現(xiàn)代飛機裝配工藝及展望

薛 翔 張彤陽

（1.航空工業(yè)西安飛機工業(yè)（集團）有限公司，西安 710089；2.中車西安車輛有限公司，西安 710086）

飛機裝配是根據(jù)零件的機構(gòu)幾何形狀把各個零件組裝成部件或者把部件組裝成整機。飛機裝配工藝是研究如何將飛機各個零部件組裝成整機的方法與過程。隨著社會進(jìn)步，制造業(yè)的發(fā)展，客戶需求、各廠家競爭及航空制造業(yè)的發(fā)展，飛機裝配工藝一直朝著更高級別發(fā)展。飛機裝配工藝已經(jīng)經(jīng)過了第一階段人工裝配、第二階段半自動化裝配、第三階段自動化裝配的發(fā)展過程，目前我國的航空工業(yè)處于半自動化裝配階段。

1 國外現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)，國外飛機裝配工藝發(fā)展迅猛，眾多新機型面世，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、加工和檢測單元進(jìn)行機身部件的自動化裝配，應(yīng)用永久的可靠連接工藝，完成部件到整機的快速裝配。下面分別從自動化裝配工裝、自動化裝配系統(tǒng)、自動鉆鉚、裝配的先進(jìn)檢測技術(shù)和試驗技術(shù)等方面來介紹國外飛機裝配工藝。

1.1 自動化裝配工裝

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

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等波音飛機的裝配。壁板工裝用于裝配空客公司民機機翼壁板。

1.3 多點陣成形真空吸盤式柔性裝配工裝

多點陣成形真空吸盤式柔性裝配工裝主要結(jié)構(gòu)為立柱式吸盤，由程序控制進(jìn)行X、Y、Z軸移動和轉(zhuǎn)動，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、英宇航、空客、奔馳宇航、波音、龐巴迪宇航等公司軍、民用飛機的柔性裝配和生產(chǎn)中。

1.4 機身分散式柔性裝配工裝

分散式機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，增加了裝配的自動化和柔性，在大型飛機機身的裝配制造中應(yīng)用廣泛。

1.5 自動化對接平臺

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

2 自動化裝配系統(tǒng)

發(fā)達(dá)國家飛機自動化裝配技術(shù)已從單臺套的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)（包括機器人）、自動送料系統(tǒng)和數(shù)字化檢測系統(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)波音民機翼梁大型構(gòu)件的自動化裝配，它結(jié)合了電磁鉚接技術(shù)以及運動磁軛裝配機技術(shù)的優(yōu)點，目前新型號是柔性裝配系統(tǒng)E5000（ASAT4）C-17。

2.2 德國裝配系統(tǒng)正式上線

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

2.3 機器人柔性系統(tǒng)

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

2.4 自動鉆鉚技術(shù)

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

2.5 裝配的先進(jìn)檢測技術(shù)

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

3 國內(nèi)外工藝對比

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，國內(nèi)外普通鉚接工藝基本相近，主要區(qū)別則在于國外大量采用特種鉚接。

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

3.2 螺栓緊固裝置

螺栓類緊固件中，外國公司對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，而我國在這方面要求模糊。例如對螺栓的潤滑要求，某外國公司是采用螺栓和螺帽進(jìn)廠時即要求帶潤滑油，安裝時直接安裝不用除去潤滑油。我國公司要求安裝前必須將原潤滑油洗干凈，再重新涂上炮油或XXX號油膏。

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)。國內(nèi)復(fù)雜的機加零件往往使用標(biāo)準(zhǔn)樣件，將裝配合格的零件拆下來作為制造依據(jù)，在加工過程中免不了修銼。

國外零件質(zhì)量檢驗時，除機加件一般通過通用的檢測量具進(jìn)行檢查外，曲面鈑金零件都通過三坐標(biāo)測量機來檢查。我國多數(shù)用零件成形模具兼作檢驗工具，導(dǎo)致零件誤差較大，零件的尺寸公差問題很多，甚至不得不報廢某些工裝，再重新配做，拖長了生產(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)計等，裝配工作是制造部件的最后工序，對產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大?，F(xiàn)就幾種典型的裝配工藝，簡要對比幾個具體情況。

3.4.1 以骨架為基準(zhǔn)的裝配

國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。

以某艙門為例，艙門外形是流線型，同時蒙皮厚度較厚（大于1mm）的條件下，國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，才能保證部件外形的公差。艙門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，零件在裝配時一般不經(jīng)過調(diào)修就可以達(dá)到相互配合的要求。而我國借助目視調(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)修的問題。

3.4.2 加墊工藝補償

即使在零件的成形過程中和工藝裝備制造協(xié)調(diào)過程中，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，因此在制造過程中需要加墊補償，在此方面國內(nèi)外無區(qū)別。

3.4.3 為外表的美觀創(chuàng)造條件

飛機的外觀質(zhì)量，是西方國家飛機生產(chǎn)質(zhì)量競爭的主要條件之一。部件外形的流線和鏡面蒙皮的采用，對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程中，除了噴涂表面等保護措施外，還要參與工藝過程。對于鉚接質(zhì)量，除了緊固件的本身連接有嚴(yán)格的規(guī)定外，對蒙皮的凹陷、劃傷、波紋、光澤都有要求。制造過程中采用了鉆模鉆孔，而且鉚釘頭排列整齊，再加上對每個成形后的鉚釘頭進(jìn)行銑平，使得整個飛機表面光澤流線，大大增加了美觀。我國大多采用蒙皮張拉工藝來使蒙皮達(dá)到裝配要求，拋光工藝很少使用。

4 結(jié)語

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