CN112977874B - 整体可移动大部件对接及精加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种整体可移动大部件对接及精加工系统，属于飞机数控装配技术领域。包括机身定位单元、机翼对接及精加工单元、激光测量单元和集成控制单元。首先将机身运输到位，利用机身定位单元将机身进行定位固定；通过激光跟踪仪测量机身姿态，并通过集成控制单元对机身进行调姿；然后将飞机外翼上架并固持，机翼对接及精加工平台带动外翼移动至装配站位；随后通过激光跟踪仪测量并进行虚拟预对接，根据激光跟踪仪数据调整精加工设备姿态，通过精加工设备加工对合面底部交点孔；接着人工对对合处的蒙皮进行修整及安装；外翼对接完成后，释放托架，将机身运送至存放站位。整个对接过程简化了定位过程，降低了劳动强度，并提高了装配质量。
Description
技术领域
本发明涉及飞机数控装配技术领域，具体地说，涉及一种整体可移动大部件对接及精加工系统。
背景技术
飞机大部件是由多个零部件组装成的飞机大型结构件，按照具体部位可分为机头、前中后三段机身、中央翼、外翼、尾翼等。飞机的大部件对接装配及对接后交点孔位的精加工过程对同轴度、平行度、平面度和部件外形形位公差具有很高要求，且其工作量占整机制造劳动量的40％～50％，远高于普通机械制造，决定了飞机的最终质量，是飞机制造的关键和核心环节。
飞机装配是飞机制造的重要环节，保证零件与零件、零件与工装、工装与工装之间的协调，进而保证装配准确度的飞机制造协调方式是飞机制造的重要特点。通过一系列的专用工艺装备，对有协调要求的形状和尺寸按模拟量进行传递，逐步传递到零件和部件上。在传递过程中存在一定数量的公共环节，公共环节越多，非公共环节越少，协调准确度就越高。这种协调方法能以较低的制造准确度保证较高的协调准确度，而工作台主要起到辅助装配的作用，由于飞机装配的人工很多，而需求的工作台也较多，因此无法避免工作台之间的碰撞。
传统装配工艺采用人工吊装和刚性型架定位，装配质量和效率很低，而且模拟量传递模式缺点严重。国内飞机装配技术仍沿袭传统的手工作坊模式，飞机制造协调技术采用“模线—样板—局部标准件工作法”，通过实物工装来传递集合形状和尺寸，以平面样板和局部标准样件为依据来生产和协调装配工装。该方法存在诸多问题：生产成本高、平行作业难度大，严重影响装配周期；模拟量传递路线长，误差损失大，会不断累积装配应力和变形误差，造成部件协调互换性和质量稳定性差；数字化和自动化程度低，工作环境差，劳动强度大，易造成装配工人工作上的失误，产生诸多质量问题；传统的装配系统将定位器固定在地基上，生产线不便于移动，结构设计过程中必须尽可能增强定位器支撑点，对定位器及其控制系统的可靠性、运动精度和协同运动位置精度要求较高；大部件结合交点精加工平台加工加工风险较大；对接系统和精加工系统分离，定位等工作重复进行，几套系统之间的交替增加了工人的劳动强度，降低装配效率，对产品质量产生影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种整体可移动大部件对接及精加工系统，解决了现有技术定位复杂，劳动强度大的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的整体可移动大部件对接及精加工系统包括机身定位单元、机翼对接及精加工单元、激光测量单元和集成控制单元；
所述机身定位单元固定在地面上；
所述机翼对接及精加工单元包括布置在所述机身定位单元左右两侧的两个可移动的机翼对接及精加工平台；所述机翼对接及精加工平台上设有通过支撑调姿定位器安装的外翼调整托架和精加工设备；
所述的激光测量单元包括激光跟踪仪和埋入地面的ERS，所述激光跟踪仪摆放至测量站位，根据ERS点建立测量坐标系，测量机身及外翼姿态；
所述集成控制单元根据激光测量单元测得的机身及外翼姿态对姿态进行调整并控制二者进行虚拟对接。
上述技术方案中，首先将机身运输到位，利用机身定位单元将机身进行定位固定；通过激光跟踪仪测量机身姿态，并通过集成控制单元对机身进行调姿；然后将飞机外翼上架并固持，机翼对接及精加工平台带动外翼移动至装配站位；随后通过激光跟踪仪测量并进行虚拟预对接，根据激光跟踪仪数据调整精加工设备姿态，通过精加工设备加工对合面底部交点孔；接着人工对对合处的蒙皮进行修整及安装；外翼对接完成后，释放托架，将机身运送至存放站位。整个对接过程简化了定位过程，降低了劳动强度，并提高了装配质量。
可选地，在一个实施例中，所述的机身定位单元包括前机身调姿定位器、后机身调姿定位器A和后机身调姿定位器B，各机身调姿定位器的顶部设有工艺支撑球头部件。各机身调姿定位器可通过运输车实现快速入位和离位，多个定位器的数控轴可以协调运动，完成目标产品的六自由度调姿。
可选地，在一个实施例中，所述的精加工设备包括数控装备和钻模板。
可选地，在一个实施例中，所述的机翼对接及精加工平台上还设有工作梯和操作台。
可选地，在一个实施例中，所述的机翼对接及精加工平台为AGV移动平台。整体AGV平台可以方便地任意移动至所需工位，并可设置自动锁紧功能，保证加工时系统的稳定性与精度。
可选地，在一个实施例中，所述的外翼调整托架上设有用于吸附飞机外翼的真空吸盘。
可选地，在一个实施例中，所述的激光测量系统设有28个埋入地面的ERS。
可选地，在一个实施例中，所述的集成控制单元包括精加工设备控制模块、调姿定位控制模块和移动支撑控制模块；所述精加工设备控制模块用于控制精加工系统机床主体部分、自动换刀系统及辅助单元，所述调姿定位控制模块用于控制数控定位器，所述移动支撑控制模块用于控制前段AGV车与后段AGV车。
可选地，在一个实施例中，所述的支撑调姿定位器包括第一底座、设置在所述第一底座上的X向滑板、设置在所述X向滑板上的Y向伸缩柱、以及位于所述Y向伸缩柱顶部的定位球头。
可选地，在一个实施例中，各机身调姿定位器包括第二底座、设置在所述第二底座上的X向滑板组件、设置在所述X向滑板组件上Z向运动轴、设置在所述Z向运动轴上的Y向伸缩组件、以及位于所述Y向伸缩组件顶部的定位球头。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
本发明整体系统可移动；外翼通过外翼调整托架与支撑调姿定位器连接定位，精加工设备在对接完成后进行交点孔精加工；有效减轻工人劳动强度、提高装配效率、保证稳定的产品质量，充分体现数字化、柔性化、自动化的现代飞机装配理念。
附图说明
图1为本发明实施例中整体可移动大部件对接及精加工系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中左侧机翼对接及精加工平台；
图3为本发明实施例中右侧机翼对接及精加工平台；
图4为本发明实施例中支撑调姿定位器的结构示意图；
图5为本发明实施例中机身调姿定位器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
参见图1至图3，本实施例的整体可移动大部件对接及精加工系统包括机身定位单元、机翼对接及精加工单元、激光测量单元和集成控制单元。
其中，机身定位单元固定在车间地面上，由前机身调姿定位器5、后机身调姿定位器A15、后机身调姿定位器B17组成，调姿定位器上设有工艺支撑球头部件16，用于机身段调姿定位。
机翼对接及精加工单元包括左侧机翼对接及精加工平台9和右侧机翼对接及精加工平台1。左侧机翼对接及精加工平台9上设有第一钻模板14、左侧外翼调整托架12、第一精加工数控设备7、第一工作梯6、第一操作台8、第一精加工设备支撑调姿定位器22、第二精加工设备支撑调姿定位器23、第三精加工设备支撑调姿定位器24、第四精加工设备支撑调姿定位器25、第一外翼支撑调姿定位器10、第二外翼支撑调姿定位器11、第三外翼支撑调姿定位器13。
第一钻模板14与第一精加工数控设备7调装固定，左侧外翼调姿托架12通过第一外翼支撑调姿定位器10、第二外翼支撑调姿定位器11、第三外翼支撑调姿定位器13支撑在左侧机翼对接及精加工平台9上；第一精加工数控设备7和第一钻模板14通过第一精加工设备支撑调姿定位器22、第二精加工设备支撑调姿定位器23、第三精加工设备支撑调姿定位器24、第四精加工设备支撑调姿定位器25支撑在左侧机翼对接及精加工平台9上，第一操作台8、第一工作梯6直接安装固定在左侧机翼对接及精加工平台9上。
右侧机翼对接及精加工平台1上设有第二钻模板18、右侧机翼调姿托架30、第二精加工数控设备3、第二工作梯4、第二操作台2、第五精加工设备支撑调姿定位器26、第六精加工设备支撑调姿定位器27、第七精加工设备支撑调姿定位器28、第八精加工设备支撑调姿定位器29、第四外翼支撑调姿定位器20、第五外翼支撑调姿定位器19、第六外翼支撑调姿定位器21。
第二钻模板18与第二精加工数控设备3调装固定，右侧机翼调整托架30通过第四外翼支撑调姿定位器20、第五外翼支撑调姿定位器19、第六外翼支撑调姿定位器21支撑在左侧机翼对接及精加工平台9上；第二精加工数控设备3和第二钻模块通过第五精加工设备支撑调姿定位器26、第六精加工设备支撑调姿定位器27、第七精加工设备支撑调姿定位器28、第八精加工设备支撑调姿定位器29支撑在右侧机翼对接及精加工平台1；第二操作台2、第二工作梯4直接安装固定在右侧机翼对接及精加工平台1上。
本实施例的左侧机翼对接及精加工平台9和右侧机翼对接及精加工平台1均为AGV移动平台。左侧外翼调姿托架12和右侧机翼调整托架30上设有用于固定外翼的真空吸盘。
激光测量单元包括激光测量仪和28个ERS，ERS埋入地面，座盖与地面平齐。
集成控制单元包括精加工设备控制模块、调姿定位控制模块、移动支撑控制模块。
参见图4，本实施例的支撑调姿定位器包括第一底座1、设置在第一底座1上的X向滑板2、设置在X向滑板2上的Y向伸缩柱3、以及位于Y向伸缩柱3顶部的定位球头4。
参见图5，本实施例的机身调姿定位器包括第二底座1、设置在第二底座1上的X向滑板组件2、设置在X向滑板组件2上Z向运动轴3、设置在Z向运动轴3上的Y向伸缩组件4、以及位于Y向伸缩组件4顶部的定位球头5。
本实施例的具体工作流程如下：
(1)机身运输到位，机身通过运输设备从上一工作站位运输至本站位，机身运输设备撤离。
(2)机身支撑定位器运输到位，分别用机身定位器运输车将机身定位器运送至机身底部预定位置，机身定位器通过定位器上的定位销及拉紧螺栓精确定位定位器位置且与地面固连。
(3)机身调姿定位器顶升飞机，三台机身调姿定位器同步顶升飞机。
(4)激光跟踪仪测量飞机姿态，将激光跟踪仪摆放至测量站位，根据地面ERS点建立测量坐标系，根据工艺需求测量飞机上测量点。
(5)飞机调姿，调姿定位控制模块根据激光跟踪仪反馈数据调整飞机姿态，使机身到达理论状态。
(6)外翼上架并固持，AGV移动平台处于架外放置区，外翼吊装至AGV移动平台上外翼调整托架上，外翼吊装入位后，外翼调整托架上的阵列真空吸附盘吸附外翼。
(7)AGV移动平台带外翼移动至装配站位。
(8)激光跟踪仪测量及虚拟预对接，激光跟踪仪分别测量机身及外翼姿态并进行虚拟对接，如果虚拟对接结果满足装配工艺需求则外翼进行调姿对接，如果虚拟对接结果不满足需求则查找问题，调整补偿方案后再次进行测量、虚拟与对接过程直至虚拟与对接过程满足装配工艺需求。
(9)外翼调姿对接，安装侧上连接螺栓，激光跟踪仪测量机床姿态。
(10)根据激光跟踪仪数据调整精加工机床姿态。
(11)在精加工设备上安装雷尼绍测量头测量飞机对合面底部加工孔校核机床位置和判别底部加工孔是否满足加工需求。
(12)精加工设备依照精加工工艺流程加工对合面底部交点孔。
(13)底部孔位加工完成后精加工机床定位器带精加工设备往翼展两侧撤离400mm，为底部交点孔的检验、螺栓安装避让空间，人工安装交点孔螺栓。
(14)人工对对合处的蒙皮进行修整及安装。
(15)外翼对接所有工作安装完成后，释放外翼的真空吸附装置，外翼调姿定位器带动外翼托架下降使托架与外翼分离。
(16)机身定位器带飞机整体下降，定位器运输设备将机身定位器运送至存放站位。
(17)飞机移动设备将飞机移动至下一站位。
Claims (10)
1.一种整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，包括机身定位单元、机翼对接及精加工单元、激光测量单元和集成控制单元；
所述机身定位单元固定在地面上；
所述机翼对接及精加工单元包括布置在所述机身定位单元左右两侧的两个可移动的机翼对接及精加工平台；所述机翼对接及精加工平台上设有通过支撑调姿定位器安装的外翼调整托架和精加工设备；
所述的激光测量单元包括激光跟踪仪和埋入地面的ERS，所述激光跟踪仪摆放至测量站位，根据ERS点建立测量坐标系，测量机身及外翼姿态；
所述集成控制单元根据激光测量单元测得的机身及外翼姿态对姿态进行调整并控制二者进行对接。
2.根据权利要求1所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，所述的机身定位单元包括前机身调姿定位器、后机身调姿定位器A和后机身调姿定位器B，各机身调姿定位器的顶部设有工艺支撑球头部件。
3.根据权利要求1所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，所述的精加工设备包括数控装备和钻模板，钻模板安装固定在精加工系统的数控调姿定位器上。
4.根据权利要求1所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，所述的机翼对接及精加工平台上还设有工作梯和操作台。
5.根据权利要求1所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，所述的机翼对接及精加工平台为AGV移动平台。
6.根据权利要求1所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，所述的外翼调整托架上设有用于吸附飞机外翼的真空吸盘。
7.根据权利要求1所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，所述的激光测量单元设有28个埋入地面的ERS。
8.根据权利要求1所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，所述的集成控制单元包括精加工设备控制模块、调姿定位控制模块和移动支撑控制模块；所述精加工设备控制模块用于控制精加工系统机床主体部分、自动换刀系统及辅助单元，所述调姿定位控制模块用于控制数控定位器，所述移动支撑控制模块用于控制前段AGV车与后段AGV车。
9.根据权利要求1所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，所述的支撑调姿定位器包括第一底座、设置在所述第一底座上的X向滑板、设置在所述X向滑板上的Y向伸缩柱、以及位于所述Y向伸缩柱顶部的定位球头。
10.根据权利要求2所述的整体可移动大部件对接及精加工系统，其特征在于，各机身调姿定位器包括第二底座、设置在所述第二底座上的X向滑板组件、设置在所述X向滑板组件上Z向运动轴、设置在所述Z向运动轴上的Y向伸缩组件、以及位于所述Y向伸缩组件顶部的定位球头。
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