現(xiàn)代飛機(jī)裝配工藝及展望

薛 翔 張彤陽(yáng)

（1.航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，西安 710089；2.中車(chē)西安車(chē)輛有限公司，西安 710086）

飛機(jī)裝配是根據(jù)零件的機(jī)構(gòu)幾何形狀把各個(gè)零件組裝成部件或者把部件組裝成整機(jī)。飛機(jī)裝配工藝是研究如何將飛機(jī)各個(gè)零部件組裝成整機(jī)的方法與過(guò)程。隨著社會(huì)進(jìn)步，制造業(yè)的發(fā)展，客戶(hù)需求、各廠家競(jìng)爭(zhēng)及航空制造業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)裝配工藝一直朝著更高級(jí)別發(fā)展。飛機(jī)裝配工藝已經(jīng)經(jīng)過(guò)了第一階段人工裝配、第二階段半自動(dòng)化裝配、第三階段自動(dòng)化裝配的發(fā)展過(guò)程，目前我國(guó)的航空工業(yè)處于半自動(dòng)化裝配階段。

1 國(guó)外現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)外飛機(jī)裝配工藝發(fā)展迅猛，眾多新機(jī)型面世，在裝配工藝上根據(jù)三維建模數(shù)字化的信息尺寸公差系統(tǒng)，實(shí)施立體三維數(shù)字化尺寸工程工藝，用虛擬裝配仿真技術(shù)完成工藝路線的優(yōu)化，使用帶有柔性的可分塊的工裝設(shè)備、加工和檢測(cè)單元進(jìn)行機(jī)身部件的自動(dòng)化裝配，應(yīng)用永久的可靠連接工藝，完成部件到整機(jī)的快速裝配。下面分別從自動(dòng)化裝配工裝、自動(dòng)化裝配系統(tǒng)、自動(dòng)鉆鉚、裝配的先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)等方面來(lái)介紹國(guó)外飛機(jī)裝配工藝。

1.1 自動(dòng)化裝配工裝

國(guó)外裝配工裝已經(jīng)發(fā)展成數(shù)控自動(dòng)化工裝，主要包括以下4類(lèi)，它們具有數(shù)字化、模塊化、和自動(dòng)化的特點(diǎn)。

1.2 行列式柔性裝配工裝

行列式柔性裝配工裝分為翼梁工裝和壁板工裝。翼梁工裝用于B-737、B-777、C-17等波音飛機(jī)的裝配。壁板工裝用于裝配空客公司民機(jī)機(jī)翼壁板。

1.3 多點(diǎn)陣成形真空吸盤(pán)式柔性裝配工裝

多點(diǎn)陣成形真空吸盤(pán)式柔性裝配工裝主要結(jié)構(gòu)為立柱式吸盤(pán)，由程序控制進(jìn)行X、Y、Z軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)零件外曲面生成與之配合的吸附陣列，該工裝能夠準(zhǔn)確吸附工件。上述工裝技術(shù)已廣泛應(yīng)用于戴姆勒-麥道、格魯門(mén)、英宇航、空客、奔馳宇航、波音、龐巴迪宇航等公司軍、民用飛機(jī)的柔性裝配和生產(chǎn)中。

1.4 機(jī)身分散式柔性裝配工裝

分散式機(jī)身柔性裝配工裝使用激光跟蹤定位，主要包括CNC控制單元，它的使用替代了傳統(tǒng)大型裝配型架，增加了裝配的自動(dòng)化和柔性，在大型飛機(jī)機(jī)身的裝配制造中應(yīng)用廣泛。

1.5 自動(dòng)化對(duì)接平臺(tái)

自動(dòng)化對(duì)接平臺(tái)相比于傳統(tǒng)的對(duì)接平臺(tái)，它使機(jī)體裝配質(zhì)量大幅提高，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，柔性強(qiáng)，能適應(yīng)不同尺寸的機(jī)身機(jī)翼結(jié)構(gòu)。

2 自動(dòng)化裝配系統(tǒng)

發(fā)達(dá)國(guó)家飛機(jī)自動(dòng)化裝配技術(shù)已從單臺(tái)套的CNC工裝設(shè)備向柔性化裝配工裝、模塊化加工單元、數(shù)控定位系統(tǒng)（包括機(jī)器人）、自動(dòng)送料系統(tǒng)和數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)等柔性裝配系統(tǒng)發(fā)展。

2.1 柔性壁板裝配系統(tǒng)

柔性翼梁裝配系統(tǒng)用于大多數(shù)波音民機(jī)翼梁大型構(gòu)件的自動(dòng)化裝配，它結(jié)合了電磁鉚接技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)磁軛裝配機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，目前新型號(hào)是柔性裝配系統(tǒng)E5000（ASAT4）C-17。

2.2 德國(guó)裝配系統(tǒng)正式上線

德國(guó)BRSTJE公司為A380、B-737、C-17等飛機(jī)機(jī)身壁板鉚接開(kāi)發(fā)的機(jī)身壁板柔性裝配系統(tǒng)已成功應(yīng)用。

2.3 機(jī)器人柔性系統(tǒng)

EI公司研發(fā)的機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)，用于機(jī)翼壁板與骨架的裝配，它主要包括以下工作：壓緊壁板、壁板厚度測(cè)量、鉆孔、孔檢測(cè)、插入螺栓、環(huán)槽釘安裝。

2.4 自動(dòng)鉆鉚技術(shù)

GEMCOR（美國(guó)通用電氣機(jī)械公司）研發(fā)出全電動(dòng)鉚接技術(shù)，可以利用電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠擠壓完成鉚接。自動(dòng)鉚接機(jī)械從液壓驅(qū)動(dòng)到電力驅(qū)動(dòng)已經(jīng)成為一種發(fā)展方向。

2.5 裝配的先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)

目前，先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)有激光跟蹤定位、幾何尺寸檢測(cè)、紅外照相檢測(cè)、復(fù)合材料裝配件的自動(dòng)化無(wú)損探傷、飛機(jī)密封結(jié)構(gòu)先進(jìn)泄漏檢測(cè)等。

3 國(guó)內(nèi)外工藝對(duì)比

3.1 鉚接裝配工藝方面

鉚接裝配分為普通鉚接和特種鉚接，國(guó)內(nèi)外普通鉚接工藝基本相近，主要區(qū)別則在于國(guó)外大量采用特種鉚接。

外國(guó)公司大量采用新型連接件，而我國(guó)應(yīng)用不多。例如，無(wú)頭鉚釘、冠頭鉚釘、干涉配合鉚接和有頭鉚釘自封鉚接等，還有特種實(shí)心鉚釘、尾端空心鉚釘以及各種單面抽釘，這些抽釘安裝時(shí)均要用專(zhuān)用工具施鉚。

3.2 螺栓緊固裝置

螺栓類(lèi)緊固件中，外國(guó)公司對(duì)緊固件安裝工藝有所規(guī)定，例如數(shù)據(jù)充分、要求明確、使用方便等，而我國(guó)在這方面要求模糊。例如對(duì)螺栓的潤(rùn)滑要求，某外國(guó)公司是采用螺栓和螺帽進(jìn)廠時(shí)即要求帶潤(rùn)滑油，安裝時(shí)直接安裝不用除去潤(rùn)滑油。我國(guó)公司要求安裝前必須將原潤(rùn)滑油洗干凈，再重新涂上炮油或XXX號(hào)油膏。

3.3 零件的制造和裝配

零件的制造公差和供應(yīng)狀態(tài)是保證部件順利裝配的基礎(chǔ)，零件之間的協(xié)調(diào)更是部件裝配質(zhì)量的基礎(chǔ)。

國(guó)外公司按照產(chǎn)品圖紙加工制造夾具，曲面零件在加工中心上加工，一般不用標(biāo)準(zhǔn)樣件作為基準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)復(fù)雜的機(jī)加零件往往使用標(biāo)準(zhǔn)樣件，將裝配合格的零件拆下來(lái)作為制造依據(jù)，在加工過(guò)程中免不了修銼。

國(guó)外零件質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)，除機(jī)加件一般通過(guò)通用的檢測(cè)量具進(jìn)行檢查外，曲面鈑金零件都通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)檢查。我國(guó)多數(shù)用零件成形模具兼作檢驗(yàn)工具，導(dǎo)致零件誤差較大，零件的尺寸公差問(wèn)題很多，甚至不得不報(bào)廢某些工裝，再重新配做，拖長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。

3.4 裝配工藝

裝配工藝的制定直接影響工裝協(xié)調(diào)、零件的供應(yīng)狀態(tài)和型架設(shè)計(jì)等，裝配工作是制造部件的最后工序，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。現(xiàn)就幾種典型的裝配工藝，簡(jiǎn)要對(duì)比幾個(gè)具體情況。

3.4.1 以骨架為基準(zhǔn)的裝配

國(guó)外的方法是以骨架為基準(zhǔn)進(jìn)行裝配，骨架組合完成之后安裝蒙皮，不在裝配型架上設(shè)置外形卡板。

以某艙門(mén)為例，艙門(mén)外形是流線型，同時(shí)蒙皮厚度較厚（大于1mm）的條件下，國(guó)外普遍采用以骨架為基準(zhǔn)的裝配，顯然，只有零件在型架上定位準(zhǔn)確和骨架配合間隙均等時(shí)，才能保證部件外形的公差。艙門(mén)肋骨在型架上以外形、腹板控制軸線以及腹板上的工藝孔控制零件的縱向位移，這才有把握從外向內(nèi)用鉆頭直接從鉆模導(dǎo)孔，通過(guò)蒙皮進(jìn)入骨架，并保證孔在骨架彎邊上的正確位置，零件在裝配時(shí)一般不經(jīng)過(guò)調(diào)修就可以達(dá)到相互配合的要求。而我國(guó)借助目視調(diào)整和按尺寸劃線的辦法，難免產(chǎn)生定位不準(zhǔn)、二次調(diào)修的問(wèn)題。

3.4.2 加墊工藝補(bǔ)償

即使在零件的成形過(guò)程中和工藝裝備制造協(xié)調(diào)過(guò)程中，采用了嚴(yán)密的控制措施，但由于制造誤差的積累，某些結(jié)構(gòu)的部位仍將產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的間隙，因此在制造過(guò)程中需要加墊補(bǔ)償，在此方面國(guó)內(nèi)外無(wú)區(qū)別。

3.4.3 為外表的美觀創(chuàng)造條件

飛機(jī)的外觀質(zhì)量，是西方國(guó)家飛機(jī)生產(chǎn)質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)的主要條件之一。部件外形的流線和鏡面蒙皮的采用，對(duì)零件加工和部件裝配質(zhì)量的控制提出了更高的要求。

例如，某客機(jī)的表面大部分采用拋光鏡面蒙皮，這些蒙皮在零件成形和裝配連接過(guò)程中，除了噴涂表面等保護(hù)措施外，還要參與工藝過(guò)程。對(duì)于鉚接質(zhì)量，除了緊固件的本身連接有嚴(yán)格的規(guī)定外，對(duì)蒙皮的凹陷、劃傷、波紋、光澤都有要求。制造過(guò)程中采用了鉆模鉆孔，而且鉚釘頭排列整齊，再加上對(duì)每個(gè)成形后的鉚釘頭進(jìn)行銑平，使得整個(gè)飛機(jī)表面光澤流線，大大增加了美觀。我國(guó)大多采用蒙皮張拉工藝來(lái)使蒙皮達(dá)到裝配要求，拋光工藝很少使用。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在我國(guó)飛機(jī)裝配工藝已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，未來(lái)的發(fā)展是面向智能化、精細(xì)化、精益化。結(jié)合《中國(guó)制造2025》發(fā)展實(shí)施綱要，中航工業(yè)2018年兩化融合工作會(huì)議精神，我國(guó)的飛機(jī)裝配工藝必須向著信息化、工業(yè)化融合方向前進(jìn)。具體有以下幾點(diǎn)展望：在3D環(huán)境下仿真飛機(jī)裝配工藝過(guò)程；打造數(shù)字化裝配工藝技術(shù)、工藝柔性化裝配線、智能化裝配車(chē)間；繼續(xù)推進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）在飛機(jī)連接裝配中深入應(yīng)用。