大部件對(duì)接面環(huán)形軌自動(dòng)化制孔設(shè)備應(yīng)用、改進(jìn)和人才培養(yǎng)

胡洋

一、項(xiàng)目背景及意義

眾所周知，飛機(jī)大部件對(duì)接是飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造中的重中之重，對(duì)于大飛機(jī)部件對(duì)接更是難題，大部件對(duì)接之所以難是因?yàn)榇箫w機(jī)部件幾何尺寸大、自身的形變難以控制且受外界因素影響較多。對(duì)接過(guò)程中需同時(shí)協(xié)調(diào)裝配的部位多，對(duì)大型運(yùn)輸機(jī)來(lái)說(shuō)難度更大。其對(duì)接區(qū)由6塊寬60mm的帶板和90余根長(zhǎng)桁連接飛機(jī)前中和中后三段，其中后對(duì)接完成后，后機(jī)身所有部件都處于懸空狀態(tài)，對(duì)接區(qū)域的載荷集中較大。機(jī)身對(duì)接裝配既要保證裝配精度，又要保證主起落架交點(diǎn)孔、垂尾交點(diǎn)孔的位置以及貨艙地板安裝的平面度要求。

由于對(duì)接區(qū)域的制孔連接要求很高，用傳統(tǒng)的手工制孔加工難以滿足長(zhǎng)壽命、高強(qiáng)度的連接。針對(duì)大飛機(jī)對(duì)接加工要求的特點(diǎn)經(jīng)過(guò)充分論證采用“大部件對(duì)接面環(huán)形軌自動(dòng)化制孔設(shè)備”來(lái)對(duì)對(duì)接部位進(jìn)行精準(zhǔn)加工，環(huán)形軌在機(jī)身上安裝位置如圖，環(huán)形軌自動(dòng)制孔設(shè)備組成如圖，充分保證了孔的加工質(zhì)量，包括孔的位置度、垂直度以及孔精度等。我們是全國(guó)首例應(yīng)用環(huán)形軌制孔系統(tǒng)完成大飛機(jī)部件對(duì)接，雖然相關(guān)技術(shù)相比發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)仍有差距，但通過(guò)該項(xiàng)目研制和試用積累的經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)接制孔工作將能夠完成的更好。此套系統(tǒng)的熟練使用，將會(huì)對(duì)我國(guó)的飛機(jī)大部件對(duì)接質(zhì)量與數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用完成一個(gè)大的跨越，更是在飛機(jī)柔性裝配領(lǐng)域完成從0到1、從無(wú)到有的突破。。

二、實(shí)施情況及主要做法

2.1. 環(huán)形軌制孔系統(tǒng)應(yīng)用

由于國(guó)內(nèi)行業(yè)中環(huán)形軌自動(dòng)化制孔相關(guān)設(shè)備未能成功應(yīng)用到飛機(jī)裝配過(guò)程中，所以環(huán)形軌自動(dòng)化制孔設(shè)備引進(jìn)后，需要通過(guò)不斷試驗(yàn)來(lái)找到合理的設(shè)備制孔相關(guān)參數(shù)。為了保證其能在后期成功應(yīng)用到某型機(jī)機(jī)身對(duì)接面制孔中，通過(guò)與廠家共同針對(duì)設(shè)備制孔進(jìn)行各項(xiàng)相關(guān)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證，確定制孔所需的參數(shù)、加工程序和工藝方法。在調(diào)試、試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟進(jìn)項(xiàng)目，與各位專家保持實(shí)時(shí)溝通交流，及時(shí)解決問(wèn)題，以最快的速度熟悉掌握環(huán)形軌自動(dòng)制孔設(shè)備在制孔時(shí)的各項(xiàng)操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)等。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的試驗(yàn)驗(yàn)證，最終完成了全部驗(yàn)證項(xiàng)目，包括制孔程序離線編程仿真驗(yàn)證、加工孔位確定、架外試刀臺(tái)制孔程序驗(yàn)證、架外試刀臺(tái)刀具驗(yàn)證、前后段定位安裝、前后段描點(diǎn)和前后段加工等驗(yàn)證。

項(xiàng)目驗(yàn)證過(guò)程中，由于首次將環(huán)形軌自動(dòng)制孔設(shè)備應(yīng)用到產(chǎn)品機(jī)身對(duì)接面制孔上，對(duì)于前期確定的加工程序準(zhǔn)確性、設(shè)備穩(wěn)定性以及操作人員的操作技能提出嚴(yán)峻考驗(yàn)，必須滿足制孔過(guò)程中無(wú)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)要兼顧生產(chǎn)進(jìn)度，保證飛機(jī)按時(shí)順利交付。在環(huán)形軌設(shè)備制孔過(guò)程中，需要全程保持精神高度集中進(jìn)行操作，同時(shí)實(shí)時(shí)完整地記錄設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)變化以及設(shè)備操作過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決措施。在項(xiàng)目實(shí)施驗(yàn)證制孔過(guò)程中，出現(xiàn)了大量技術(shù)性難題，例如：

1）設(shè)備的安裝定位

傳統(tǒng)的自動(dòng)化制孔設(shè)備類似于機(jī)床，設(shè)備安裝在相應(yīng)位置后，加工時(shí)設(shè)備位置保持不變，將待加工產(chǎn)品運(yùn)送到自動(dòng)制孔設(shè)備上完成加工制孔。而本項(xiàng)目中的環(huán)形軌自動(dòng)制孔設(shè)備與之相反，環(huán)形軌在制孔準(zhǔn)備工作時(shí)，需要保持待加工產(chǎn)品位置固定不變，環(huán)形軌下部通過(guò)氣墊運(yùn)輸車運(yùn)送至制孔區(qū)域相應(yīng)位置，上部采用吊車吊運(yùn)至制孔區(qū)域，然后環(huán)繞飛機(jī)機(jī)身對(duì)接面一周安裝，對(duì)于安裝操作有很高要求，設(shè)備的定位和安裝精度直接影響產(chǎn)品加工的精度，環(huán)形軌上部安裝時(shí)，如果相對(duì)于理論位置存在偏差，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)環(huán)形軌道的扭曲、變形，最終造成設(shè)備損壞，產(chǎn)品加工出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

起初制定方案時(shí)，考慮通過(guò)在上部軌道兩側(cè)加裝激光射線，瞄準(zhǔn)地面的靶標(biāo)點(diǎn)完成定位，但實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)不僅吊車精度無(wú)法滿足，而且每架機(jī)狀態(tài)不完全一致，將地面作為定位基準(zhǔn)無(wú)法滿足定位要求。經(jīng)過(guò)研究商討后發(fā)現(xiàn)可以利用軌道中央的連桿與蒙皮對(duì)縫的相對(duì)關(guān)系進(jìn)行定位，如圖，實(shí)踐證明此方法可行，最終順利完成了設(shè)備的安裝與定位工作。

2）加工文件編制

在產(chǎn)品描點(diǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有些預(yù)留給下道工序的孔位被納入加工程序待加工，還有些可以進(jìn)行加工的孔位未納入加工程序，在重新統(tǒng)計(jì)了全機(jī)需要加工與不加工的孔位后，對(duì)全部24個(gè)站位的加工文件進(jìn)行重新離線編程，生成滿足工藝要求的加工文件，對(duì)接面孔位情況如圖，加工文件孔位參數(shù)如圖11。全機(jī)8000多個(gè)孔位一一核查，重新編程，在巨大工作壓力與難度之下，圓滿完成此項(xiàng)任務(wù)。

通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，完全掌握了本項(xiàng)目中的環(huán)形軌自動(dòng)制孔設(shè)備操作方法、全部知識(shí)點(diǎn)以及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，同時(shí)也對(duì)設(shè)備硬件有了更深了解，在后續(xù)產(chǎn)品加工過(guò)程中，出現(xiàn)故障時(shí)可以做到獨(dú)立分析，查明原因，解決問(wèn)題。

3.2環(huán)形軌制孔系統(tǒng)的改進(jìn)

完成了全部驗(yàn)證項(xiàng)目并連續(xù)加工數(shù)架次后，在加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)一系列設(shè)備軟件或硬件存在的不足與故障高發(fā)點(diǎn)，并制定相應(yīng)改進(jìn)措施，如優(yōu)化環(huán)軌定位安裝方法、增加孔位整體偏移功能、加裝急停按鈕提高緊急制動(dòng)能力、優(yōu)化運(yùn)動(dòng)路徑消除碰撞風(fēng)險(xiǎn)、改進(jìn)刀具長(zhǎng)度提升制孔效率、配套黑色定位釘提升探孔效率等。

1）優(yōu)化環(huán)軌定位安裝方法

定位安裝方法優(yōu)化之前通過(guò)軌道中央的連桿與飛機(jī)蒙皮對(duì)縫對(duì)齊方式完成定位，但在后續(xù)架次安裝中發(fā)現(xiàn)這一定位方法存在空間位置無(wú)法測(cè)量、依靠目測(cè)準(zhǔn)確度低，難以保證連桿的位置與蒙皮對(duì)縫的位置在航向上能完全對(duì)齊，容易導(dǎo)致環(huán)形軌安裝定位不符合預(yù)期要求，造成整個(gè)軌道輕微扭曲、孔位大面積偏移等情況。

通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，環(huán)軌頂部前后各有一塊與蒙皮接觸起支撐作用的支撐膠塊，支撐膠塊在航向上對(duì)稱處于蒙皮兩側(cè)，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)只要保證兩塊支撐膠塊和蒙皮對(duì)縫的距離滿足前段550mm±1mm、后段512mm±1mm，就能很好的保證安裝精度，上部定位方法優(yōu)化后如圖。在和廠家溝通后認(rèn)定此方案可行，經(jīng)過(guò)后續(xù)架次安裝定位驗(yàn)證，全部達(dá)到很好的安裝精度，避免了設(shè)備軌道局部受力與孔位大面積整體偏移的情況出現(xiàn)。

2）增加孔位整體偏移功能

即使環(huán)形軌安裝定位帶來(lái)的大面積偏移問(wèn)題得到解決，但由于相機(jī)標(biāo)定問(wèn)題與每架機(jī)產(chǎn)品差異情況存在，各站位仍然存在不同程度的孔位偏移情況，在硬件和產(chǎn)品已經(jīng)定型無(wú)法更改的情況下，從軟件和加工程序兩方面考慮解決此問(wèn)題。在和廠家溝通后優(yōu)化了現(xiàn)有的操作軟件，在其中增加了修改加工程序使其能在航向方向偏移，如圖，對(duì)于后續(xù)架次飛機(jī)加工時(shí)，在每架次飛機(jī)制孔孔位描點(diǎn)結(jié)束后進(jìn)行測(cè)量，再利用此功能修改加工程序進(jìn)行孔位整體修正，最終徹底解決了孔位偏移的情況。

三、總體評(píng)價(jià)

在飛機(jī)裝配領(lǐng)域中，連接孔的裝配連接質(zhì)量對(duì)飛機(jī)的使用壽命及安全性有著重要的影響，在國(guó)外柔性自動(dòng)制孔技術(shù)和設(shè)備的研制應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了較高水平，而國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域仍處于起步階段，雖然各大飛機(jī)制造廠商或相關(guān)研究所都相繼采購(gòu)了國(guó)內(nèi)外各種環(huán)形軌制孔系統(tǒng)，但時(shí)至今日也僅有航空工業(yè)西飛機(jī)身裝配廠一家單位完成了從驗(yàn)證到批量生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。

通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施，使設(shè)備利用率提高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、設(shè)備和產(chǎn)品的加工安全系數(shù)提高、加工效率提高、加工周期縮短及其設(shè)備維保、人才培養(yǎng)、數(shù)字化裝配團(tuán)隊(duì)建設(shè)都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，對(duì)設(shè)備制孔的摸索、驗(yàn)證、改造積累了一套關(guān)于設(shè)備的應(yīng)用、拓展、維護(hù)、管理經(jīng)驗(yàn)，為機(jī)身裝配廠乃至西飛公司日后的數(shù)字化裝配發(fā)展都能起到借鑒與指導(dǎo)作用。雖然對(duì)數(shù)字化設(shè)備的應(yīng)用到普及與傳統(tǒng)裝配相比仍然存在較大差距，以及與國(guó)外相對(duì)應(yīng)企業(yè)相應(yīng)技術(shù)存在差距，但未來(lái)數(shù)字化設(shè)備的應(yīng)用一定為飛機(jī)裝配的發(fā)展趨勢(shì)，我們?cè)跀?shù)字化裝備應(yīng)用上所付出的努力將成為西飛后續(xù)數(shù)字化裝配發(fā)展的基石。