CN109552663B - 一种柔性定位器以及应用其装配复合材料翼盒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性定位器以及应用其装配复合材料翼盒的方法，其中该定位器包括底座、转动球头和定位平板，所述定位平板上设有用于装配前梁或后梁的定位孔，所述转动球头包括球头本体以及与所述球头本体固接的螺杆，所述定位平板上设有与球头本体相匹配的球头孔。该装配方法包括以下步骤：首先获取柔性定位器上的定位平板的理论安装位置，其次将柔性定位器安装到型架的预设位置，并调整球头本体的位置并控制所述定位平板绕球头本体旋转，将定位平板调整至理论安装位置；然后分别旋转调节螺钉将该定位平板限定在理论安装位置；最后固定前、后梁，并装配翼盒其余部件。本发明能够缩短翼盒装配工装设计与制造周期、降低生产成本。

Description

一种柔性定位器以及应用其装配复合材料翼盒的方法

技术领域

本发明涉及一种柔性定位器以及应用其装配复合材料翼盒的方法，属于飞机装配技术领域。

背景技术

飞机装配工作量约占整个生产周期的50%，且飞机制造准确度很大程度上取决于装配准确度，因而装配工作在飞机制造过程中占有重要地位。由于组成飞机结构的各零部件数量众多，几何外形差异较大，且存在大量的低刚度构件，因此飞机装配大多在专门设计的装配型架上进行，装配准确度主要依靠型架来保证。

装配型架主要包含四个组成部分，即骨架、定位器、夹紧器及辅助装置。骨架主要用于安装定位器和夹紧器等结构，此外还要承受整个装配体的重量；定位器用于确定构件的正确位置，通过定位平面、定位孔等结构确定构件的装配位置；夹紧器可以使装配件保持正确的位置，在装配过程中不发生错动；辅助装置包括照明设备、气源和扶梯等，用于辅助装配工作的进行。定位器在装配型架中发挥着重要作用，是型架的主要功能元件，用于确定构件的正确位置，定位件必须准确可靠，相互协调及使用方便。

飞机装配中的复合材料翼盒包括上壁板、下壁板、前梁、后梁和翼肋，而翼肋又由左肋、中间肋和右肋构成。前梁和后梁均为碳纤维环氧树脂复合材料层压板，截面为C型，使用热压罐固化成型，装配时其内外表面可以作为定位平面使用，装配前要在梁两端的工艺耳片上分别加工一个圆孔和一个长圆孔，与定位平面配合确定梁的位置。三根翼肋的材料均为铝合金，通过数控加工切削成最终形状，上下壁板均为复合材料层压板。复合材料翼盒装配时，首先要将前、后梁和翼肋在型架上进行定位、夹紧、制孔和连接，形成翼盒骨架结构，然后再将上、下壁板上型架进行定位、夹紧、制孔和连接。

现代制造业正在从大规模单一品种批量化生产，向小批量多品种定制化方向发展。飞机制造同样遵循这一规律，因而即使在同一型飞机中，也常会因为设计更改而导致复合材料翼盒的局部结构发生轻微改变，但传统工装的定位器均为固定结构。复合材料翼盒发生改变后，旧有的工装便不能使用，必须重新设计新的工装，这将导致生产周期的延长和生产成本的提高；此外，在新机型研制过程中，不可避免地存在部分复合材料翼盒结构的经常性改动，这就导致型架需要多次重新设计制造，最终影响飞机的研制周期。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提出一种可以在一定范围内适应复合材料翼盒结构的变化、能够提高适用范围、缩短工装设计与制造周期、降低生产成本的柔性定位器以及应用该定位器装配复合材料翼盒的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之一是：一种柔性定位器，包括底座、转动球头和定位平板，所述定位平板位于底座的上方，所述定位平板上设有用于装配前梁或后梁的定位孔；

所述底座为L形结构，由制为一体的竖板和横板组成，所述竖板上设有用于连接型架的销孔和/或螺纹孔，所述横板上设有球头安装螺纹孔、三个调节螺钉安装螺纹孔以及与调节螺钉安装螺纹孔一一对应的三个调节螺钉，所述球头安装螺纹孔位于横板中心，三个调节螺钉安装螺纹孔均围绕在球头安装螺纹孔的周边并呈三角形分布；

所述转动球头包括球头本体以及与所述球头本体固接的螺杆，所述定位平板上设有与球头本体相匹配的球头孔，所述球头本体的下部陷入球头孔内，所述螺杆穿过球头孔后球头安装螺纹孔螺接；所述调节螺钉穿过螺钉安装螺纹孔后与定位平板相抵。

为了方便定位平板的定位，所述定位平板上设有三个激光跟踪仪靶球。这样就可以配合激光跟踪仪来对定位平板进行定位。

优选的，所述调节螺钉靠近定位平板的端部为半圆形。

优选的，所述竖板和横板之间设有加强筋。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之二是：一种应用技术方案之一的柔性定位器的复合材料翼盒装配方法，包括以下步骤：

步骤一、通过模拟装配前梁和后梁来获取四个柔性定位器上的定位平板的理论安装位置，其中两个柔性定位器用于定位前梁，另外两个柔性定位器用于定位后梁；

步骤二、将四个柔性定位器安装到型架的预设位置，使用销钉和/或螺钉将柔性定位器的底座与型架的骨架相连接；

步骤三、调整每个柔性定位器的调节螺钉的位置，使其与相应的定位平板隔开预定距离；调整球头本体的位置并控制所述定位平板绕球头本体旋转，将定位平板调整至理论安装位置；

步骤四、分别旋转每个柔性定位器上的三个调节螺钉，使其端部与对应的定位平板相接触，从而将该定位平板限定在理论安装位置；

步骤五、通过柔性定位器上的定位平板与定位孔分别将前、后梁固定在柔性定位器上；

步骤六、将翼肋和上、下壁板进行定位，并将翼肋、上壁板、下壁板、前梁和后梁进行制孔与连接。

上述技术方案之二的进一步改进是：所述定位平板上安装三个激光跟踪仪靶球；步骤一中模拟装配前梁和后梁时，预先得到定位平板上靶球球心的坐标值，作为位置调整的依据；步骤三中，在激光跟踪仪和调节螺钉的配合下，控制定位平板绕球头本体旋转，将定位平板调整至理论安装位置。

上述技术方案之二的再进一步改进是：步骤五、通过柔性定位器上的定位平板与定位孔分别将前、后梁限定在柔性定位器上后，进一步使用C型夹将前、后梁夹持固定在柔性定位器上。

本发明针对复合材料翼盒装配时的定位操作，设计了一种定位平板位姿可调的柔性定位器，用于装配翼盒中的前梁和后梁。本发明中的定位平板位姿可调的柔性定位器，可以适应飞机装配结构中由于设计更改所造成的装配件位置的变化，也可以适应由于工装结构改变而导致的定位器位置的调整。

本发明利用该柔性定位器对翼盒进行装配，可以适应装配体由于局部结构变化而造成的位置改变，并可适用于多种不同类型结构件的定位，可以明显提高定位器及装配工装的柔性及适应性，节约设计成本，缩短制造周期，从而大大提高飞机的装配效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例中柔性定位器的等轴测示意图。

图2是柔性定位器的主视示意图。

图3是柔性定位器的俯视示意图。

图4是利用柔性定位器装配前梁和后梁的示意图。

附图标记：底座1，横板2，调节螺钉3，螺纹孔4，销孔5，加强筋6，竖板7，定位孔10，定位平板11，转动球头12，激光跟踪仪靶球13，螺杆14，型架20，柔性定位器21，后梁22，前梁23。

具体实施方式

实施例

本实施例中使用的翼盒包括前梁、后梁、左肋、中肋、右肋、上壁板与下壁板等七个组成部分，各部分间通过高锁螺栓进行连接。其中，前梁和后梁均为碳纤维环氧树脂复合材料层压板，截面为C型，使用热压罐固化成型，装配时其内外表面可以作为定位平面使用，装配前要在梁两端的工艺耳片上分别加工一个圆孔和一个长圆孔，与定位平面配合确定梁的位置。三根翼肋的材料均为铝合金，通过数控加工切削成最终形状。上下壁板均为复合材料层压板。

如图4所示，本实施例涉及一种柔性定位器21，该柔性定位器21安装在型架20上用于装配复合材料翼盒的前梁23和后梁22。

如图1-3所示，柔性定位器21包括底座1、转动球头12和定位平板11，所述定位平板11位于底座1的上方，所述定位平板11上设有用于装配前梁23或后梁22的定位孔10；

如图1-4所示，所述底座1为L形结构，由制为一体的竖板7和横板2组成，所述竖板7和横板2之间设有加强筋6。所述竖板7上设有用于连接型架20的销孔5和螺纹孔4，所述横板上2设有球头安装螺纹孔、三个调节螺钉安装螺纹孔以及与调节螺钉安装螺纹孔一一对应的三个调节螺钉3，所述球头安装螺纹孔位于横板2中心，三个调节螺钉安装螺纹孔均围绕在球头安装螺纹孔的周边并呈三角形分布（可参考调节螺钉与转动球头12的螺杆位置）。

所述转动球头12包括球头本体以及与所述球头本体固接的螺杆14，所述定位平板11上设有与球头本体相匹配的球头孔，所述球头本体的下部陷入球头孔内，所述螺杆14穿过球头孔后与球头安装螺纹孔螺接。所述调节螺钉3穿过螺钉安装螺纹孔后与定位平板11相抵。优选的，调节螺钉3靠近定位平板11的端部为半圆形，远离定位平板11的端部（位于横板2下方）呈方便旋转的外六角形状。

本实施中的柔性定位器21还可以作以下改进：定位平板11上设有三个激光跟踪仪靶球13。

本实施例还涉及一种柔性定位器的复合材料翼盒装配方法，包括以下步骤：

步骤一、通过模拟装配前梁23和后梁22来获取四个柔性定位器21上的定位平板11的理论安装位置，其中两个柔性定位器21用于定位前梁23，另外两个柔性定位器21用于定位后梁22。

本步骤为现有技术，例如可以在CATIA软件中进行模拟装配，模拟装配包含两部分，一是型架的装配，二是翼盒的装配。型架装配时，柔性定位器位置的确定具有一定自由度，因为定位平板在一定范围内位姿可调。柔性定位器位置确定后，将前、后梁分别进行模拟装配，每个梁通过安装在两个立柱上的柔性定位器协调进行定位，通过两个定位平面，一个定位圆孔和一个定位长圆孔确定前后梁的理论位置。

步骤二、将四个柔性定位器21安装到型架20的预设位置，使用销钉和/或螺钉将柔性定位器的底座1的竖板与型架20的骨架相连接。本实施例中每个底座1的竖板上各设有两个销孔和两个孔，使用销钉将底座定位并使用螺钉将其与工装骨架相连接。

步骤三、调整每个柔性定位器21的调节螺钉3的位置，使其与相应的定位平板11隔开预定距离；调整球头本体的位置并控制所述定位平板11绕球头本体旋转，将定位平板11调整至所述理论安装位置。

步骤四、分别旋转每个柔性定位器21上的三个调节螺钉3，使其端部（该端部优选为半圆形）与对应的定位平板11相接触，从而将该定位平板11限定在理论安装位置。

在实施时，为了方便操作，在定位平板1上设置三个呈三角形分布的激光跟踪仪靶球13，在步骤一中模拟装配时，预先得到定位平板上靶球球心的坐标值，作为位置调整的依据。这样，通过靶球13与激光跟踪仪的配合，通过旋转调节螺钉就可以保证定位平板11位于理论安装位置梁的理论位置。

步骤五、如图4所示，通过柔性定位器上的定位平板与定位孔分别将前、后梁限定在柔性定位器上，然后使用C型夹将前、后梁夹在柔性定位器上进一步固定。

步骤六、将翼肋和上、下壁板进行定位，并将翼肋、上壁板、下壁板、前梁和后梁进行制孔与连接。

本实施例中步骤五和步骤六均与传统的翼盒装配方法类似，可参考相关文献，不再赘述。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用柔性定位器的复合材料翼盒装配方法，所述柔性定位器安装在型架上用于装配复合材料翼盒的前梁和后梁，包括底座、转动球头和定位平板，所述定位平板位于底座的上方，所述定位平板上设有用于装配前梁或后梁的定位孔；

所述底座为L形结构，由制为一体的竖板和横板组成，所述竖板上设有用于连接型架的销孔和/或螺纹孔，所述横板上设有球头安装螺纹孔、三个调节螺钉安装螺纹孔以及与调节螺钉安装螺纹孔一一对应的三个调节螺钉，所述球头安装螺纹孔位于横板中心，三个调节螺钉安装螺纹孔均围绕在球头安装螺纹孔的周边并呈三角形分布；

所述转动球头包括球头本体以及与所述球头本体固接的螺杆，所述定位平板上设有与球头本体相匹配的球头孔，所述球头本体的下部陷入球头孔内，所述螺杆穿过球头孔后球头安装螺纹孔螺接；所述调节螺钉穿过螺钉安装螺纹孔后与定位平板相抵；

所述方法包括以下步骤：

步骤一、通过模拟装配前梁和后梁来获取四个柔性定位器上的定位平板的理论安装位置，其中两个柔性定位器用于定位前梁，另外两个柔性定位器用于定位后梁；

步骤二、将四个柔性定位器安装到型架的预设位置，使用销钉和/或螺钉将柔性定位器的底座与型架的骨架相连接；

步骤三、调整每个柔性定位器的调节螺钉的位置，使其与相应的定位平板隔开预定距离；调整球头本体的位置并控制所述定位平板绕球头本体旋转，将定位平板调整至理论安装位置；

步骤四、分别旋转每个柔性定位器上的三个调节螺钉，使其端部与对应的定位平板相接触，从而将该定位平板限定在理论安装位置；

步骤五、通过柔性定位器上的定位平板与定位孔分别将前、后梁限定在柔性定位器上；

步骤六、将翼肋和上、下壁板进行定位，并将翼肋、上壁板、下壁板、前梁和后梁进行制孔与连接。

2.根据权利要求1所述的复合材料翼盒装配方法，其特征在于：所述定位平板上安装三个激光跟踪仪靶球；步骤一中模拟装配前梁和后梁时，预先得到定位平板上靶球球心的坐标值，作为位置调整的依据；步骤三中，在激光跟踪仪和调节螺钉的配合下，控制定位平板绕球头本体旋转，将定位平板调整至理论安装位置。

3.根据权利要求1所述的复合材料翼盒装配方法，其特征在于：步骤五中，通过柔性定位器上的定位平板与定位孔分别将前、后梁限定在柔性定位器上后，进一步使用C型夹将前、后梁夹持固定在柔性定位器上。

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