浅谈飞机柔性装配技术

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈飞机柔性装配技术范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】本文结合国内现阶段飞机生产装配情况，并与国外先进装配工艺进行比较，探讨了飞机数字化生产阶段采用柔性装配技术的优势与发展前景。

【关键词】数字化；柔性化装配；技术

0 背景

飞机装配是将大量零件按图纸进行定位与连接的过程，是飞机制造的重要环节之一，其工作量约占整个飞机制造劳动工作量的一半左右。在传统的飞机装配过程中，需要用特定的工装型架来保证装配精度，由机气动外形的差异，导致型架是唯一的。

伴随用户需求的不断变化与丰富，飞机装配生产线也将越来越“丰富”。传统的“硬性”装配生产线在未来将受到挑战，这种“一对一”的装配模式，其配套专用型架的设计、生产和调试周期很长，且体积大、成本高、占地面积大，不利于产品的研制与快速布局生产。

随着近年来飞机设计行业内数字化、信息化的推进，越来越多的零件将抛开传统的基于模线样板的模拟量传递走向数字化信息传递之路。而采用传统的型架进行人工装配的方式，自动化和柔性化水平低，已无法满足精确化制造装配的要求。

1 国内外研究现状

飞机的数字化装配技术于20世纪90年代在欧美等航空制造业发达国家开始使用，柔性装配技术是近几年才逐渐在航空制造业开始研究和部分应用于生产。国外飞机制造技术表明，采用柔性能够装配是缩短生产周期，降低生产成本的有效措施。它能克服传统飞机制造业模线-样板法在模拟量协调体系下需要大量实物工装且应用单一，制造周期长，费用高，厂房利用率低等缺点，它通过与柔性工装、自动化制孔设备、数控钻铆或自动铆接等设备的集成可组成自动化，数字化的柔性装配系统，能明显缩短装配周期，提高和稳定装配质量。

据悉，在装配中使用了体现柔性工装特点的龙门钻削系统技术的X-35战机，其制造周期缩短了三分之二，工装由350件减少至19件，制造成本降低了一半。其采用的激光定位，电磁驱动能实现精密制孔，不仅能降低钻孔出错率，而且大大降低了工具和工装。

目前，北航与沈飞合作，在国内研制出首个针对壁板类组件的柔性装配工艺装备―数控柔性多点装配型架。哈飞也引进了能柔性夹持的复合材料铣切设备，并得到应用。国内关于柔性装配的研究与应用还不是很广泛。

2 飞机柔性装配技术的应用

柔性装配技术范畴很广，涵盖了柔性装配工装，柔性制孔，装配系统、装配设计，虚拟装配，装配集成管理，数字化检测，面向柔性装配的设计技术等领域。本文仅从柔性装配工装，柔性制孔等几个方面做出简要介绍。

2.1 柔性装配技术

柔性装配技术是基于产品数字量尺寸协调体系的可重组的模块化、自动化装配工装技术，其目的是免除设计和制造各种零件装配的专用固定型架、夹具，可降低工装制造成本，缩短工装准备周期、减少生产用地，同时大幅度提高装配生产率。

柔性工装技术在国外飞机各级装配中都得到广泛应用，无论是壁板类组件的装配还是机身机翼等大部件的装配，直至最后部件级别的对接，都应用了大量的柔性装配工装。柔性装配工装的类型包括用于壁板类组件装配的多点阵真空吸盘式柔性装配工装、用于机翼翼梁和机翼壁板装配的确定性装配工装，用于机身部件装配的分散式柔性装配工装，以及大部件对接的自动化对接平台等几类。

现代飞机蒙皮主要以铝制钣金件为主，典型结构是由蒙皮和框缘、补偿片装配而成的壁板。壁板外形虽然复杂，但多数可有贝赛尔曲线拟合得出。若壁板为刚体，则可采用三点定位便可以满足装配要求，但是飞机钣金件刚性查，若要满足装配要求，必须采用更多定位点。当定位点足够多时，原则上壁板外形是可控的。多点阵成型真空吸附式万能吸盘柔性工装系统就是用这种原理制造的，它带有一组真空吸盘立柱阵列，模块化的立柱可由程序控制三维移动到任意空间位置定位，形成与装配曲面完全符合并均匀分布的吸附点阵，能精确夹持和固定壁板以便完成钻孔、铆接和铣切等工作。当壁板外形发生变化时，柔性工装的外形和布局能自动进行调整。通过改变定位和夹紧位置，可以适应不同零部件结构和定位夹紧要求，从而降低综合成本，缩短工装准备时候和产品研制周期。

框梁类的零件，通常刚度比较大，可借助零件上的自我特征，比如孔、面等，进行自我定位，进而能简化工装的需求。这便是确定性装配（Determinant Assembly）确定性装配式一中无工装夹具飞机装配技术，也属于柔性工装范畴。为减少和减少工装，确定性装配使用零件自我特征来定位，免去了垫片、装配后的返修。零件刚度从某种意义上来讲决定了零件精度，要借助零件特征进行定位，就必须有足够刚度的精密零件的支持骨架，理论上讲零件有了符合精密尺寸的关键特征就可以用来互相配合。按照波音公司的定义，确定性装配有一下特征：①利用零件或组件关键特征之间的空间关系；②关键特征在数字化设计时进行定义；③关键特征借助于精确的数控机床在适当的时间用于零件的制造和装配过程；④装配件不是工装，而是依照工程设计来进行制造；⑤取消了复杂的工装。

部件类零件的装配，通常选取主要的结构交点、重要部位外形，测量点对部件进行姿态控制，传统的对接平台可以被由计算机控制的自动化千斤顶、激光定位跟踪系统，激光垂直定位系统等组成的柔性对接平台取代。这项技术能大幅提高装配质量，节省对接时间。

2.2 柔性制孔技术

目前国内外采用的自动化柔性制孔设备有：自动钻铆机器、机器人制孔系统、柔性制孔系统等。

现代飞机对气动外形要求非常严格，在技术条件中甚至对埋头铆钉突出蒙皮的高度都有要求。采用人工钻铆，工艺顺序为：画线钻孔粗绞精绞分离清理等，此过程耗时，孔位精度差，铆接质量不能稳定保持。而柔性化自动钻孔技术可以实现孔位，进给量的精确控制，自动钻铆机能一次性的完成夹紧、钻孔、锪窝、注胶、放铆和铣平等工序，一次进能钻出0.005mm内的高精度孔，又能将埋头窝和深度控制在0.01mm内。由于钻孔时铆接件处于高夹紧力下，层间不会产生毛刺和孔壁划伤，能有效减少疲劳源。但是由于自身结构限制，自动钻铆机多数用于壁板类零件。

机器人制孔系统国外多有应用，如C-130飞机梁腹板用机器人自动钻孔，波音的F-18后沿襟翼机器人制孔系统。

3 未来展望

柔性装配技术的应用时当前国内外飞机制造业数字化制造的大趋势，可以预见，柔性装配技术的推广将大大提高我国航空制造业水平，将强力的推进我国迈向航空强国的步伐。

【参考文献】

[1]郭恩明.国外飞机柔性装配技术[J].航空制造技术，2005（9）.

[2]范玉青.现代飞机制造技术[J].北京航空航天大学，2001.