一种飞机机翼盒段自适应微调整机构及调整方法

技术领域

本申请涉及飞机盒段装配对接技术领域，具体是一种飞机盒段定位以及对接时补偿产品自身微量外形变化作出自适应微调整的机构及调整方法。

技术背景

大多数飞机都是由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置组成。其中，机翼翼盒作为一个重要的部件，其主要功能是为飞机提供足够的升力。因此，飞机设计过程中必然将其设计成为一个轻质结构件，以适在飞行时受到多方气流的影响。然而，飞机翼盒做为一个高强度结构件，在进行机翼与中央翼对接过程中，经常出现盒段外边缘超差，接缝不平整等现象，直接影响着飞机的整体交付周期及交付质量；在飞机中外翼大部件对接时，中央翼的姿态直接影响着外翼与中央翼的对接效果，因此中央翼的调姿定位是中外翼大部件对接时极其重要的环节。中央翼盒段产品从总装型架下架后，由于内应力释放带来的局部变形是不可避免的，这种变形集中体现在航向以及翼展方向。同时由于每架次产品零件本身的状态、制孔顺序、温差等内外因素的影响，导致这种变形量的具体数值无法完全预测，只能在一定尺寸内做出限制。

传统中央翼调姿定位机构在结构上采取了定位与调姿相分离的方式，调姿机构将产品预定位后，依靠丝杠与滑轨组成的机构对产品进行手动调姿，待产品进入定位组件对应位置后，使用插片和螺纹定位销锁紧的方式将产品固定在定位器上。存在操作繁琐、精确调姿困难、成本高昂、装配应力不可控等问题。

因此，在飞机生产过程中，需要一种模块化、低成本、结构简单、使用便利、具有可重构特性的并且能够针对大部件小范围外形变化作出自适应变化的调整机构和调整方法。

发明内容

为满足飞机生产研制需求，克服传统工装所存在的问题，本申请提供了一套自适应式微调整机构和调整方法。该机构具备空间自动调整功能，能够在产品入位过程中快速入位并根据产品自身变形情况自动在一定量程内微调，同时能够实时显示产品大部件入位以及对接时交点位移量和受力情况。

一种飞机机翼盒段自适应微调整机构，包含四套调整装置，第一调整装置为基准调整装置，第二和第三调整装置为单向调整装置，第四调整装置为自由调整装置，第一、第四调整装置与第二、第三调整装置分别设置在四边形的对角上，每套调整装置从上至下为工装旗装置、自适应对接装置、水平调整装置、力传感器装置、垂直调整装置和立柱。四根立柱固定在地基上，立柱之间使用横梁连接，垂直调整装置固定在立柱上表面，使用防尘罩遮盖住垂直调整装置主体结构，防止产品制孔时粉末飘入，力传感器装置固定在垂直调整装置上表面，水平调整装置设置在力传感器装置顶部，自适应对接装置下方的接收器与水平调整装置可调连接，自适应对接装置上方的接头与工装旗装置连接，产品通过工装旗装置连接在调整机构上，垂直调整装置调整每个工装旗装置的高度，水平调整装置调整工装旗装置水平方向的位置，力传感器装置读取产品上架和对接时，接头所受的XYZ三个方向的压力。

工装旗装置含有工装旗本体，吊环，高强螺栓，工装旗装置本体是盒状零件，顶部设有吊环，中部通过高强螺栓连接在产品上，底部设有与自适应对接装置接头配合的安装孔。

自适应对接装置包含接头和接受器，接头含有球形定位头、夹紧螺杆、滚花锁紧器、锁紧螺母、弹性挡圈、锥面垫圈、球面垫圈，球形定位头与工装旗装置底部安装孔孔轴连接并固定，接受器包含有杯锥、旋转夹紧装置壳体、旋转夹紧螺母、海绵垫圈、旋转夹紧装置挡件。杯锥一端为接受端，另一端为调姿端，接受端与接头配合，调姿端与水平调整装置连接，杯锥接受端与球形定位头接触部分为锥面，球形定位头可在杯锥接受端内滚动。旋转夹紧装置挡件安装在杯锥底部，将旋转夹紧装置壳体、旋转夹紧螺母和海绵垫圈从上至下依次封装在杯锥内部，且旋转夹紧螺母与旋转夹紧装置壳体接触部分为球面结构，夹紧螺杆穿过球形定位头和旋转夹紧装置壳体与旋转夹紧螺母螺接，形成的整体结构使接头在杯锥接受端锥面内部滑动。球形定位头外形结构分为外螺纹柱、精制圆柱、精制球头三个部分，精制球头端面为精制平面，平面半径大于精制圆柱半径，球形定位头内形结构设有夹紧螺杆通过孔，通过孔分为两段，下段通孔半径比上段半径较大。杯锥外形分为上下两个部分，上部分为接受端，外形为圆柱形，内形为锥面，下半部分为调姿端，内型为台阶孔，外形为法兰盘结构，法兰盘面设有与水平调整装置连接孔。法兰盘结构为圆形固定法兰结构或滑动法兰结构。固定法兰盘结构为圆形，滑动法兰结构为圆形或矩形。

第一调整装置上的水平调整装置含有第一托板、稳钉、半月压板、连接螺栓，通过稳钉将接受器固定在第一托板上，第一托板为平板零件，固定在力传感器装置上表面。

第二、三调整装置上的水平调整装置含有第二托板、防尘盖板、激光位移传感器、调整螺丝、连接螺栓，第二托板为平板零件，其上表面中心位置设有一条接受器滑动凹槽，凹槽单边设有2个激光位移传感器安装缺口，第二托板固定在力传感器装置上表面。

第四调整装置的水平调整装置含有第四托板、半月压板、连接螺栓，第四托板为平板零件，其上表面中心设有一处接受器滑动圆形凹槽，第四托板固定在力传感器装置上表面。

力传感器装置含有力传感器、转接板、连接螺母。传感器装在水平调姿装置下方，通过连接螺母相连，能够实时测量XYZ三个方向受力情况，同时连接水平调整装置和垂直调整装置。

垂直调整装置包含壳体、套筒、钢管组件、运动装置，壳体为钢板焊接的长方体组件，底面连接在立柱上，上表面连接套筒，套筒为钢管上下运动时的通道，钢管组件由钢管和两块底板焊接而成，一端连接在力传感器装置的转接板上，一端连接在运动装置中举升机的运动端，运动装置带动钢管组件在套筒内上下运动。运动装置含有举升机、手轮、止动销、轴承、编码器和显示器，手轮通过轴承连接在举升机一侧，手轮外圈设有环形槽口，止动销卡在手轮外圈槽口上，举升机另一侧连接编码器，编码器有线连接显示器，举升机活动端连接在钢管组件下表面，可以通过手轮实时调节并显示接受器高度。

使用该自适应微调整机构进行调整的方法，包括以下步骤：

1将自适应对接装置接头安装在工装旗装置底部安装孔上，拧紧锁紧螺母，将弹性挡圈卡在夹紧螺杆槽口处，防止夹紧螺杆脱落，夹紧螺杆光杆端穿过接头中心通过孔，依次通过球面垫圈、锥面垫圈、滚花锁紧器，滚花锁紧器将夹紧螺杆运动范围限制在接头内部，防止夹紧螺杆脱出；

2将工装旗装置连同自适应对接装置接头通过高强螺栓连接在在产品上；

3将四套调整装置接受器调装至理论位置，编码器、力传感器、激光位移传感器数值归零；

4吊运产品至自适应微调整机构正上方，自适应对接装置接头与接受器大致位置对齐，缓慢下降，首先将第一、第四调整装置接受器对齐，再将第二、第三调整装置接受器根据对应接头位置微调，产品缓慢下降，接头全部入位成功后，微调夹紧螺杆插入旋转夹紧螺母方向，对准后拧紧滚花锁紧器，将接头和接受器固连在一起；

5移除吊挂，记录力传感器装置以及激光位移传感器数值；

6产品与产品对接，记录力传感器装置以及激光位移传感器数值。

有益效果：本发明提出一种飞机机翼盒段自适应微调整机构及调整方法，可以根据产品自身变形自动调整接受器位置，释放产品自身内应力，快速定位，快速上下架。立柱相对独立，可以根据产品的外形进行布置，模块化程度高，可以反复利用，大大降低成本，解决了传统工装定制化程度较高带来的通用能力差的问题，节省了传统产品定位和制造上的时间，提高数字化加工的能力和效率，并且一套系统可以用于多种机型以及多种部件的定位和对接。

以下结合附图及实施例对本申请作进一步的详细描述。

附图说明

图1为总体结构示意图

图2为单台调整装置示意图

图3为工装旗装置示意图

图4为自适应对接装置接头示意图

图5为第一调整装置自适应对接装置接受器示意图

图6为第二、第三调整装置自适应对接装置接受器示意图

图7为第四调整装置自适应对接装置接受器示意图

图8为第一调整装置水平调整装置示意图

图9为第二、三调整装置水平调整装置示意图

图10为第四调整装置水平调整装置示意图

图11为力传感器装置示意图

图12为垂直调整装置示意图

图中编号说明：1、第一调整装置；2、第二调整装置；3、第三调整装置；4、第四调整装置；5、工装旗装置；6、自适应对接装置；7、水平调整装置；8、力传感器装置；9、垂直调整装置；10、立柱；11、横梁；12、防尘罩；13、产品；14、工装旗本体；15、吊环；16、高强螺栓；17、接头；18、接受器；19、球形定位头；20、夹紧螺杆；21、锁紧螺母；22、滚花锁紧器；23、弹性挡圈；24、锥面垫圈；25、球面垫圈；26、旋转夹紧装置壳体；27、旋转夹紧螺母；28、海绵垫圈；29、旋转夹紧装置挡件；30、第一调整装置杯锥；31、第二、第三调整装置杯锥；32、第四调整装置杯锥；33、第一托板；34、连接螺栓；35、稳钉；36、半月压板；37、第二托板；38、防尘盖板；39、激光位移传感器；40、调整螺丝；41、第三托板；42、力传感器；43、转接板；44、壳体；45、套筒；46、钢管组件；47、运动装置；48、举升机；49、手轮；50、止动销；51、轴承；52、编码器；53、显示器。

具体实施方式

参见附图1-12，一种飞机机翼盒段自适应微调整机构，包含四套调整装置，第一调整装置1为基准调整装置、第二调整装置2和第三调整装置3为单向调整装置、第四调整装置4为自由调整装置，第一调整装置1、第四调整装置4与第二调整装置2、第三调整装置3分别设置在四边形的对角上，见图1。每套调整装置从上至下为工装旗装置5、自适应对接装置6、水平调整装置7、力传感器装置8、垂直调整装置9和立柱10。每套调整装置立柱10固定在地基上，立柱之间使用横梁11连接，防尘罩12安装在立柱10上表面，遮盖住垂直调整装置9主体部分，防止产品13制孔时粉末飘入调整机构中。垂直调整装置9固定在立柱10上表面，力传感器装置8固定在垂直调整装置9上表面，水平调整装置7设置在力传感器装置8顶部，自适应对接装置6下方与水平调整装置7可调连接，自适应对接装置6上方与工装旗装置5连接,见图2。产品13通过工装旗装置5连接在调整机构上，垂直调整装置9调整每个工装旗装置5的高度，水平调整装置7调整工装旗装置5水平方向的位置，力传感器装置8读取产品13上架和对接时，接头所受的XYZ三个方向的压力。

工装旗装置5含有工装旗本体14、吊环15和高强螺栓16。工装旗装置5本体是盒状零件，顶部设有吊环15，中部通过高强螺栓16连接在产品13上，底部设有与自适应对接装置6连接的安装孔，可以将产品13外形不同特征作出统一的延伸，再分别连接在自适应对接装置6上，见图3。

自适应对接装置6包括接头17和接受器18两个部分。

接头17由球形定位头19、夹紧螺杆20、锁紧螺母21、滚花锁紧器22、弹性挡圈23、锥面垫圈24、球面垫圈25组成。球形定位头19外形结构分为外螺纹柱、精制圆柱、精制球头三个部分，精制球头端面为精制平面，平面半径大于精制圆柱半径。球形定位头19内形结构设有夹紧螺杆20通过孔，通过孔分为两段，下段通孔半径比上段半径较大。球形定位头19精制圆柱部分与工装旗装置5底部安装孔孔轴连接并使用锁紧螺母21固定，将弹性挡圈23卡在夹紧螺杆20槽口处，防止夹紧螺杆20脱落，夹紧螺杆20光杆端向上穿过球形定位头19中心通过孔，通过后依次穿过球面垫圈25、锥面垫圈24、滚花锁紧器22，滚花锁紧器22将夹紧螺杆20运动范围限制在接头17内部，防止夹紧螺杆20脱出。球形定位头19与接受器18接触部分为球面，夹紧螺杆20与球形定位头19之间留有空隙，该结构允许夹紧螺杆20在球形定位头19内部摆动，补偿产品13在该处的扭转变形，见图4。

接受器18由杯锥、旋转夹紧装置壳体26、旋转夹紧螺母27、海绵垫圈28和旋转夹紧装置挡件29组成。旋转夹紧装置挡件29安装在杯锥底部，将旋转夹紧装置壳体26、旋转夹紧螺母27和海绵垫圈28从上至下依次封装在杯锥内部，且旋转夹紧螺母27与旋转夹紧装置壳体26接触部分为球面结构，夹紧螺杆20穿过球形定位头19和旋转夹紧装置壳体26与旋转夹紧螺母27螺接，旋转夹紧螺母27可以沿着旋转夹紧壳体26内壁轻微转动，补偿产品在该处的扭转变形，见图5。杯锥分为上下两个部分，上部分为接受端，外形为圆柱形，内形为锥面，与接头17连接，球形定位头19可在杯锥接受端内滚动；下半部分为调姿端，内型为台阶孔，外形为法兰盘结构，与水平调整装置7相连。法兰盘结构为圆形固定法兰结构或滑动法兰结构。

杯锥根据下半部分法兰盘结构形式可以分为以下三种类型：

1.第一调整装置杯锥30，法兰盘为圆形，并设置有两处精制孔，用于将该杯锥固定在水平调整装置7上，作为整套调整机构定位基准，见图5；

2.第二、第三调整装置杯锥31，法兰盘为矩形，可以在水平调整装置7上单向滑动，在展向和航向分别吸收产品沿长度方向的变形，见图6；

3.第四调整装置杯锥32，法兰盘为圆形，可以水平调整装置7上自由滑动，同时吸收产品在水平面内多个方向的变形，见图7。

水平调整装置7根据杯锥下半部分法兰盘结构形式分为以下三种类型：

1.第一调整装置水平调整装置，含有第一托板33、连接螺栓34、稳钉35以及半月压板36。第一托板33为平板零件，通过连接螺栓34将第一托板33连接在力传感器装置8上，将第一调整装置杯锥30通过稳钉35固定在第一托板33上，作为整套调整机构的定位基准，见图8；,

2.第二、第三调整装置水平调整装置，含有第二托板37、防尘盖板38、激光位移传感器39、调整螺丝40以及连接螺栓34。第二托板37为平板零件，其上表面中心位置设有一条接受器18滑动凹槽，凹槽单边设有2个激光位移传感器39安装缺口，第二托板37通过连接螺栓34固定在力传感器装置8上。分别允许产品交点在XY两个方向滑动，同时在与滑动垂直方向可以依靠调整螺丝40调整第二、第三调整装置杯锥31位置，激光位移传感器39读取具体调整量，见图9；

3.第四调整装置水平调整装置，包括第三托板41、连接螺栓34、半月压板36。第四托板41为平板零件，上表面中心设有接受器18圆形滑动凹槽，第四托板41通过连接螺栓34固定在力传感器装置8上。第四调整装置杯锥32可以在第三托板41凹槽内自由滑动，同时吸收产品多个方向的变形，见图10。

力传感器装置8含有力传感器42，转接板43、连接螺母34。力传感器42通过连接螺栓34安装在水平调整装置7下方，通过转接板43连接在垂直调整装置9上方，能够实时测量水平调整装置7三个方向受力情况，见图11。

垂直调整装置9含有壳体44、套筒45、钢管组件46、运动装置47，可以实时调节并显示接受器18高度位置。壳体44为钢板焊接的长方体组件，底面连接在立柱10上，上表面连接套筒45，套筒45为钢管组件46上下运动时的通道，钢管组件46由钢管和两块底板焊接而成，一端连接在力传感器装置8的转接板43上，一端连接在运动装置47上，运动装置47带动钢管组件46在套筒45内上下运动。运动装置47含有举升机48、手轮49、止动销50、轴承51、编码器52和显示器53。手轮49通过轴承51连接在举升机48一侧，手轮49外圈设有环形槽口，止动销50卡在手轮49外圈槽口上，举升机48另一侧连接编码器52，编码器52有线连接显示器53，举升机48活动端连接在钢管组件46下表面，可以通过手轮49实时调节并显示接受器18高度，见图12。

使用该自适应微调整机构进行调整的方法，包括以下步骤：

1将自适应对接装置接头17安装在工装旗装置5底部安装孔上，拧紧锁紧螺母21，将弹性挡圈23卡在夹紧螺杆20槽口处，防止夹紧螺杆20脱落，夹紧螺杆20光杆端穿过接头17中心通过孔，依次通过球面垫圈25、锥面垫圈24、滚花锁紧器22，滚花锁紧器22将夹紧螺杆20运动范围限制在接头17内部，防止夹紧螺杆20脱出；

2将工装旗装置5连同自适应对接装置接头17通过高强螺栓16连接在在产品13上；

3将四套调整装置接受器18调装至理论位置，编码器52、力传感器42、激光位移传感器39数值归零；

4吊运产品13至自适应微调整机构正上方，自适应对接装置接头17与接受器18大致位置对齐，缓慢下降，首先将第一调整装置1接受器18、第四调整装置4接受器18对齐，再将第二调整装置2接受器18、第三调整装置3接受器18根据对应接头17位置微调，产品缓慢下降，接头17全部入位成功后，微调夹紧螺杆20插入旋转夹紧螺母27方向，对准后拧紧滚花锁紧器22，将接头17和接受器18固连在一起；

5移除吊挂，记录力传感器装置8以及激光位移传感器39数值；

6产品与产品对接，记录力传感器装置8以及激光位移传感器39数值。