[发明专利]一种刚柔结合的环形轨道制孔系统及其运行方法

说明书

一种刚柔结合的环形轨道制孔系统及其运行方法，包括环形轨道系统和末端执行器制孔系统。环形轨道系统包括环形柔性轨道、刚性定位辅助工装以及刚性移动平台；环形柔性轨道自带真空吸盘，基本拟形吸附在飞机蒙皮上，并通过齿轮齿条连接刚性移动平台，可由多段组件拼接而成，方便实施；刚性定位辅助工装上带有刚性定位节点，将环形柔性轨道刚性定位在期望形状上。末端执行器制孔系统包括基准检测装置、法向调姿装置、集成控制装置以及制孔装置；法向调姿装置与制孔装置均采用并联机构，多腿同步耦合运动，快速稳定。本发明具有应用灵活性高、产品加工质量高、稳定性好、控制精准高效等优点，满足当前飞机先进装配技术的要求。

技术领域

本发明属于航空制造业飞机自动化装配技术领域，具体涉及一种刚柔结合的环形轨道制孔系统及其运行方法，以环形轨道系统为载体，针对飞机表面复杂曲率甚至非凸曲面，通过真空吸盘将柔性轨道吸附在飞机蒙皮表面，并由刚性定位辅助工装进一步将环形柔性轨道刚性定位在期望形状上，从而对飞机机翼或机身框架进行自动钻孔、锪窝的数字化装配技术。

背景技术

目前国家正面临大飞机和新一代飞机生产的艰巨任务，对航空制造业提出了更高的需求，如何在降低飞机制造成本的同时，提高飞机性能及可靠性、加强飞机结构强度是所有飞机制造企业致力解决的问题。

国内各大主机厂普遍采用手工装配、半机械化与机械化装配相结合的传统装配方式，使用大量较复杂的专用型架定位和夹紧的非精益化装配方法。传统的手工装配，工作量大，过程枯燥，钻孔的效率低，且受工人熟练程度和体力等因素的限制，孔的质量难以保证一致性，批量化生产人力和物力成本高。而且传统的制孔设备多为大型落地式设备，这些设备体积和重量庞大，造价高昂，多为专机专用，柔性化程度低，大大增加了制造成本。因此，传统的基于型架和手工操作的飞机装配技术和手段已经不能适应我国大飞机机身数字化对接装配的需求。现代飞机装配对具有轻型化、数字化和柔性化特点的先进技术的需求日益迫切。

为保证飞机结构的长寿命，实现装配生产的高质量和高效率，突破人工装配的客观限制，以B787、A380等为代表的现代大型飞机装配过程大量采用了自动化装配技术。飞机自动化装配系统主要沿着两个方向发展：一种是成本较高的、适用于大批量产品的大型专用自动化装配系统，如MPAC、VPAC等；另一种是成本较低的、适用于小批量产品的轻型自动化装配系统，该种系统以轻型化、柔性化、模块化、成本低的优势成为飞机自动装配系统的发展方向之一，其典型代表有基于工业机器臂的自动装配系统、柔性轨道自动化装配系统、轻型自主爬行自动化装配系统。柔性轨道自动化装配系统是在装配效率、系统柔性和设备成本之间较为合理的一种方案，受到国内外业界的普遍重视。

美国波音公司提出了一种轻型自动化装配系统解决方案，设计出柔性轨道系统，描述了一种柔性轨道多轴工具机及其运行方法。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，安装于导轨上的工具架可一次性完成钻孔等功能。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。但由于柔性轨道依靠真空吸盘与机身蒙皮吸附的定位方式，导致如果机身加工段整体刚度较差，则系统加工稳定性不足。除此之外，该柔性轨道自动制孔设备不能适应机身曲率半径小的曲面，特别的不能适应飞机非凸表面的吸附和制孔。

与此同时，国外EI、AIT、宝捷公司也都研发了相对成熟的系统，而国内北京航空航天大学、南京航空航天大学、浙江大学和西北工业大学以及沈阳飞机工业(集团)有限公司、成都飞机工业(集团)有限责任公司等高校或主机厂对此进行了较为深入的研究，并得到应用。