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原文传递包容零件制造误差的飞机柔性装配方法

专利名称：	包容零件制造误差的飞机柔性装配方法
摘要：	本发明提供了一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，属于航空制造工程/飞机装配领域，适用于飞机零件制造精度满足设计指标但不满足装配定位要求情况下的装配工艺设计，保证零件定位精度。步骤包括：设计零件定位方案，采取点特征代替面、孔特征；根据定位定位方案设计柔性装配工装；对零件扫描点云并虚拟装配并分析装配间隙；虚拟装配零件及与其装配的零件；装配间隙封装建模，3D打印补偿垫片；调整柔性装配工装定位零件；采用固液混合方式消除装配间隙，完成零件的协调装配。本发明解决了复杂零件无法在工装上准确定位和设计补偿垫片手工配做困难的问题，缩短了装配周期长且大幅提高了装配精度，保证了飞机的装配质量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	沈阳飞机工业(集团)有限公司
发明人：	黄宁;张永亮;温恺;刘标;李亮亮
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-28T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-03T00:00:00+0800
申请号：	CN202310935356.3
公开号：	CN116986009A
代理机构：	大连理工大学专利中心
代理人：	李晓亮
分类号：	B64F5/10;G06F30/20;G06F30/15;G06F111/20;B;G;B64;G06;B64F;G06F;B64F5;G06F30;G06F111;B64F5/10;G06F30/20;G06F30/15;G06F111/20
申请人地址：	110034 辽宁省沈阳市皇姑区陵北街1号
主权项：	1.一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，其特征在于，所述柔性装配方法包括如下步骤：步骤1，设计零件定位方案：根据零件的形状设计定位方案，定位方案中包括零件的定位点及其矢量方向，用于设计柔性装配工装时，确定定位器的位置、其柔性调整方向和调整量；步骤2，设计柔性装配工装：根据零件定位方案设计柔性装配工装，定位器具备在定位点矢量方向上的调整功能；步骤3，零件外形扫描：零件制造后，进行零件的外形扫描，形成零件点云，同时生成与该零件有装配关系的另一个零件点云；步骤4，对零件点云与柔性装配工装进行虚拟装配：以零件的理论模型为参考，将零件点云进行最佳拟合；将拟合后的点云与柔性装配工装的理论模型进行虚拟装配，测量所有定位器顶端的球心与零件点云的3D距离，进而计算柔性装配工装中定位器的调整量；步骤5，零件之间的装配间隙分析：将零件的点云和与之相装配的零件点云进行虚拟装配，对装配连接区进行测量，根据测量的结果，将大于0.5mm的区域和小于0.5mm的区域分别进行整合；步骤6，装配间隙封装建模：根据步骤5的分析结果，选取间隙大于0.5mm区域的点云，将其封装成一个闭合曲面，得到补偿垫片模型；步骤7，按步骤6生成的补偿垫片模型加工补偿垫片；步骤8，柔性装配工装调整：根据步骤4的分析结果及计算获得的各个定位器的调整方向和调整量，对定位器进行调整；步骤9，利用柔性装配工装定位零件：将零件放置在柔性装配工装上，保证定位器与零件表面接触，然后将零件固定；步骤10，采用固液混合方式消除装配间隙：将补偿垫片安装在定位后零件的下陷区域，涂覆液体垫片，利用半固体的流动性填补细小的间隙，涂覆后多余的液体垫片，固化24小时，完成零件的协调装配。 2.根据权利要求1所述的一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，其特征在于，所述步骤1中，零件定位方案具体为：在零件理论模型的表面选取6个点作为定位点，6个点分为3组，第一组包括3个点，第二组包括另2个点，第三组包括剩余的1个点；每组中各点的矢量方向保持一致，各组间矢量方向互相垂直，由此零件的6个自由度全部被控制，且没有过约束。 3.根据权利要求1所述的一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，其特征在于，所述步骤2中，柔性装配工装包括定位板和固定连接在定位板上的6个定位器，定位器分为水平定位器(2)和垂直定位器(1)两类，水平定位器(2)的柔性调整方向与定位板方向平行，垂直定位器(1)的柔性调整方向与定位板方向垂直，各定位器的柔性调整方向与对应定位点的矢量方向平行，两类定位器的数量及位置根据对应定位点确定；定位器采用球状定位器；所述的垂直定位器(1)包括顶端呈球状的柱体，以及固定安装在定位板与柱体底端之间的多规格的垫片(3)，柱体长度根据对应定位点的高度确定，包括一系列不同厚度d的垫片(3)，其中厚度d的规格区间为4mm至6mm，厚度间隔0.05mm，初始厚度为5mm，根据具体的调整量需求更换垫片(3)，实现在垂直定位板方向上的调整；所述的水平定位器(2)包括与定位板固定连接的定位柱和固定连接在定位柱顶端的多规格的定位单元(4)，定位柱的长度根据对应定位点的高度确定，定位单元(4)为一块底板上布置了1个球头定位单元，且球头定位单元位于底板中心位置，底板上有两个固定间距的螺栓孔，两个螺纹孔的连线平行于底板的对称轴线，且两个螺栓孔对称设在球头定位单元两侧，两个螺栓孔连线与底板对称轴线间的距离为δ，多规格的定位单元(4)包括一系列不同距离δ的定位单元(4)，距离δ区间为0至1mm，距离间隔0.05mm，初始距离为0，根据具体的调整量需求选择合适的定位单元(4)安装，实现在平行于底板方向上的调整，同时，水平定位器(2)包括相互垂直的两种安装方向，用于实现在平行于底板的平面内相互垂直的方向上的调整。 4.根据权利要求3所述的一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，其特征在于，所述的垫片(3)和定位单元(4)选用钢制材料。 5.根据权利要求1所述的一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，其特征在于，所述步骤4中，定位器的调整量和方向计算方法为：零件点云与柔性装配工装虚拟装配后，以定位器球心创建6个特征点，以特征点代替定位器位置，测量所有特征点与零件点云的3D距离，测量距离的矢量方向为该定位器的调整方向，具体的，定位器的调整量＝定位器球头半径r-测量距离s，s大于r时，调整方向为靠近零件方向，s小于r时，调整方向为远离零件方向。 6.根据权利要求1所述的一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，其特征在于，所述步骤6中，装配间隙封装建模是利用零件虚拟装配后的点云数据，构建填充装配间隙的补偿垫片模型，包括如下步骤：步骤6.1，将步骤5中虚拟装配后所测得大于0.5mm的区域进行整合并保留该区域的点云，删除其余所有的点云，该点云分为两部分，一部分是零件的下陷区点云，另一部分是另一个零件上与下陷区进行装配的装配区点云，此时该区域点云为未封闭状态；步骤6.2，分别利用下陷区点云和装配区点云生成stl三角化网格，然后分别生成Nurbs曲线，再根据Nurbs曲线构成多个Nurbs曲面，再将下陷区和装配区的多个Nurbs曲面分别连接成1个Nurbs曲面，得到2个Nurbs曲面，再分别转换成两个Nurbs模型；步骤6.3，在两个Nurbs模型之间插入一个长方体形状的模型，让两个Nurbs曲面与其相交，保留长方体在两个曲面之间的部分，即为装配间隙的封装模型。 7.根据权利要求1所述的一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，其特征在于，所述步骤7中，采用3D打印加工补偿垫片。 8.根据权利要求1所述的一种包容零件制造误差的飞机柔性装配方法，其特征在于，所述步骤10中采用固液混合的装配间隙消除方法，具体的步骤如下：步骤10.1，利用树脂和玻璃丝配置液体垫片，树脂和玻璃丝重量比为20:1，在室温下混合均匀；步骤10.2，将液体垫片涂覆在定位后的零件下陷区；步骤10.3，将另一个零件与定位后的零件进行装配，通过挤压力排除多余的液体垫片，并进行清理；步骤10.4，固化24小时后，即完成了全部的垫片安装工作。
所属类别：	发明专利