飞机数字化装配模式研究
梁好 罗真金 李晓苗
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梁好 罗真金 李晓苗,. 飞机数字化装配模式研究[J]. 中国航空航天科学,20216. DOI:10.12721/ccn.2021.157057.
摘要: 随着我国工业生产设备的自动化、智能化水平越来越高,机械控制手段也在不断更新换代。在这一过程中,变频控制技术得到了广泛应用,为满足生产机械的复杂控制需求提供了保障。对于飞机装配起重机而言,优化起重机械控制方式是保障吊装生产质量和安全的必要手段,在其中融入变频控制技术会为优化生产带来帮助。基于此,本文就我国飞机数字化装配技术在发展中的问题、飞机数字化装配中主要应用的技术以及具体应用等方面做了简单分析,希望对提高我国飞机制造的数字化水平有所启示和帮助。
关键词: 飞机;数字化装配;问题;技术分析
DOI:10.12721/ccn.2021.157057
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1 飞机数字化装配技术的特点

从飞机制造的角度来看,飞机装配是十分重要的生产工序,实践中必须实现零件、工装之间的有效协调。通常来说,飞机零件都具有体积大、价值高的特点,而且其外形结构各异,装配时工作难度大、复杂性强、干扰多且质量要求高,在吊装环节往往需要出动多台起重机协同作业。因此,飞机装配工作对起重设备控制精度的要求极高。在飞机装配过程中,相关工作人员必须基于科学方法保证外形和位置的准确度,因此装配生产环节必须强调装配动作、业务工作、设备维护的标准化以及工装夹具通用化。当前,飞机装配工作对传统起重机械的依赖性较高,使用中操作员需要进行高空作业,安全性相对较差。此外,现有的飞机装配系统运行环节容易低速运行,存在不稳定、设备故障率高且效率低的情况。在实践工作中,不仅需要强调人为操作的规范性,更应该突出起重机的不可替代性,尽量降低机械故障概率,从而提升飞机装配起重机控制水平,增强飞机装配吊装工作质量。

2 飞机数字化装配技术现状

近年来,虽然我国飞机装配技术和工艺装备得到发展,各航空企业对装配技术进行了提升,但是飞机装配的数字化程度还较低。国内仍大量采用基于模拟量传递的固定工装型架,以手工装配为主的装配方法,飞机数字化柔性装配研究和应用还很少。另外,我国在飞机装配技术方面的经验欠缺,一些数字化装备并未充分发挥其作用。

造成国内飞机交付周期长和质量差的主要技术原因如下:①固定工装型架使用较多。由于飞机的零部件多、结构复杂,按国内现有的装配模式,需要大量的装配型架。但是新机研制和飞机改型,均产生大量的工装设计和制造任务,严重影响了飞机的交付周期。②由于飞机装配生产线的数字化自动化程度低,严重影响了飞机的装配时间和质量的稳定性,造成装配效率低。

3 飞机数字化装配技术体系的关键技术
3.1 数控柔性装配定位技术

柔性装配技术是一种新的装配方法,它是一个制造成本低、装配效率高、工装可重组模块化的装配技术,它的未来发展是取消装配型架,采用数字化装配平台,它的装配定位,数控采集都非常精确。柔性装配定位设计的基准和目的是柔性定夹持及定位技术,因为一般飞机的组织结构件尺寸和形体都不太小,组成构成也比较繁琐,这致使定位件或夹紧件之间的配合会受到很多制约。而飞机的零部件大部分是薄壁型零件,在组成和装配过程中极容易发生各种形式的装配变形。所以,为了保证飞机零部件装配的准确程度,需要设计和研究一种恰当的定位方法,用来提升定位准确性和反复定位精度。数字化钻铆技术就是柔性装配技术的一种,这种技术的组成包括装配钻铆、对接钻铆以及机器人钻铆,它的应用结合了很多技术在里面,例如激光跟踪测量技术、整体结构精确制造技术。利用数控钻加工可以提高机翼的装配质量和效率,同时这种柔性转配技术对大段壁板的装配更适用,广泛应用在飞机的制造中。在以往传统装配技术中,利用装配型架浪费资源,占用的面积也很大,应用柔性装配技术可以节省很大一部分资源,同时柔性装配技术还包含自动化加工单元技术、装配自动化检测技术、装配数字化定位技术以及集成技术。

3.2 数字量协调与容差分配技术

数字量装配协调与容差分配技术是数字化装配基础技术体系中的关键技术,可确保飞机装配准确度,有效提高飞机装配质量。在飞机的工艺规划和设计阶段,在数字化装配数据设计和计算的基础之上合理准确的规划数字量协调与容差分配方案,可进一步提高装配精度和质量。在应用过程中,需要注意如下几点:第一,基于工装模型,建立装配协调基准,以满足数字化装配的基本要求;第二,基于协调基准,创设满足数字化装配的协调路线;第三,装配对象的不同,各自具有的特点也不同,要根据不同的特性制定相应的补偿方案;第四,根据装配准确度的要求、装配误差和变形的传递过程,对装配容差进行详细的分析并加以优化。

3.3 自动化精密制孔技术

飞机装配连接基本上都是机械连接,其中,螺栓和铆钉固定是主要的连接方式,连接之前一定要打孔。人工打孔会受到工人水平的影响,导致孔的质量高低差异较大,不能够确保装配的准确度,而且装配时效率不高,影响产品的最终稳定性。在装配的设计和方式领域中,针对金属结构的打孔已累积了很多的工艺方法,形成了完善和规整的工艺流程,而针对复合材料结构件的打孔,目前尚未形成与之相匹配的装配工艺体系。因此,飞机数字化装配自动化精密制孔技术主要由复合材料、铝合金、复合叠层结构制孔的切削时速、刀具参数、冷却方式、进给量等工艺参数的试验和优化设计技术;小空间内的精密打孔技术;复合叠层结构制孔执行器轻型化研发和精准定位;依据飞机产品装配的特定形式,研发自动精密打孔设备。

3.4 高效长寿命连接技术

随着对飞机可靠性和耐久性要求的不断提高,长寿命连接技术受到越来越多的重视。干涉配合已成为延寿技术的主要方法,可提高结构的疲劳寿命,国内外好多飞机制造过程中都采用大量的干涉配合紧固件。目前我国涉及紧固件的配合通常使用锤击打入或者是液压压入的方法,这些传统的方式很容易导致紧固件的膨胀或强度,致使安装变得极为困难;对于具有较大干涉量的紧固件,用打入的措施极其容易对孔壁造成伤害,最终导致飞机使用寿命的简短。飞机数字化装配高效率长寿命连接技术的技术要点如下:支持长寿命连接、密封连接的复合材料干涉螺接、干涉铆接技术;装配过程中非小尺寸的装配件和装配结构变形分析的技术;根据飞机产品装配的特点,开发飞机高效长寿命的连接单元;钛合金高锁螺栓、钛合金铆钉连接技术。

3.5 大尺寸精密测量技术

精密准确的测量时精准装配的基础和保障,是数字化装配实现的必要条件。飞机装配对测量技术的要求很高。精密测量技术要点有在于针对飞机产品装配的激光跟踪测量方法和iGPS测量方法,根据飞机产品特点进行大尺度精密测量单元的开发。

4 结语

飞机数字化装配技术已成为飞机装配的主流方向,数字化装配系统,首先使我们转变了传统的手工装配思想,其次通过对整条生产线进行合理规划与设计。应用激光跟踪仪等先进设备提高了装配准确度高,并创造了舒适、人性化的工作环境。我们应充分利用这个系统的优势,不断思考和改进,从而提高我们产品的竞争力。

参考文献:

[1]郑玮.对于飞机数字化装配技术体系研究.企业技术开发:中旬刊,2014,33(1):47-48.

[2]刘喜芹.对于飞机数字化装配技术体系研究.黑龙江科技信息,2014(25):77-77.

[3]韩欣宇.飞机数字化装配技术体系.环球市场信息导报,2018(6):116-116.