飞机装配中的先进制孔技术与装备探究

山林 张鑫

摘要：本文将从先进制孔技术在飞机装配方面的应用出发，并对制孔装备在飞机装配方面的应用进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议。

关键词：制孔装备；制孔技术；飞机装配

引言：

现阶段，飞机装配时存在很大的制孔工作量，并且装配周期会在很大程度上受到制孔效率所影响，飞机结构是否完整还会受到制孔质量影响。为了使飞机的机构强度提升、结构重量减轻，大量复合材料应用在飞机新机型中，使其装配时的制孔工作面临巨大挑战。因此，研究先进制孔技术、制孔装备在飞机装配方面的应用具有一定现实意义。

一、先进制孔技术在飞机装配方面的应用

（一）先进自动化控制

在制孔全自动控制系统中，包括多运动的切削加工控制、数控机床、机械手等设备运动型控制，并且按照制孔需要还会对排屑吸尘、押金构建、刀具调整、位置识别等故障诊断、辅助系统进行集成。要想让制孔更加自动化和高效化，以上辅助装置与设备应受到有序、统一的控制，这使得研制和开发控制系统变成一项重要的工程。除此之外装配的飞机结构件通常是小批量、多品种的生产，改变装配构件以后应对制孔技术工艺进行再次制定，并且有较高的离线控制系统编程要求。

（二）制孔专用的高性能刀具

一般来说，加工效率、制孔质量、质量精度会受刀具当前切削的能力所影响，因此，制孔专用的高性能刀具需要具备合理、科学的几何参数及结构，这样在加工时可以使温度、切削力降低，大大减少加工缺陷。按照复合材料、钛合金、铝合金等性能差异的不同，需要针对性进行制孔刀具几何参数与结构的设计，让加工充分实现最优化的目的。对叠层合金结构、复合材料进行制孔工作的过程中，有较高的刀具适应性要求，并且需要优化几何参数的工作也更为复杂。由于飞机装配存在巨大的制孔数量，要想防止刀具多次更换而使制造成本增加、生产效率降低的情况出现，应尽可能确保制孔刀具的使用寿命，保证其使用期间内具有稳定的切削性能，从而在大批量的制孔过程中提升其质量与精度的稳定性。从这里我们能够发现，研制与开发制孔专用的高性能刀具技术是飞机装配的又一重要研究领域。

（三）设计先进末端执行器

对于制孔系统来讲，末端执行器属于核心部件之一，可以直接进行各种加工、切削孔的任务[1]。在进给单元、主轴单元等切削必备单元以外，通常末端执行器还会对多种其它的机构进行集成。例如，某工作人员在进行飞机装配时，要想检测工件法相并且加工空位，应确保末端执行器对多种传感器进行集成，要想排屑应对吸尘机构加以集成，要想压紧制孔加工构建，应对各种压脚的机构进行集成，要想对刀具的批量自动化制孔更好地适应，应做到短时间内快速更换刀具，要想让铆接与自动制孔同时实现，应对繁琐的铆接单元进行集成，要想防止制孔加工存在的幾何干涉，应对机器人装置加以集成，并且末端执行器还要对质量和体积进行严格地控制。由于多样性的功能要求，使得末端执行的自动制孔设计存在一定复杂性。除此之外，超声振动、螺旋铣控的末端执行器具有十分复杂的系统，在设计时存在较大的难度。

（四）控制制孔质量和精度技术

进行飞机装配的过程中，对制孔质量、制孔精度有一定要求。开展制孔加工以前应确保位置的精度，依托先进视觉系统与位置传感器等设备来自动补偿、检测装备构建的角度、位置。与此同时，进行制孔加工时，受到热力和切削力双重作用后，复合材料容易有加工缺陷产生，要想让这些缺陷减少就应优化加工的参数。对叠层合金结构、复合材料进行制孔的过程中，各种材料的性能差异容易导致孔径上的差异，使加工的精度受到影响。在飞机装配的制孔中，一般需要对沉头孔进行加工，其深度也有相对严格的要求，从而确保制孔设备可以对刀具切入的轴向深度有一个准确控制。从这里我们能够发现，应综合考虑各种结构、各种材料制孔的过程控制、工艺参数、工艺匹配、工艺方法等不同方面，对控制制孔质量、制孔精度的技术进行更加深入的研究。

二、制孔装备在飞机装配方面的应用

相关研究表明，和普通制孔装备相比，使用先进制孔装备能够减少40%左右的切削力，降低50%左右的切削温度，对零件基准进行自动获取，对工作区也能自动定位，精度高达±0.2毫米，对于10毫米厚的复合材料制孔，效率高达每分钟6个至8个，垂直度的公差为±0.5°，且锪窝的精度为0.15毫米。

（一）半自动的制孔装备

飞机装配的半自动制孔一般使用具有进给功能的工具来制孔。部分企业对手持气动的制孔工具进行了改进，对定为固定的工装和自动进给的机构进行了集成，让飞机装配半自动的制孔得以实现，该装备较多地应用于大直径制孔加工，是装配制孔的主流方法之一[2]。

（二）超声辅助的装备

飞机装配采用的超声辅助技术离不开超声辅助专用制孔设备的支持，但是整套的超声辅助装备投入过大，国外、国内比较倾向于改造当前制孔设备，以添加功能附件的方法让之前的设备具备超声振动这一功能。

（三）手工的制孔装备

所谓手工制孔，是指工作人员使用手持工具开展制孔加工，主要的制孔工具有手电钻、气钻等，大部分手工制孔都使用气钻。这种方式不会过度依赖加工设备，适应工件的能力强，缺点是制孔质量不稳定、生产效率不高、靠东强度较大。

（四）全自动的制孔装备

全自动制孔通常是借助全自动化、多功能、高柔性的设备展开制孔的加工工作。该装备的系统相对复杂，由辅助装置、运动机构、装夹机构、末端执行器等部分组成，按照不同的飞机装配制孔要求与具体工况，国外、国内对多种形式和结构的制孔全自动设备展开了研究并投入于生产。

结语：

总而言之，研究先进制孔技术、制孔装备在飞机装配方面的应用具有十分重要的意义。相关人员应对当前飞机装配概况有一个全面的了解，积极将先进自动化控制、制孔专用的高性能刀具、先进末端执行器、控制制孔质量和精度技术等制孔技术运用于飞机装备，合理使用半自动、超声辅助、手工、自动等类型的先进制孔装备，从而不断优化装配制孔的优化流程，实现更好地发展。

参考文献

[1]赵纯颖.数字化装配仿真装配技术在飞机装配中的应用探究[J].科技风，2018（29）：107.

[2]贾云侠，韩晋.基于ADAMS七自由度飞机装配机器人系统设计与研究[J].内燃机与配件，2018（01）：29-31.

（作者单位：中航飞机股份有限公司）