[发明专利]基于六轴数控定位器的飞机壁板装配变形的数字化校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞机装配技术领域，尤其涉及一种基于六轴数控定位器的飞机壁板装配变形的数字化校正方法。

背景技术

飞机装配作为飞机制造环节中极其重要的一环，在很大程度上决定了飞机的最终质量、制造成本和交货周期，是整个飞机制造过程中的关键和核心技术。大型飞机一般由多个机身段对接装配而成，而各个机身段又由若干壁板组装拼接而成。壁板作为现代大型飞机的重要组件之一，既是构成飞机气动外形的重要组成部分，同时也是机身、机翼等的主要承力构件。壁板装配是将蒙皮、长桁、隔框、角片等薄壁类零件按照设计和技术要求进行定位、制孔并通过以铆接为主的手段进行连接而成，是飞机装配中极为重要的环节，但零件特性和装配方式往往造成其自身刚度、强度相对不足。

虽然航空制造企业正逐步采用整体壁板代替组装壁板，减少壁板所含零件数量，降低壁板整体重量，并在一定程度上提高了壁板的强度和刚度，提升了气动表面与外形的装配质量，但由于大型飞机壁板表面轮廓为复杂的空间自由曲面，面积较大，在装配过程中不利于承受集中载荷，同时加上定位误差、制孔、铆接、插螺栓、强迫装配以及自身重量、残余应力等实际装配因素的影响，往往导致壁板局部刚度过低，变形量超过容差范围，造成部件间交点不协调，使飞机最终的实际装配外形与理论外形存在较大偏差，影响整机的气动外形，并对后续工序产生不良影响。

虽然我国航空制造企业多通过绷带等工具进行强迫装配，或增加修配和精加工等工序的方式进行补救，达到总体精度要求，但这样势必会增加企业的生产成本，延长飞机的装配周期。因此，在大型飞机壁板装配过程中如何有效控制和减小壁板装配变形是目前我国航空工业亟需解决和攻克的重要技术难题之一。

发明内容

针对当前大型飞机壁板在装配中存在的变形问题，本发明提供了一种基于六轴数控定位器的飞机壁板装配变形的数字化校正方法。

一种基于六轴数控定位器的飞机壁板装配变形的数字化校正方法，包括：

(1)在飞机壁板各个隔框上均匀布置若干个检测点；

(2)根据六轴数控定位器的数量、以及各个六轴数控定位器在X、Y、Z方向的移动量阈值和转动量阈值确定正交表，正交表的每一行表示六轴数控定位器的平移量和转动量；

(3)将所述正交表中的每一行数据作为载荷样本，将各个载荷样本加载至飞机壁板的理论有限元模型，获得各个载荷样本作用下飞机壁板变形有限元模型；

(4)针对任意一个载荷样本，利用对应的变形有限元模型计算当前载荷样本作用下各个检测点的位置误差和各个工艺球头球心的位置及转动误差；

(5)根据所有载荷样本作用下，各个检测点的位置误差和各个工艺球头球心的位置及转动误差，采用偏最小二乘回归反演建模方法，建立飞机壁板装配变形的数字化校正模型；

(6)获取各个检测点的实际位置误差，并将各个检测点的实际位置误差代入所述的数字化校正模型，计算得到各个六轴数控定位器的校形数据；

(7)根据所述的校形数据，对六轴数控定位器运动进行位置调整，完成大型飞机壁板的装配变形校正。

所述步骤(1)中的布置检测点时避免所有检测点位于同一直线上，尽量保证面分布。本发明中在飞机壁板的每个隔框上提取相同数量的检测点。本发明中检测点的个数为10～40。

根据六轴数控定位器的数量、以及各个六轴数控定位器在在X、Y、Z方向的移动量阈值和转动量阈值确定正交表，正交表的每一行表示各个六轴数控定位器的平移量和转动量；

所述步骤(2)中各个六轴数控定位器在在X、Y、Z方向的移动量阈值和转动量阈值取决于六轴数控定位器本身，各个六轴数控定位器的移动量阈值和转动量阈值在制作后就已经固定。根据各个六轴数控定位器的个数查表确定合适大小的正交表(正交表的列数和行数)。行数就是仿真试验样本数，直接取决于六轴数控定位器的个数。对于列数，对于六轴数控定位器，每个六轴数控定位器具有6个自由度，因此需要保证正交表的列数大于或等于6w，w为六轴数控定位器的个数。

本发明的数字化校正方法中，针对当前大型飞机壁板在装配中存在的变形问题，通过建立六轴数控定位器运动参数(位置及转动误差)和检测点的位置误差数据之间的反演计算得到数字化校正模型，实现了大型飞机壁板装配变形的数字化校正，不仅有效降低了大型飞机壁板因装配变形引起的装配应力，同时保证了机身段装配中各个壁板的高效、高精度调姿和对接，最终提升了飞机大部件的装配质量。

所述步骤(3)包括以下步骤：

(3-1)从理论有限元模型获取工艺球头的球心和各个检测点的理论坐标；