飞机制造数控柔性工装伺服驱动组件和控制系统

　　数控柔性工装是一种先进的飞机制造设备，它将数控机床中使用的可编程运动控制技术用于飞机装配型架、对合型架和加工夹具等，控制定位器的精确定位。数控柔性工装能够替代传统的固定工装，一套工装可以用于多种型号飞机生产并可以重复使用，减少工装数量，缩短生产准备时间，减少工装存储占用场地。此外，数控柔性工装也是飞机数字化设计和制造体系的末端执行设备，是构建该体系的重要组成部分。近年来，机械制造领域以数控技术为基础的自动化技术发展迅速，形成了标准通用运动部件体系，利用这些通用部件，可以快速设计和制造出各种自动化设备和自动生产线。极大地缩短了设备的设计制造周期，降低了制造成本。

　　本文研究使用通用标准运动组件构建飞机制造柔性工装的相关技术，使用通用运动组件构成数控柔性工装的基础部件，如立柱- 推杆、支臂等。研究开发出适用于数控柔性工装控制的数控系统，系统通过现场总线可以控制多达128 个伺服电机。通过参数配置，可以构成适合各种类型的装配型架、对合型架、加工夹具等柔性工装控制系统。

1 柔性工装伺服驱动组件

　　直线驱动组件是最典型的驱动组件，在常规机械制造领域已用于制造生产线、小型机床等。伺服驱动组件是以伺服电机为动力的直线驱动组件，可在数控系统控制下实现精确直线运动，适用于柔性工装控制。当用于构建柔性工装机械本体时，可以实现柔性工装的直线运动和工装调形的数字量驱动，有利于柔性工装机械结构的简化和统一，降低制造成本、缩短研制周期，符合模块化设计、制造的思想。4 类直线驱动组件可用于柔性工装制（图1）。

图1 直线驱动组件

2 柔性工装机械结构

　　2.1 柔性工装机械结构分析

　　通过总结国内外柔性工装实例，可将柔性工装机械结构分解为5 个组成部分：底座、滑台、立柱- 推杆、支臂和定位器，如表1 所示。

表1 柔性工装结构分解

　　证。滑台结构具有1~2 个相对于底座的直线自由度，可平行于底座平面运动。立柱- 推杆固定在滑台上，具有1~2 个直线自由度。支臂安装在立柱- 推杆上，具有1~2 个直线自由度，可沿立柱- 推杆移动或伸缩，作为对滑台和立柱- 推杆自由度的补充；根据设计需要，立柱- 推杆、滑台支臂可以实现空间1~3 个直线自由度。定位器类似于传统装配型架的接头定位器，用于与飞机零部件对接或支撑，实现定位功能；自由度个数不确定，可根据零部件装夹的需要灵活设计，常见的有万向真空吸盘结构、夹持结构或推力支撑结构等。上述5 部分及其自由度可根据具体生产需求协调设置。

　　2.2 典型柔性工装

　　图2 给出了3 类典型数控柔性工装的结构，以及使用4 种标准伺服驱动组件构成柔性工装的示例，包括图2（a）所示多点夹具和多点模具，图2（b）所示壁板装配柔性工装，图2（c）所示曲面零件通用柔性工装。

图2 典型柔性工装结构示例