随着飞机性能要求的不断提升和装配工艺的不断发展和革新,当前飞机装配由手工修配逐步向精准装配转变,从而对零件的成形精度提出了苛刻的要求。钣金零件是飞机零件家族的重要组成部分,其制造质量的好坏直接关系到飞机的飞行性能和使用寿命。近年来,我国的航空事业取得了长足的发展,但是飞机某些关键钣金类零件的成形制造技术与国外先进水平还存在着一定的差距,钣金零件的精度和质量是目前制约飞机数字化制造和精密装配的突出问题,实现钣金零件的精准化、柔性化、数字化成形制造是当前迫切需要解决的难题。本文针对飞机部件装配中较为常见的框肋类零件和蒙皮类零件,以橡皮囊成形和蒙皮精准拉形作为其解决方案,突破了毛料快速设计、成形工艺仿真、蒙皮精准拉形、蒙皮切边柔性夹持等关键技术,自主开发了相应的软硬件系统。主要研究内容及成果如下:1)提出了基于一步逆成形法的橡皮囊成形钣金零件毛坯快速设计方法,并开发了初始毛坯的快速设计系统(Rubber Blank Size Estimation,RBSE)。首先,建立了面向橡皮囊成形的一步逆成形法的几何关系和本构方程,采用三角形单元分别研究了单元节点内力和等效节点外力的计算方法,研究了一步逆成形法的牛顿-拉普森法迭代格式。然后,提出了一种基于一步逆成形的飞机钣金橡皮囊成形毛坯外形快速精确预示算法,以一步逆成形求解算法为核心,基于CATIA/CAA二次开发平台开发出了RBSE。最后,实际选取某下陷类零件及肋腹板零件进行实例验证,结果表明该系统可以迅速、准确获得橡皮囊成形钣金件的毛料外形,改善了毛坯设计过程中精度差、效率低等问题。2)提出了基于位移映射法的橡皮囊成形回弹补偿方法,开发了橡皮囊精准成形工艺仿真系统。首先,通过建立控制方程和空间有限元离散化,进行材料模型建立和应力修正,基于位移调整算法和向前回弹算法,通过位移映射、迭代处理、曲面重构等形成橡皮囊成形回弹补偿方法。然后,设计橡皮囊成形的工艺流程,研究模面快速设计、成形模拟和回弹补偿技术,完成了基于回弹补偿的钣金零件橡皮囊精准成形工艺设计。最后,基于CATIA/CAA二次开发平台,结合PAM-STAMP 2G开发了橡皮囊成形仿真系统,以典型橡皮囊成形钣金件为例,进行了橡皮囊成形仿真分析,验证了仿真系统的可靠性,并研究了相关参数对仿真回弹的影响。3)提出了一种可重构柔性多点模具拉形工艺设计方法,开发了基于可重构柔性多点模具蒙皮数控拉形工艺设计与仿真系统。首先,突破了新一代高效、低成本柔性多点模具的设计制造技术,设计开发了一套生产型柔性多点模具,实现了多点模的控制和快速调形。然后,在解决曲面空间定位、模面补充、钉柱调形高度计算、毛料尺寸计算和拉形轨迹计算等多项技术的基础上,以可重构柔性多点模具为应用环境,设计并开发了蒙皮数控拉形工艺设计系统。最后,基于PAM-STAMP 2G开发了拉形工艺仿真系统,实现了可重构柔性多点模具回弹补偿和模具型面优化,同时针对FET(定台式)和VTL(动台式)型数控拉形机,在解决拉形轨迹与拉形机运动参数转换算法的基础上,开发了相应的轨迹与运动参数转换软件。4)提出了基于N-2-1原理的动态多点定位方法和基于虚拟装夹的定位参数计算方法,研发了吸盘式数字控制的柔性夹持装备。首先,从基于柔性夹持工装的蒙皮精确切边工艺以及柔性夹持工装设计两个方面展开研究,基于N-2-1原理提出了面向蒙皮切边定位的动态多点定位方法,基于几何约束关系实现了柔性工装对曲面零件的虚拟装夹,进而计算出柔性工装的定位参数。然后,基于吸盘式柔性夹持装备设计制造和计算机控制等关键技术的突破,设计了一套工程化应用的吸盘式全数字控制柔性夹持装备。通过试验验证了橡皮囊毛坯快速设计技术与系统、橡皮囊液压成形工艺设计与仿真系统、柔性多点模具蒙皮拉形工艺与仿真系统、柔性多点模具系统、柔性夹持工装系统的有效性和适用性。