[发明专利]一种飞机等值段机身弧形轨制孔系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于飞机数字化装配自动化制孔领域，涉及一种飞机等值段机身弧形轨制孔系统及方法。

背景技术

飞机装配是飞机制造过程中的主要环节，飞机装配工作量约占整个飞机制造工作量的40%～50%，装配工作量主要以制孔、锪窝和铆接为主。飞机大部件的精确制孔问题一直以来都是航空制造业的一个棘手问题，迄今还没有一个适用于多种结构部件的完全令人满意的解决方案。

以大飞机机身对接段装配为例，在对接段环形区域，加工孔的数量巨大，随着飞机结构材料中复合材料、钛合金等难加工材料比重大幅上升，制孔工作量也迅速增加，并且在一些情况下制孔区域的工作空间还会受到限制。在机身对接段环形区域的制孔工作中，若采用传统的人工制孔方式，工人的劳动强度大，制孔质量无法保证，制孔效率低；若采用机器人制孔方式，由于飞机外形尺寸大，飞机机身结构和工装的约束，使得制孔设备工作空间受限，机器人可达工作空间无法覆盖全部环形制孔区域；若采用专用机床制孔方式，则机床外形尺寸大，精度高，势必带来机床制造成本很高，因此机床制孔方式也不适合。

在这个背景下，国外首先提出并发展了柔性轨道自动制孔技术。波音公司首先开发了大型飞机柔性轨道自动制孔系统，主要用于完成机身段对接区域。该设备通过安装于导轨上的真空吸盘，直接吸附在飞机等值段机身曲面上进行自动制孔，安装于导轨上的轻便制孔执行器可一次性完成钻孔和锪窝功能。该设备适用于等值段飞机机身表面制孔加工，具有重量轻、效率高、灵活方便以及自动化程度高等特点，取消了大型制孔及定位设备的介入，降低了飞机装配的制造成本，缩短了制孔周期。但由于柔性轨道 采用真空吸盘与机身蒙皮吸附的定位方式，制孔执行器重量轻，导致系统整体刚度较差，加工稳定性不足。

目前，我国飞机装配过程中的连接装配仍以手工钻铆为主，质量稳定性较差，并且需要大量采用专用型架，成本高，制孔效率低，与国外差距较大。本发明针对我国飞机机身段制孔的现状和难点以及国外柔性轨道设备刚度不足的缺点，设计发明了一种飞机等值段机身弧形轨制孔系统，弧形轨道制孔系统定位精度高，一次安装可完成对接部分环形区域内的全部制孔任务，特别适合机身段对接装配中连接区域的制孔；同时，设备结构简单，占用空间小，成本较低。综合看来，弧形轨道制孔系统拥有很强的竞争力和实用性，在航空制造领域自动化精密制孔方面有着突破性的意义，对提升我国航空航天制造装备业自动化水平，加快推动我国飞机数字化制造装配的进步有着重大意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有机身段对接装配过程中的技术不足，提供一种飞机等值段机身弧形轨制孔系统及方法，适用于等值段机身对接装配中连接区域的一次性完成孔位的钻孔、锪窝等功能。

本发明的具体技术方案如下：

一种飞机等值段机身弧形轨制孔方法，包括以下步骤：

1）架设环绕飞机机身的圆形轨道，该圆形轨道上滑动配合有带制孔单元的弧形轨道；

2）在圆形轨道上设置多个工作位，在每个工作位内，制孔单元的加工区域为弧形轨道在该工作位所覆盖的机身区域；

3）制孔单元利用自带的压脚压紧工件，调整刀具的轴线与待加工孔的轴线重合，并根据压脚位置信息和待加工的孔深信息，确定刀具的进给深度，完成打孔；

4）控制制孔单元沿弧形轨道滑动，完成每个工作位所对应机身区域的制孔；

5）驱动弧形轨道遍历所有工作位，在每个工作位内，重复步骤3）和 步骤4），完成对整个机身的制孔。

一种飞机等值段机身弧形轨制孔系统，包括绕置在飞机机身外且具有多个工作位的圆形轨道模块，沿所述圆形轨道模块行走在各工作位上的弧形轨道模块，以及滑动配合在弧形轨道模块上的自动制孔单元，所述自动制孔单元的制孔范围为所述弧形轨道模块在各工作位上所覆盖的机身区域；

所述的圆形轨道模块包括两条圆形轨道，每条圆形轨道由若干圆形轨道组件拼接而成，所述圆形轨道组件朝向机身的侧面设有高度可调的吸盘调整脚；

所述的自动制孔单元具有压紧机身工件的压脚，并设有感应压脚的位移传感器，该位移传感器的信号用于确定自动制孔单元上刀具的进给深度。

本发明采用四轴数控驱动自动制孔单元，制孔单元可以在弧形轨道上运动，弧形轨道分区域固定在分段拼接而成的圆形轨道上，通过带真空吸盘调整脚固定在机身圆筒型面上，制孔系统可以实现圆周方向分区域自动制孔，并具有锪窝的功能。