大型飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)研究

李城 李進(jìn)平

摘 要：通過分析數(shù)字化裝配技術(shù)背景和發(fā)展現(xiàn)狀，指出了數(shù)字化裝配技術(shù)在保證大飛機(jī)結(jié)構(gòu)長壽命、高可靠性、高效率、低成本等方面的意義，強(qiáng)調(diào)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)已成為我國飛機(jī)裝配技術(shù)的重要發(fā)展方向；文章對(duì)數(shù)字化裝配自動(dòng)精密制孔、數(shù)字化對(duì)接平臺(tái)、系統(tǒng)集成控制等技術(shù)進(jìn)行了概述。希望可供行業(yè)內(nèi)人員參考，共同推進(jìn)大型飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)研究。

關(guān)鍵詞：大型飛機(jī) 數(shù)字化 裝配 制孔

中圖分類號(hào)：V26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（c）-0005-02

大飛機(jī)制造是衡量大國工業(yè)綜合實(shí)力的重要組成部分，大飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是尺寸大、可靠性要求高、壽命要求長。我國是世界上少數(shù)幾個(gè)具備大飛機(jī)制造能力的國家之一，但我國在飛機(jī)數(shù)字化裝配領(lǐng)域尚處于初步發(fā)展階級(jí)，隨著飛機(jī)復(fù)合材料運(yùn)用比例的提高，以及對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提升要求，數(shù)字化裝配技術(shù)已經(jīng)成為我國飛機(jī)裝配技術(shù)發(fā)展的新方向。對(duì)大飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的研究將對(duì)我國大飛機(jī)裝配水平及航空企業(yè)數(shù)字化制造水平的全面提升起到重要的推動(dòng)作用。

1 數(shù)字化裝配技術(shù)研究現(xiàn)狀

隨著時(shí)代的發(fā)展，大型飛機(jī)也在逐步發(fā)展，其結(jié)構(gòu)技術(shù)更加復(fù)雜，這也為大型飛機(jī)裝配提出了挑戰(zhàn)，如今，傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配技術(shù)已經(jīng)不能滿足飛機(jī)裝配的發(fā)展需求了。首先，大飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配工作量大，手工制孔包含定位鉆模、制初孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪窩等操作過程，制孔效率遠(yuǎn)不如設(shè)備制孔鉆锪一次成型，裝配周期難以滿足生產(chǎn)進(jìn)度要求，手工制孔大量采用鉆模也增大了工裝成本，同時(shí)增加更改成本和更改貫徹周期。其次，飛機(jī)制造上復(fù)合材料運(yùn)用越來越廣泛，傳統(tǒng)手工制孔不利于工人健康，且復(fù)合材料制孔容易出現(xiàn)劈裂、分層、灼燒等問題，手工制孔難以復(fù)合材料制孔質(zhì)量要求。最后，制孔質(zhì)量不穩(wěn)定，手工制孔、劃窩方式，無法有效保證精確的制孔孔徑、制孔垂直度及锪窩深度，影響連接強(qiáng)度及飛機(jī)表面齊平度。數(shù)字化裝配能有效提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接疲勞強(qiáng)度，提升生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，利用數(shù)字化進(jìn)行飛機(jī)裝配是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

世界航空制造業(yè)巨頭波音、空客、洛克希德。馬丁公司等在20世紀(jì)80年代已開始發(fā)展飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于飛機(jī)大批量裝配生產(chǎn)，大幅提升了飛機(jī)產(chǎn)量。目前國內(nèi)數(shù)字化裝配應(yīng)用規(guī)模有限，在壁板自動(dòng)鉆鉚技術(shù)上運(yùn)用相對(duì)成熟，機(jī)身總裝、翼盒總裝、活動(dòng)翼面裝配的數(shù)字化裝配運(yùn)用已取得一定成果，技術(shù)尚未成熟，主要還是依賴人工操作完成。

2 數(shù)字化裝配技術(shù)概述

2.1 自動(dòng)化精密制孔

飛機(jī)結(jié)構(gòu)故障絕大部由結(jié)構(gòu)連接部位出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展引起，為滿足大飛機(jī)長壽命連接以及高效率和高可靠性的技術(shù)要求，我國已飛機(jī)數(shù)字化裝配作為航空制造的重要發(fā)展方向。

自動(dòng)化制孔設(shè)備具有法向檢測(cè)、相機(jī)找正、磁感找正、自動(dòng)壓緊、刀具檢測(cè)、自動(dòng)探孔等功能，可一次性高速完成制孔并锪窩，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找正/自動(dòng)制孔/自動(dòng)安裝臨時(shí)緊固件。設(shè)備定位精度可達(dá)0.1m，重復(fù)定位精度0.05mm以內(nèi)，制孔孔徑精度達(dá)到H8。對(duì)于常見的航空材料為鋁合金、鈦合金和復(fù)合材料，可以完成混合夾層結(jié)構(gòu)的一次性制孔，制到不同夾層材料設(shè)置自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等制孔工藝參數(shù)?，F(xiàn)代自動(dòng)化制孔技術(shù)研究包括數(shù)字化測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)集成與控制技術(shù)、離線編程技術(shù)，以及加工工藝流程分析和工藝參數(shù)研究等內(nèi)容。

2.2 系統(tǒng)集成控制技術(shù)

飛機(jī)數(shù)字化裝配的過程中，需要很多系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，這些系統(tǒng)共同為數(shù)字化裝配提供數(shù)據(jù)，系統(tǒng)集成控制技術(shù)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，保證數(shù)據(jù)之間的交互協(xié)調(diào)。系統(tǒng)集成控制技術(shù)的研究主要包含以下幾個(gè)方面：首先，需要研究數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以及能夠配合數(shù)字化裝配系統(tǒng)的多系統(tǒng)集成[5]。其次，要對(duì)數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)接口技術(shù)進(jìn)行研究。最后，需要進(jìn)行三維控制技術(shù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋的在線控制技術(shù)研究。

2.3 飛機(jī)中壁板結(jié)構(gòu)的裝配

壁板結(jié)構(gòu)是飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)身中的常見結(jié)構(gòu)，依據(jù)壁板裝配工藝性分析，壁板結(jié)構(gòu)便于利用好數(shù)字化的裝配技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)鉆鉚設(shè)備攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)與技術(shù)方案、工藝流程，可使用壁板預(yù)裝配柔性工裝系統(tǒng)、壁板自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)、壁板拼接柔性工裝系統(tǒng)等完整的壁板組件數(shù)字化裝配系統(tǒng)，飛機(jī)壁板結(jié)構(gòu)的裝配過程中運(yùn)用這些系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壁板組件的數(shù)字化裝配流程，自動(dòng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化協(xié)調(diào)能力充分發(fā)揮出來，對(duì)壁板組件的裝配以及后期工作的開展提供了很大的便利，顯著提升壁板組件裝配效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4 數(shù)字化對(duì)接平臺(tái)

利用數(shù)字化支撐定位的設(shè)備，可以確保在機(jī)翼的安裝過程中，始終處于安裝姿態(tài)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的傳遞可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)動(dòng)方向的控制與約束，調(diào)整定位姿態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)飛機(jī)外翼與中央翼的有效對(duì)接。對(duì)接區(qū)多采用自動(dòng)化的設(shè)備進(jìn)行制孔，采用高干涉緊固件連接，有助于提升部件的疲勞壽命。在機(jī)翼的上下翼面需要分別安裝一臺(tái)柔性加工機(jī)床，配有自動(dòng)鉆鉚裝置，制孔和鉚接可一次完成。通過激光設(shè)備可以對(duì)飛機(jī)機(jī)翼的不同位置進(jìn)行定位，同時(shí)獲得更好的數(shù)據(jù)反饋，反饋給數(shù)控定位系統(tǒng)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，也可以進(jìn)行機(jī)翼對(duì)接后的扭曲度測(cè)量。

3 數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展

數(shù)字化裝配技術(shù)在很多方面都有著廣泛的應(yīng)用，當(dāng)其應(yīng)用在飛機(jī)裝配上時(shí)，可以為飛機(jī)裝配提供了完善的裝配過程記錄信息，也使得飛機(jī)裝配更加精細(xì)化，提高裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率。我國這些年來加大了這方面研究力度，并取得了一定成果，但數(shù)字化裝配系統(tǒng)控制技術(shù)發(fā)展與運(yùn)用需求結(jié)合不夠深入，這需要在飛機(jī)數(shù)字化裝配運(yùn)用中不斷探索、驗(yàn)證、發(fā)展，制定科學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略來促進(jìn)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展。熟練掌握現(xiàn)有技術(shù)的同時(shí)，不斷引入新的設(shè)備和技術(shù)[6]，加大數(shù)字化裝配技術(shù)人才培養(yǎng)力度，以滿足將來飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于大型飛機(jī)的裝配，采用數(shù)字化裝配技術(shù)有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，是實(shí)現(xiàn)未來大型飛機(jī)批量生產(chǎn)的必然選擇，然而，目前我國在飛機(jī)裝配領(lǐng)域仍然以人工操作為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)周期長，制造成本高。我國需要加強(qiáng)自動(dòng)化精密制孔技術(shù)、系統(tǒng)集成控制技術(shù)，以及數(shù)字化裝配技術(shù)運(yùn)用方面的研究。有了技術(shù)人員的不懈努力，相信不遠(yuǎn)的將來，數(shù)字化裝配技術(shù)將會(huì)廣泛運(yùn)用于我國飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)中。

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