飛機(jī)制造自動制孔機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)研究

榮 偉

（江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330039）

1 自動制孔技術(shù)的應(yīng)用范圍

近年來，飛機(jī)制造行業(yè)不斷吸收其它技術(shù)，如數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)、數(shù)字化裝配技術(shù)、新型材料技術(shù)、自動鉆鉚技術(shù)等等，以提高飛機(jī)的性能。飛機(jī)生產(chǎn)制造的特點首先取決于飛機(jī)的外形尺寸、飛機(jī)的用途和飛機(jī)的戰(zhàn)略要求，通常具有機(jī)體零件數(shù)量大品種多、空間形狀復(fù)雜、裝配和試驗工作的勞動量大等特征。在飛機(jī)制造過程中,裝配連接技術(shù)占有十分重要的地位。盡管各種新型連接技術(shù)，如變形連接技術(shù)、膠接技術(shù)等，在飛機(jī)制造中不斷被采用,但機(jī)械連接仍是現(xiàn)代飛機(jī)制造的主要連接形式，約占飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接的70%以上,且主要采用鉚接和螺栓連接。機(jī)械連接的質(zhì)量直接影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能和可靠性,其速度也影響著飛機(jī)的生產(chǎn)周期，因此，采用先進(jìn)的裝配連接技術(shù)已成為改善飛機(jī)性能的主要工藝措施之一。

鑒于機(jī)器人可以提高裝配系統(tǒng)的靈活性和可達(dá)性，配合各種終端執(zhí)行器可以實現(xiàn)各種不同的裝配作業(yè)，如自動化鉆孔和鉚接。自動制孔是制孔中的核心技術(shù)，其中制孔智能系統(tǒng)是提高制孔效率、提高制孔精度、縮短零部件制孔時間的關(guān)鍵。在機(jī)身機(jī)翼的壁板組件裝配中使用較多，在飛機(jī)裝配過程中存在大量的、極其重要的制孔工作，包括大量的鉚接孔和緊公差干涉配合螺栓孔。制孔的要求包括惚窩深度、表面粗糙度、形狀公差、位置公差等。

2 自動制孔技術(shù)研究現(xiàn)狀

連接部件數(shù)量多、尺寸大、形狀復(fù)雜是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的特點。目前飛機(jī)結(jié)構(gòu)件采用的主要連接方法仍是機(jī)械連接，一架大型飛機(jī)上大約有150萬~200萬個連接件。而飛機(jī)的總壽命主要取決于機(jī)體的壽命，疲勞破壞是飛機(jī)機(jī)體喪失工作能力的根本原因，根據(jù)統(tǒng)計，其中75%~80%的疲勞破壞發(fā)生在機(jī)體結(jié)構(gòu)的連接部位上。只有通過螺栓和鉚釘實現(xiàn)飛機(jī)各個部件的完美聯(lián)接，才能極大提高飛機(jī)的使用壽命。在飛機(jī)裝配鉆孔過程中，如果完全依靠傳統(tǒng)的人工作業(yè)，對人力、物力的要求是巨大的，更重要的是制孔質(zhì)量低，連接質(zhì)量難以滿足較高疲勞壽命的要求，并且加工效率也低。自動制孔技術(shù)作為先進(jìn)的裝配連接技術(shù)之一，其發(fā)展過程中不斷吸收其他技術(shù)，如自動控制、傳感器、計算機(jī)仿真、遠(yuǎn)程通信以及機(jī)器人等領(lǐng)域中的新技術(shù)和新工藝。伴隨著自動控制、傳感器、機(jī)器人等技術(shù)的進(jìn)步，能夠提高制孔質(zhì)量和效率的自動制孔技術(shù)在飛機(jī)制造領(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用。

3 自動制孔技術(shù)基本加工工藝

自動鉆鉚技術(shù)作為現(xiàn)代先進(jìn)的飛機(jī)裝配制造工藝技術(shù)，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工安裝鉚接技術(shù)，減少人為誤差，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。自動鉆鉚技術(shù)并不是一項新技術(shù)，從20世紀(jì)50年代起步，經(jīng)歷了手動、半自動化、全自動化等階段，并不斷吸收其他先進(jìn)技術(shù)，如自動控制、傳感器、計算機(jī)仿真、計算機(jī)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程通信以及機(jī)器人等領(lǐng)域中的新技術(shù)和新工藝，目前已被國內(nèi)外航空企業(yè)所廣泛應(yīng)用，主要包括以下幾個方面內(nèi)容。

（1）設(shè)備的研制、開發(fā)。根據(jù)不同的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，開發(fā)多種型號的數(shù)控自動鉆鉚系統(tǒng)，不僅能夠鉚接壁板，還能夠鉚接各種飛機(jī)組件，從而使得自動鉆鉚系統(tǒng)的工作覆蓋面大幅度的增加，使整個飛機(jī)的鉚接工作有較大的改變，提高了鉚接的效率。

（2）對各種干涉配合新型緊固件進(jìn)行自動安裝。通過增加附件，可以對兩件型緊固件進(jìn)行自動安裝，如環(huán)槽釘、高鎖螺栓、錐形螺栓等，也可以對無頭鉚釘進(jìn)行干涉配合鉚接，可以提高飛機(jī)鉚接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命5~6倍，特別是對提高飛機(jī)整體的密封鉚接有著重大的意義。

（3）自動鉆鉚工藝。自動鉆鉚工藝是在一臺設(shè)備上一次性地連續(xù)完成夾緊、鉆孔、惚窩、注膠、放鉚、銑平等工序。機(jī)床帶有高速、高精度的轉(zhuǎn)削主軸頭，一次進(jìn)給即能鉆出0.005mm以內(nèi)高精度的孔，同時惚窩深度也可以精確控制在±0.01mm以內(nèi)，再加上機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)控制各軸運動，并采用精密自動化夾具，使得鉚釘徽頭高度保持一致，不受人為因素的影響，這些因素使得釘桿在鉚釘孔中的填充質(zhì)量大為改善，從而極大提高了疲勞強(qiáng)大的許用值，同時，由于鉆孔時鉚接部位處于很高的壓緊力下，鉚接層之間不會進(jìn)入毛刺，大大降低了疲勞載荷下發(fā)生腐蝕損傷的幾率，這些都有助于提高飛機(jī)鉚接的疲勞強(qiáng)度，提高飛機(jī)的使用壽命。

（4）數(shù)字化鉚接的實現(xiàn)?，F(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計已完全實現(xiàn)數(shù)字化，開發(fā)應(yīng)用脫機(jī)編程系統(tǒng)使得飛機(jī)各組件的數(shù)模通過脫機(jī)編程系統(tǒng)生成數(shù)控鉚接程序，實現(xiàn)各種組件的鉚接數(shù)字化，對飛機(jī)制造數(shù)字化具有重要的意義。

4 研究目的與方向

現(xiàn)代飛機(jī)制造過程中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能與可靠性很大程度上取決于裝配連接質(zhì)量。一架大型飛機(jī)上大約有150萬~200萬個連接件，有文獻(xiàn)報道在一條機(jī)翼的裝配線上每年約要鉆削加工4000萬，孔加工在航空制造中占有重要地位。

自動制孔技術(shù)在國外已發(fā)展成熟并投入實際生產(chǎn)應(yīng)用，由于該技術(shù)具有很高的軍事價值和戰(zhàn)略意義，國外空客和波音等飛機(jī)制造企業(yè)對其嚴(yán)格保密，嚴(yán)重制約著我國航空事業(yè)的發(fā)展。

目前我國飛機(jī)裝配中的制孔主要以手工風(fēng)鉆鉆孔為主，制孔過程全部人為控制，不僅效率低,而且無法保證制孔精度。雖然現(xiàn)在國內(nèi)已有部分研究機(jī)構(gòu)開始啟動對自動制孔的研究，如北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所、北京航空制造工程研究所等科研院所已同相關(guān)飛機(jī)制造企業(yè)聯(lián)合啟動鐵合金、復(fù)合材料的自動鉆鉚系統(tǒng)地開發(fā)，但是尚未出現(xiàn)成果。在這種情況下，深入系統(tǒng)的研究自動制孔機(jī)械智能系統(tǒng)，不僅能填補(bǔ)國內(nèi)航空制造業(yè)自動制孔技術(shù)的空白，推動我國航空制造業(yè)的快速發(fā)展，也為自動制孔智能系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)和實驗基礎(chǔ)。

[1]范玉青.現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.

[2]A.JI.阿比波夫.飛機(jī)制造工藝[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1986.