飞机数字化装配中壁板对接及机身调平技术研究

刘航

【摘 要】随着自主研发与制造大型飞机项目的顺利开展，引进国际化航空先进制造技术的同时，我国大型飞机数字化装配技术得以快速发展。大型飞机具有壁板组件曲面复杂、结构尺寸大、空间较开敞、气动布局稳定性和组件装配质量要求高等特点，对先进装配技术的需求迫在眉睫。基于此，本文主要对飞机数字化装配中壁板对接及机身调平技术进行分析探讨。

【关键词】飞机数字化装配；壁板对接；机身调平技术

0 前言

飞机数字化装配以数字量作为产品定位与协调的依据，一般由激光跟踪仪、激光雷达等数字化测量设备实现对飞机部件的姿态测量，通过数控定位器组的协同运动实现对飞机部件的入位支撑、调姿与对接，由机器人或数控钻铆机实现对壁板的自动化钻铆，由数控机床完成对接交点孔的精加工。多个子系统或设备协同工作，共同实现飞机产品的调姿、对合、钻铆、精加工、质量检测等工艺过程。

1 壁板组件装配先进工艺设计系统

目前在大型飞机新型号研制中，装配工艺设计采用MBD技术，即通过三维模型表达设计意图，在三维模型上标注尺寸、定义公差、注释加工信息等，取消传统的二维图样。针对飞机壁板组件装配工艺而言，由于壁板、长桁及隔框等零组件装配曲度大、结构开敞等自身特点，单纯通过二维图纸和传统的三维数模表达很难完成装配工艺规划的准确实施，而壁板组件装配工艺又是分块壁板对接及飞机大部件对接装配的关键环节，其装配工艺设计与精确的实施较重要。新型号飞机壁板装配先进工艺设计改变传统的刚性工装装配产品的工艺流程设计或采用典型的刚性工装对壁板预装配，使用自动钻铆机完成壁板组件铆接装配。采用基于PDM一体化三维工艺设计方案，实现基于MBD的壁板组件装配工艺规划、详细设计及指令开发，使得装配工艺流程设计通过MBD技术一体化集成平台完成。

新型号飞机壁板装配先进工艺（图1）采用预装配与全自动钻铆机相结合的工艺流程方案，基于PDM的一体化三维工艺设计采用三维CAPP系统作为先进装配工艺方案的编制工具，三维CAPP编制的壁板组件装配工藝界面包括壁板零组件及工艺装备结构化参数信息、装配工艺流程、装配轻量化模型、装配使用柔性工装及自动钻铆机型号、实物图片及容差分配的方式等可视化信息通过PDM系统平台集成管理。

壁板组件装配先进工艺设计系统主要包括工艺设计软件，装配工艺设计数据采集、流程管理及与三维CAPP、MES与ERP的集成系统。通过PDM集成系统完成工艺流程设计，工艺数据采集系统对装配工艺数据进行EBOM管理，将采集的数据进行PBOM/MBOM/AO/FO数据管理，完成工艺流程仿真干涉检验，将问题反馈至工艺设计更改系统进行修改，设计更改PBOM时PDM系统能够自动提示工艺编制人员进行工艺优化修改。壁板组件工艺设计人员可从PDM系统直接启动工艺编辑环境进行编辑工作。

图1 壁板组件装配先进工艺设计

2 我国飞机工装设计制造技术的发展方向

2.1 飞机工装设计制造的柔性化

现阶段，一些发达国家的航空企业在飞机工装设计制造过程中采用柔性装配技术进行飞机工装的加工和生产，这种柔性装配技术使得工装生产准备周期大大缩短，并有效减少了飞机工装的制造成本，促进飞机制造产业能够获得更高的经济效益，可以说，飞机工装柔性化制造是一项较为成熟、先进的制造技术[3]。作为柔性装配体系中的重点工作，柔性装配工装主要通过产品数字量尺寸协调系统的运转来实现装配模块的自动化和重组化，同时，这种方式能够省去专用装配夹具或型架的应用，大大减少了飞机工装的制造成本，使得飞机工装生产准备时间明显缩短。

2.2 飞机工装设计制造的数字化

在飞机工装设计制造过程中，工装数字化主要涉及设计、制造、检测等内容。飞机工装数字化设计是根据三维数字化情境对飞机结构零部件及其预装配工作进行数字化处理。同时，飞机工装模型设计也在一定程度上实现了数字化，其主要特征型面以及交点互换协调方面应用了数字化技术。另外，在工装检测方面，数字化技术的应用能够对设计制造环节进行检验。在传统飞机工装制造过程中，标准样件工作法和模线样板工作法均是较为常用的方法，通过模线样板工作将标准量规当作其制造与协调的主要参考，进而对其进行制造和加工，直至完成工装装配。现阶段，我国飞机制造行业仍然采用模拟量传递协调系统，并且以模线样板以及标准样件为飞机工装加工的主要依据。

2.3 飞机工装研究制作的速度化

就目前飞机工装制造情况来看，我国飞机主机生产厂家在其发展过程中亟待解决的问题就是工装研发制造的速度问题，加快工装研发与制造的速度对缓解工装设计加工生产压力具有较为显著的作用，是打破飞机工装设计制造瓶颈的重要途径。加快飞机工装研发与制造的速度主要从工装设计和工装制造两个方面着手，促进其设计速度与制造速度得到显著提升。在设计方面，技术装备部门应该建立一个快速设计的数据库，通过建立各种快速设计的数据库促进飞机工装设计效率得到明显提升。在制造方面，技术装备部门应该根据飞机工装典型结构展开详细的分析，进而对工装的新型结构进行标准化和模块化的研究工作，促使工装标准结构的加工制造能够提前完成，为大大提升工装生产、装配的速度创造较为有利的条件。

3 结语

大型飞机壁板组件先进装配技术与装备的应用，突破了壁板组件装配高度柔性化工艺装配的研制技术，提高了壁板组件装配的生产效率和装配质量。

【参考文献】

[1]靳江艳，黄翔，卢鹄，等.飞机设计域向工装域映射机理研究[J].航空学报，2012，33：2330-2337.

[2]刘善国.先进飞机装配技术及其发展[J].航空制造技术，2006，10：38-41.