。

其中第一工艺接头、第二工艺接头、第六工艺接头、第七工艺接头、第八工艺接头、第九工艺接头、第十工艺接头、第十一工艺接头、第十五工艺接头、第十六工艺接头、第十七工艺接头、第十八工艺接头安装在中机身壁板组件上，第三工艺接头、第四工艺接头、第五工艺接头固定在第一上壁板保型架上，第十二工艺接头、第十三工艺接头、第十四工艺接头固定在第二上壁板保型架上。

模块化外部操作台包括模块化外部工作平台、右侧四层伸缩平台、右侧三层伸缩平台、左侧四层伸缩平台、左侧三层伸缩平台、第一对缝处升降操作梯、机身下部移动操作台、第二对缝处升降操作梯、机身内部移动操作台、第一机身端面处移动操作台、第二机身端面处移动操作台、第一后吊挂式伸缩平台、第二后吊挂式伸缩平台、第三前吊挂式伸缩平台、第四前吊挂式伸缩平台。

右侧四层伸缩平台、右侧三层伸缩平台、左侧四层伸缩平台、左侧三层伸缩平台、第一后吊挂式伸缩平台、第二后吊挂式伸缩平台、第三前吊挂式伸缩平台、第四前吊挂式伸缩平台可以前后伸缩安装固定在模块化外部工作平台上通过法兰与地面相连，第一对缝处升降操作梯、第二对缝处升降操作梯固定在调姿定位系统基础平台上部；机身下部移动操作台放置在调姿定位系统基础平台上部可以任意位置移动；机身内部移动操作台放置在工艺地板导轨面上沿导轨方向移动；第一机身端面处移动操作台放置在机身前端面保型框定位器后部可以前后推动、第二机身端面处移动操作台机身后端面保型框定位器后部可以前后推动。

机器人加工设备安装在调姿定位系统基础平台上包括第一KUKA工业机器人、第一机器人附加移动第七轴、第二KUKA工业机器人、第二机器人附加移动第七轴、机器人制孔（镗孔）未端执行器。

第一KUKA工业机器人和第二KUKA工业机器人分别安装有机器人制孔（镗孔）未端执行器形成机器人制孔（镗孔）加工设备，机器人制孔（镗孔）加工设备又分别固定在第一机器人附加移动第七轴、第二机器人附加移动第七轴上前后移动。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1）通过数控定位器解决各壁板组件的柔性支撑、姿态调整和准确定位，实现无应力或少应力装配；

2）通过数控定位器的协调运动实现壁板组件变形的弹性恢复；

3）综合采用数控定位和适当刚性定位，降低中机身装配的工装成本，提高了中机身的装配效率和质量；

4）通过保型架和工艺接头相结合的形式，实现上壁板、主起交点框、翼身对接框的支撑、调姿和定位，保证关键协调结构在装配和连接过程中的定位准确度；

5）采用工业机器人制孔技术，提高中机身装配中对缝区域的连接质量和效率；

6）采用工业机器人镗孔技术，对中机身主起交点孔进行镗孔加工，提高孔的位置和表面精度；

7）采用工业机器人辅助装配技术，对中机身系统件进行精确定位安装；

8）通过简单调整中机身装配系统中若干定位器的安装位置，可以适应机身长度变化，系统具有一定的拓展性；

9）采用整体调姿定位系统基础平台，有效分散载荷，降低了系统对安装地面的承载要求，不需开挖地坑；

10）调姿定位系统基础平台、调姿定位系统支撑框架、外部工作平台等采用模块化结构，快速法兰连接，系统可移位，搬迁成本低。

附图说明

    图1是大型飞机中机身数字化装配系统中机身前段主视图；

图2是大型飞机中机身数字化装配系统中机身后段主视图；

图3是大型飞机中机身数字化装配系统主视图； 

图4是大型飞机中机身数字化装配系统不含模块化外部工作平台右视图； 

图5是大型飞机中机身数字化装配系统右视图；

图6是大型飞机中机身数字化装配系统俯视图。

具体实施方式

如附图1、2、3、4、5、6所示，用于大型飞机中机身数字化装配系统包括调姿定位系统基础平台21、调姿定位器单元、保型架、工艺接头、端面保型框定位器、工艺地板61、模块化外部操作台和机器人加工设备。

调姿定位系统基础平台21固定在车间地面上，调姿定位器单元、端面保型框定位器和机器人加工设备安装在调姿定位系统基础平台21上，保型架上设有工艺接头，并与调姿定位器单元连接，端面保型框定位器包括前端面保型框定位器50和后端面保型框定位器51，在前端框定位器50和后端框定位器51之间安装有工艺地板61，在调姿定位系统基础平台21四周设有模块化外部操作台。

调姿定位器单元包括第一调姿定位器2、第二调姿定位器3、第三调姿定位器4、第四调姿定位器16、第五调姿定位器18、第六调姿定位器19、第七调姿定位器26、第八调姿定位器30、第九调姿定位器34、第十调姿定位器35、第十一调姿定位器36、第十二调姿定位器46、第十三调姿定位器47、第十四调姿定位器48、第十五调姿定位器58、第十六调姿定位器63和调姿定位系统支撑框架1。

第七调姿定位器26、第八调姿定位器30、第十五调姿定位器58、第十六调姿定位器63安装在地面上，第一调姿定位器2、第二调姿定位器3、第三调姿定位器4、第四调姿定位器16、第五调姿定位器18、第六调姿定位器19、第九调姿定位器34、第十调姿定位器35、第十一调姿定位器36、第十二调姿定位器46、第十三调姿定位器47、第十四调姿定位器48安装在调姿定位系统支撑框架1上，调姿定位系统支撑框架与调姿定位系统基础平台21通过法兰相连。

保型架包括第一上壁板保型架10、机身下壁板辅助托架27、第二上壁板保型架49、翼身对接框保型架39、第一主起交点框保型架59、第二主起交点框保型架64。

第一上壁板保型架10与第一调姿定位器2和第一调姿定位器16调姿定位器形成球铰连接，第二上壁板保型架49与第一调姿定位器2和第一调姿定位器16调姿定位器形成球铰连接，翼身对接框保型架39与第九调姿定位器34和第十二调姿定位器46调姿定位器形成球铰连接，第一主起交点框保型架59与第十五调姿定位器58调姿定位器形成球铰连接，第二主起交点框保型架64与第十六调姿定位器63调姿定位器形成球铰连接，机身下壁板辅助托架27通过法兰固定在调姿定位系统基础平台21上。

工艺接头包括第一工艺接头7、第二工艺接头8、第三工艺接头9、第四工艺接头11、第五工艺接头12、第六工艺接头13、第七工艺接头14、第八工艺接头25、第九工艺接头29、第十工艺接头37、第十一工艺接头38、第十二工艺接头40、第十三工艺接头41、第十四工艺接头43、第十五工艺接头44、第十六工艺接头45、第十七工艺接头60、第十八工艺接头62。

其中第一工艺接头7、第二工艺接头8、第六工艺接头13、第七工艺接头14、第八工艺接头25、第九工艺接头29、第十工艺接头37、第十一工艺接头38、第十五工艺接头44、第十六工艺接头45、第十七工艺接头60、第十八工艺接头62安装在中机身壁板组件上，第三工艺接头9、第四工艺接头11、第五工艺接头12固定在第一上壁板保型架10上，第十二工艺接头40、第十三工艺接头41、第十四工艺接头43固定在第二上壁板保型架49上。

模块化外部操作台包括模块化外部工作平台20、右侧四层伸缩平台5、右侧三层伸缩平台6、左侧四层伸缩平台15、左侧三层伸缩平台17、第一对缝处升降操作梯24、机身下部移动操作台28、第二对缝处升降操作梯31、机身内部移动操作台42、第一机身端面处移动操作台52、第二机身端面处移动操作台53、第一后吊挂式伸缩平台54、第二后吊挂式伸缩平台55、第三前吊挂式伸缩平台56、第四前吊挂式伸缩平台57。

右侧四层伸缩平台5、右侧三层伸缩平台6、左侧四层伸缩平台15、左侧三层伸缩平台17、第一后吊挂式伸缩平台54、第二后吊挂式伸缩平台55、第三前吊挂式伸缩平台56、第四前吊挂式伸缩平台57可以前后伸缩安装固定在模块化外部工作平台20上通过法兰与地面相连，第一对缝处升降操作梯24、第二对缝处升降操作梯31固定在调姿定位系统基础平台21上部；机身下部移动操作台28放置在调姿定位系统基础平台21上部可以任意位置移动；机身内部移动操作台42放置在工艺地板61导轨面上沿导轨方向移动；第一机身端面处移动操作台52放置在机身前端面保型框定位器50后部可以前后推动、第二机身端面处移动操作台53机身后端面保型框定位器51后部可以前后推动。

机器人加工设备安装在调姿定位系统基础平台21上包括第一KUKA工业机器人22、第一机器人附加移动第七轴 23、第二KUKA工业机器人32、第二机器人附加移动第七轴 33、机器人制孔（镗孔）未端执行器65。

第一KUKA工业机器人22和第二KUKA工业机器人32分别安装有机器人制孔（镗孔）未端执行器65形成机器人制孔（镗孔）加工设备，机器人制孔（镗孔）加工设备又分别固定在第一机器人附加移动第七轴23、第二机器人附加移动第七轴33上前后移动。

本发明系统安装中机身时，采用二个第二调姿定位器3和第三调姿定位器4或第五调姿定位器18和第六调姿定位器19组成调姿单元对中机身前左侧壁板或前右侧壁板组件组件进行调姿、定位和校形；二个或三个第七调姿定位器26和第八调姿定位器30组成调姿单元对中机身前下壁板或后下壁板组件进行调姿、定位和校形；采用三个第十调姿定位器35和第十一调姿定位器36或第十三调姿定位器47和第十四调姿定位器48组成调姿单元对中机身后左侧壁板或后右侧壁板组件进行调姿、定位和校形。

本发明系统安装中机身时，采用第一上壁板保型架10上通过安装第三工艺接头9、第四工艺接头11、第五工艺接头2与中机身前上壁板相连实现对中机身前上壁板保型和定位；第二上壁板保型架49上通过安装第十二工艺接头40、第十三工艺接头41、第十四工艺接头43与中机身后上壁板相连实现对中机身后上壁板保型和定位。

本发明系统安装中机身时，采用翼身对接框保型架39上面安装工艺接球头与第九调姿定位器34、第十一调姿定位器36形式球铰连接，通过二个第九调姿定位器34和第十一调姿定位器36组成调姿单元，来实现翼身对接框保型架39在中机身位置的数字化定位，完成飞机翼身对接框的定位和安装。

本发明系统安装中机身时，采用第一主起交点框保型架59和第二主起交点框保型架64上面安装工艺球头与第十五调姿定位器58、第十六调姿定位器63形式球铰连接，通过二个第十五调姿定位器58和第十六调姿定位器63组成调姿单元，来实现第一主起交点框保型架59和第二主起交点框保型架64在中机身位置的数字化定位，完成飞机左、右主起交点框的定位和安装。

本发明系统安装中机身时，采用第一KUKA工业机器人22和第二KUKA工业机器人32分别安装有机器人制孔（镗孔）未端执行器65形成机器人制孔（镗孔）加工设备，机器人制孔（镗孔）加工设备又分别固定在第一机器人附加移动第七轴 23、第二机器人附加移动第七轴33上前后移动，可以方便对不同位置的四个主起交点框交点的镗孔精加工。

Claims (1)

1. 一种大型飞机中机身数字化装配系统，其特征在于包括调姿定位系统基础平台（21）、调姿定位器单元、保型架、工艺接头、端面保型框定位器、工艺地板（61）、模块化外部操作台和机器人加工设备；

调姿定位系统基础平台（21）固定在车间地面上，调姿定位器单元、端面保型框定位器和机器人加工设备安装在调姿定位系统基础平台（21）上，保型架上设有工艺接头，并与调姿定位器单元连接，端面保型框定位器包括前端面保型框定位器（50）和后端面保型框定位器（51），在前端框定位器（50）和后端框定位器（51）之间安装有工艺地板（61），在调姿定位系统基础平台（21）四周设有模块化外部操作台；

调姿定位器单元包括第一调姿定位器（2）、第二调姿定位器（3）、第三调姿定位器（4）、第四调姿定位器（16）、第五调姿定位器（18）、第六调姿定位器（19）、第七调姿定位器（26）、第八调姿定位器（30）、第九调姿定位器（34）、第十调姿定位器（35）、第十一调姿定位器（36）、第十二调姿定位器（46）、第十三调姿定位器（47）、第十四调姿定位器（48）、第十五调姿定位器（58）、第十六调姿定位器（63）和调姿定位系统支撑框架（1）；

第七调姿定位器（26）、第八调姿定位器（30）、第十五调姿定位器（58）、第十六调姿定位器（63）安装在地面上，第一调姿定位器（2）、第二调姿定位器（3）、第三调姿定位器（4）、第四调姿定位器（16）、第五调姿定位器（18）、第六调姿定位器（19）、第九调姿定位器（34）、第十调姿定位器（35）、第十一调姿定位器（36）、第十二调姿定位器（46）、第十三调姿定位器（47）、第十四调姿定位器（48）安装在调姿定位系统支撑框架（1）上，调姿定位系统支撑框架（1）与调姿定位系统基础平台（21）通过法兰相连；

保型架包括第一上壁板保型架（10）、机身下壁板辅助托架（27）、第二上壁板保型架（49）、翼身对接框保型架（39）、第一主起交点框保型架（59）、第二主起交点框保型架（64）；

第一上壁板保型架（10）、第二上壁板保型架（49）与第一调姿定位器（2）和第一调姿定位器（16）调姿定位器形成球铰连接，翼身对接框保型架（39）与第九调姿定位器（34）和第十二调姿定位器（46）调姿定位器形成球铰连接，第一主起交点框保型架（59）与第十五调姿定位器（58）调姿定位器形成球铰连接，第二主起交点框保型架（64）与第十六调姿定位器（63）调姿定位器形成球铰连接，机身下壁板辅助托架（27）通过法兰固定在调姿定位系统基础平台（21）上；

工艺接头包括第一工艺接头（7）、第二工艺接头（8）、第三工艺接头（9）、第四工艺接头（11）、第五工艺接头（12）、第六工艺接头（13）、第七工艺接头（14）、第八工艺接头（25）、第九工艺接头（29）、第十工艺接头（37）、第十一工艺接头（38）、第十二工艺接头（40）、第十三工艺接头（41）、第十四工艺接头（43）、第十五工艺接头（44）、第十六工艺接头（45）、第十七工艺接头（60）、第十八工艺接头（62）；

其中第一工艺接头（7）、第二工艺接头（8）、第六工艺接头（13）、第七工艺接头（14）、第八工艺接头（25）、第九工艺接头（29）、第十工艺接头（37）、第十一工艺接头（38）、第十五工艺接头（44）、第十六工艺接头（45）、第十七工艺接头（60）、第十八工艺接头（62）安装在中机身壁板组件上，第三工艺接头（9）、第四工艺接头（11）、第五工艺接头（12）固定在第一上壁板保型架（10）上，第十二工艺接头（40）、第十三工艺接头（41）、第十四工艺接头（43）固定在第二上壁板保型架（49）上；

模块化外部操作台包括模块化外部工作平台（20）、右侧四层伸缩平台（5）、右侧三层伸缩平台（6）、左侧四层伸缩平台（15）、左侧三层伸缩平台（17）、第一对缝处升降操作梯（24）、机身下部移动操作台（28）、第二对缝处升降操作梯（31）、机身内部移动操作台（42）、第一机身端面处移动操作台（52）、第二机身端面处移动操作台（53）、第一后吊挂式伸缩平台（54）、第二后吊挂式伸缩平台（55）、第三前吊挂式伸缩平台（56）、第四前吊挂式伸缩平台（57）；

右侧四层伸缩平台（5）、右侧三层伸缩平台（6）、左侧四层伸缩平台（15）、左侧三层伸缩平台（17）、第一前后吊挂式伸缩平台（54）、第二前后吊挂式伸缩平台（55）、第三前后吊挂式伸缩平台（56）、第四前后吊挂式伸缩平台（57）可以前后伸缩安装固定在模块化外部工作平台（20）上通过法兰与地面相连，第一对缝处升降操作梯（24）、第二对缝处升降操作梯（31）固定在调姿定位系统基础平台（21）上部；机身下部移动操作台（28）放置在调姿定位系统基础平台（21）上部可以任意位置移动；机身内部移动操作台（42）放置在工艺地板（61）导轨面上沿导轨方向移动；第一机身端面处移动操作台（52）放置在机身前端面保型框定位器（50）后部可以前后推动、第二机身端面处移动操作台（53）机身后端面保型框定位器（51）后部可以前后推动；

机器人加工设备安装在调姿定位系统基础平台（21）上包括第一KUKA工业机器人（22）、第一机器人附加移动第七轴 （23）、第二KUKA工业机器人（32）、第二机器人附加移动第七轴 （33）、机器人制孔（镗孔）未端执行器（65）；

第一KUKA工业机器人（22）和第二KUKA工业机器人（32）分别安装有机器人制孔（镗孔）未端执行器（65）形成机器人制孔（镗孔）加工设备，机器人制孔（镗孔）加工设备又分别固定在第一机器人附加移动第七轴 （23）、第二机器人附加移动第七轴 （33）上前后移动。

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