飛機(jī)裝配中的先進(jìn)制孔技術(shù)與裝備探究

山林 張?chǎng)?/p>

摘要：本文將從先進(jìn)制孔技術(shù)在飛機(jī)裝配方面的應(yīng)用出發(fā)，并對(duì)制孔裝備在飛機(jī)裝配方面的應(yīng)用進(jìn)行分析與探究，希望為相關(guān)人員提供一些幫助和建議。

關(guān)鍵詞：制孔裝備；制孔技術(shù)；飛機(jī)裝配

引言：

現(xiàn)階段，飛機(jī)裝配時(shí)存在很大的制孔工作量，并且裝配周期會(huì)在很大程度上受到制孔效率所影響，飛機(jī)結(jié)構(gòu)是否完整還會(huì)受到制孔質(zhì)量影響。為了使飛機(jī)的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度提升、結(jié)構(gòu)重量減輕，大量復(fù)合材料應(yīng)用在飛機(jī)新機(jī)型中，使其裝配時(shí)的制孔工作面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，研究先進(jìn)制孔技術(shù)、制孔裝備在飛機(jī)裝配方面的應(yīng)用具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

一、先進(jìn)制孔技術(shù)在飛機(jī)裝配方面的應(yīng)用

（一）先進(jìn)自動(dòng)化控制

在制孔全自動(dòng)控制系統(tǒng)中，包括多運(yùn)動(dòng)的切削加工控制、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械手等設(shè)備運(yùn)動(dòng)型控制，并且按照制孔需要還會(huì)對(duì)排屑吸塵、押金構(gòu)建、刀具調(diào)整、位置識(shí)別等故障診斷、輔助系統(tǒng)進(jìn)行集成。要想讓制孔更加自動(dòng)化和高效化，以上輔助裝置與設(shè)備應(yīng)受到有序、統(tǒng)一的控制，這使得研制和開發(fā)控制系統(tǒng)變成一項(xiàng)重要的工程。除此之外裝配的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件通常是小批量、多品種的生產(chǎn)，改變裝配構(gòu)件以后應(yīng)對(duì)制孔技術(shù)工藝進(jìn)行再次制定，并且有較高的離線控制系統(tǒng)編程要求。

（二）制孔專用的高性能刀具

一般來(lái)說(shuō)，加工效率、制孔質(zhì)量、質(zhì)量精度會(huì)受刀具當(dāng)前切削的能力所影響，因此，制孔專用的高性能刀具需要具備合理、科學(xué)的幾何參數(shù)及結(jié)構(gòu)，這樣在加工時(shí)可以使溫度、切削力降低，大大減少加工缺陷。按照復(fù)合材料、鈦合金、鋁合金等性能差異的不同，需要針對(duì)性進(jìn)行制孔刀具幾何參數(shù)與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，讓加工充分實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的目的。對(duì)疊層合金結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料進(jìn)行制孔工作的過程中，有較高的刀具適應(yīng)性要求，并且需要優(yōu)化幾何參數(shù)的工作也更為復(fù)雜。由于飛機(jī)裝配存在巨大的制孔數(shù)量，要想防止刀具多次更換而使制造成本增加、生產(chǎn)效率降低的情況出現(xiàn)，應(yīng)盡可能確保制孔刀具的使用壽命，保證其使用期間內(nèi)具有穩(wěn)定的切削性能，從而在大批量的制孔過程中提升其質(zhì)量與精度的穩(wěn)定性。從這里我們能夠發(fā)現(xiàn)，研制與開發(fā)制孔專用的高性能刀具技術(shù)是飛機(jī)裝配的又一重要研究領(lǐng)域。

（三）設(shè)計(jì)先進(jìn)末端執(zhí)行器

對(duì)于制孔系統(tǒng)來(lái)講，末端執(zhí)行器屬于核心部件之一，可以直接進(jìn)行各種加工、切削孔的任務(wù)[1]。在進(jìn)給單元、主軸單元等切削必備單元以外，通常末端執(zhí)行器還會(huì)對(duì)多種其它的機(jī)構(gòu)進(jìn)行集成。例如，某工作人員在進(jìn)行飛機(jī)裝配時(shí)，要想檢測(cè)工件法相并且加工空位，應(yīng)確保末端執(zhí)行器對(duì)多種傳感器進(jìn)行集成，要想排屑應(yīng)對(duì)吸塵機(jī)構(gòu)加以集成，要想壓緊制孔加工構(gòu)建，應(yīng)對(duì)各種壓腳的機(jī)構(gòu)進(jìn)行集成，要想對(duì)刀具的批量自動(dòng)化制孔更好地適應(yīng)，應(yīng)做到短時(shí)間內(nèi)快速更換刀具，要想讓鉚接與自動(dòng)制孔同時(shí)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)對(duì)繁瑣的鉚接單元進(jìn)行集成，要想防止制孔加工存在的幾何干涉，應(yīng)對(duì)機(jī)器人裝置加以集成，并且末端執(zhí)行器還要對(duì)質(zhì)量和體積進(jìn)行嚴(yán)格地控制。由于多樣性的功能要求，使得末端執(zhí)行的自動(dòng)制孔設(shè)計(jì)存在一定復(fù)雜性。除此之外，超聲振動(dòng)、螺旋銑控的末端執(zhí)行器具有十分復(fù)雜的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)存在較大的難度。

（四）控制制孔質(zhì)量和精度技術(shù)

進(jìn)行飛機(jī)裝配的過程中，對(duì)制孔質(zhì)量、制孔精度有一定要求。開展制孔加工以前應(yīng)確保位置的精度，依托先進(jìn)視覺系統(tǒng)與位置傳感器等設(shè)備來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償、檢測(cè)裝備構(gòu)建的角度、位置。與此同時(shí)，進(jìn)行制孔加工時(shí)，受到熱力和切削力雙重作用后，復(fù)合材料容易有加工缺陷產(chǎn)生，要想讓這些缺陷減少就應(yīng)優(yōu)化加工的參數(shù)。對(duì)疊層合金結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料進(jìn)行制孔的過程中，各種材料的性能差異容易導(dǎo)致孔徑上的差異，使加工的精度受到影響。在飛機(jī)裝配的制孔中，一般需要對(duì)沉頭孔進(jìn)行加工，其深度也有相對(duì)嚴(yán)格的要求，從而確保制孔設(shè)備可以對(duì)刀具切入的軸向深度有一個(gè)準(zhǔn)確控制。從這里我們能夠發(fā)現(xiàn)，應(yīng)綜合考慮各種結(jié)構(gòu)、各種材料制孔的過程控制、工藝參數(shù)、工藝匹配、工藝方法等不同方面，對(duì)控制制孔質(zhì)量、制孔精度的技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究。

二、制孔裝備在飛機(jī)裝配方面的應(yīng)用

相關(guān)研究表明，和普通制孔裝備相比，使用先進(jìn)制孔裝備能夠減少40%左右的切削力，降低50%左右的切削溫度，對(duì)零件基準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)獲取，對(duì)工作區(qū)也能自動(dòng)定位，精度高達(dá)±0.2毫米，對(duì)于10毫米厚的復(fù)合材料制孔，效率高達(dá)每分鐘6個(gè)至8個(gè)，垂直度的公差為±0.5°，且锪窩的精度為0.15毫米。

（一）半自動(dòng)的制孔裝備

飛機(jī)裝配的半自動(dòng)制孔一般使用具有進(jìn)給功能的工具來(lái)制孔。部分企業(yè)對(duì)手持氣動(dòng)的制孔工具進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)定為固定的工裝和自動(dòng)進(jìn)給的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了集成，讓飛機(jī)裝配半自動(dòng)的制孔得以實(shí)現(xiàn)，該裝備較多地應(yīng)用于大直徑制孔加工，是裝配制孔的主流方法之一[2]。

（二）超聲輔助的裝備

飛機(jī)裝配采用的超聲輔助技術(shù)離不開超聲輔助專用制孔設(shè)備的支持，但是整套的超聲輔助裝備投入過大，國(guó)外、國(guó)內(nèi)比較傾向于改造當(dāng)前制孔設(shè)備，以添加功能附件的方法讓之前的設(shè)備具備超聲振動(dòng)這一功能。

（三）手工的制孔裝備

所謂手工制孔，是指工作人員使用手持工具開展制孔加工，主要的制孔工具有手電鉆、氣鉆等，大部分手工制孔都使用氣鉆。這種方式不會(huì)過度依賴加工設(shè)備，適應(yīng)工件的能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是制孔質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率不高、靠東強(qiáng)度較大。

（四）全自動(dòng)的制孔裝備

全自動(dòng)制孔通常是借助全自動(dòng)化、多功能、高柔性的設(shè)備展開制孔的加工工作。該裝備的系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，由輔助裝置、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、裝夾機(jī)構(gòu)、末端執(zhí)行器等部分組成，按照不同的飛機(jī)裝配制孔要求與具體工況，國(guó)外、國(guó)內(nèi)對(duì)多種形式和結(jié)構(gòu)的制孔全自動(dòng)設(shè)備展開了研究并投入于生產(chǎn)。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，研究先進(jìn)制孔技術(shù)、制孔裝備在飛機(jī)裝配方面的應(yīng)用具有十分重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對(duì)當(dāng)前飛機(jī)裝配概況有一個(gè)全面的了解，積極將先進(jìn)自動(dòng)化控制、制孔專用的高性能刀具、先進(jìn)末端執(zhí)行器、控制制孔質(zhì)量和精度技術(shù)等制孔技術(shù)運(yùn)用于飛機(jī)裝備，合理使用半自動(dòng)、超聲輔助、手工、自動(dòng)等類型的先進(jìn)制孔裝備，從而不斷優(yōu)化裝配制孔的優(yōu)化流程，實(shí)現(xiàn)更好地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]趙純穎.數(shù)字化裝配仿真裝配技術(shù)在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用探究[J].科技風(fēng)，2018（29）：107.

[2]賈云俠，韓晉.基于ADAMS七自由度飛機(jī)裝配機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（01）：29-31.

（作者單位：中航飛機(jī)股份有限公司）