飞机焊接导管数字化制造技术研究

飞机焊接导管数字化制造技术研究

孟凡余

中航工业哈飞 黑龙江 哈尔滨市 150000

摘要:针对目前飞机导管在生产制造上存在的不足,为了缩短导管工装设计周期,提高导管工装定位的准确度和导管的制造精度,对飞机焊接导管数字化装配工装,自动焊接等关键技术进行了研究.采用数字化设计方法建立焊接工装的数模,通过孔定位方法实现导管焊接的定位和夹紧,通过坐标系拟合,焊缝跟踪和修正等完成导管间的自动焊接,实现焊接导管的数字化制造。

关键词:导管;数字化装配工装;自动焊接

1焊接导管的相关概述

焊接导管的数字化制造技术主要是根据导管数字化模型。通过焊接技术，将单管、标准半管、非标准半管、管接头等部件装配组合在一起，再利用工装技术使单管、标准半管、非标准半管、管接头等部件能够处于相对位置，再通过夹紧器进行固定。传统导管焊接技术是利用样管进行焊机装配，而焊接则采用的是人工焊接方法。

由于焊接导管的数字化制造技术以导管数字化模型为参考，因此相应的单管、标准半管、非标准半管、管接头的部件的装配方式将发生变化，其中主要是针对焊接工装的设计与制造方面。由此可见，飞机导管的焊接数字化制造与传统的焊接技术有着明显的差异，主要体现在设计、制造、自动焊接等方面有了新的突破。

2.国内研究现状

随着导管数字化制造技术的日渐成熟和我国航天航空行业的快速发展,我国已开始进行相关技术的引进和研发工作。20世纪90年代,北京航空航天大学开始进行航空发动机管路系统的设计研究,并推出了AEPRS和IRSAEP管路设计系统,并利用其进行了发动机电子样机的设计和管路检查。在此基础上,相关专家提出了层面法管路敷设、模式法管路敷设等方法。在导管计处机辅助工程分析方面同,重庆大学利用限元分析法进行了相关研究,西北大学则将限元分析法与能更紧起皱准则相结合,提出了薄壁管数控弯曲成形过程中起皱的能量预测方法。同时,西北工业大学在数控弯管加工过程仿真研究中针对VB系统数控弯管机开发出了具有一定实用性的仿真软件。

3焊接导管装配工装设计技术

针对焊接导管的数字化制造技术来说，其中的工装设计技术主要采用数字化设计方法来构建出一个焊接工装的数学模型。此外，在工装数字化设计中，还需要针对数字化制造的工艺及方法进行详细设计，尤其是在其结构、定位方法等方面要综合考虑该技术的可行性。

其中，针对导管焊接工装的装配技术，可以采用孔定位方法来进行定位与追踪。孔定位的方法能够符合目前导管焊接装配技术的精密度要求，并且能够使焊接工装的定位件采用数控加工的技术方法，从而保证导管内外部件始终处于相对位置的状态。

3.1焊接导管装配工装制造技术

由于焊接导管在进行工装设计时，采用的是基础板，而基础板上面的孔是用来确保零部件能够找到相应的位置。其中，对于导管来说，相配套的焊接定位件能够让导管的数字化制造技术的效率及水平得到明显提升。因此，针对焊接导管的数字化制造过程中，常常采用数控加工的方法制造定位件，并且要确保定位件与定位孔是一一对应的，才能保证工装制造技术符合数字化模型的要求。

此外，采用多孔基础板和数控加工定位件相结合，进而实现了焊接导管的工装定位技术，在装配的过程中能够将产品的信息进行数字化传递，相较于传统的装配技术，能够极大程度上地提高焊接导管定位的准确性，从而有效降低工装成本，节省工装周期，以此提高焊接导管装配的生产效率。
四、焊接导管数字化装配关键技术
焊接导管数字化制造依据是导管数模,通过焊接方法将单管、标准半管、非标准半管、管接头等装配在一起,焊接前利用工装使单管、标准半管、非标准半管、管接头保持正确的相对位置并通过夹紧器进行同定:传统的导管焊接工装利用样管进行焊机工装的装配制造,焊接采用人工焊接方式。由于焊接导管数字化制造采用导管数模作为依据,焊接导管数字化制造中单管、标准半管、非标准半管、管接头的定位件和夹紧件等的安装方式发生了变化,主要体现在焊接工装的设计、制造方面,同时采用数控自动焊接设备进行焊接。
1.焊接导管装配工装设计技术。焊接导管数字化制造中,工装设计采用数字化设计方法,建立焊接丁装的数学模型,同时在丁装数字化设计中考虑后续的数字化制造的工艺和方法,在结构形式、定位方法等方面考虑制造工艺的可行性。导管焊接工装装配过程中可以采用孔定位方法或激光跟踪仪测量定位方法,由于导管焊接丁装的定位和夹紧件尺寸小,不适合工具球的安装和激光跟踪仪的测量,建议尽量避免采用激光跟踪仪定位的方法。孔定位的方法完全可以满足焊接导管装配的精度要求,焊接丁装的定位件采用数控加工的方法,保证基准和定位面的正确的相对位置关系。为了保证导管焊接工装规范性和降低成本,焊接工装采用多孔基础板作为基础部件,将焊接导管的定位件、夹紧件连接在一起,通过孔的精确定位,保证焊接导管丁装的各个零件之间的正确位置,同时通过基准孔将导管焊接工装的坐标系与焊机的坐标系拟合在一起,保证自动焊接的轨迹正确性。

2.焊接导管装配工装制造技术。焊接导管工装设计采用了标准的基础板,基础板的孔用于保证零件的准确位置。对于批量生产的导管。设计一套专用的焊接定位件可使导管制造的效率高,一致性好。在制造时采用数控加工方法对定位件进行制造,保证定位件定位部分与定位孔的相对位置关系,定位件与基础板通过两个孔进行定位,以便保证制造的工装符合数模要求。
3.导管自动焊接技术。导管组装焊接采用熔焊方法,焊接设备可以采用工业机器人作为主体,完成焊接动作。首先通过焊接工装的基准将焊机和工装坐标系统一,以便按数模进行焊接编程。导管的自动焊接难度大,主要因为焊缝为空间曲线,因此,焊接过程中需要解决坐标系拟合、焊缝跟踪和修正、焊接参数选择、焊条进给控制等问题。

五、焊接导管的数字化测量方法

由于焊接导管的形状及结构较为复杂，并且焊接导管又存在着各种差异性。焊接导管的装配过程中，一般采用的是孔定位方法和激光跟踪定位方法两种。当装配完成后，只需要利用激光跟踪仪器对各类型支管以及管接头的偏差位置进行测量。如果偏差能够符合实际焊接工艺需要，那么将自动进行下一步焊接程序，如果偏差不符合焊接需要，那么将对各类型支管以及管接头的相对位置进行适当调整，其中的调整量需要控制在偏差允许范围内。当自动焊接进程结束后，则需要经过坐标测量机对导管的尺寸进行详细检测。

此外，将测量后的数据与数字化模型进行对比，如果尺寸偏差范围在允许范围之内，则表明导管焊接的过程完成，如果误差范围超出标准，则需要重新对自动焊接后的导管形状做出相应的调整。其次，焊接导管在进行工装设计时，由于多孔基准板上设置有三个不同的基准孔，那么将这三个基准孔作为坐标测量机的基本要素，进而能够实现坐标系的统一，使分析出的结果能够更加准确。

在飞机数字化制造的大环境下,导管数字化制造势在必行,目前单管已经基本实现数控弯管,组合焊接管在数字化制造方面进展缓慢。本文阐述了焊接导管数字化制造的体系,对关键问题进行了论述,在焊接导管数字化制造方面具有一定的指导意义。实现焊接导管的数字化制造,不仅缩短导管工装设计周期,提高了导管的生产效率,使导管制造摆脱实样的牵制,而且保证飞机导管质量的稳定,实现了导管的快速生产,在实际生产中具有一定的使用价值。

参考文献:
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[2]舒鑫.导管数字化制造技术在传统飞机修理中的应用[J/OL].制造技术与机床,2018(06).
[3]高承宇.导管数字化制造集成框架研究[J].中国机械工程,2018,18:2191-2194.