飞机装配中数字化装配定位技术的研究

飞机装配中数字化装配定位技术的研究

王艺霏

中航西安飞机工业集团股份有限公司   陕西西安    710089

摘要：在经济全球化的背景下，航空产业竞争激烈，数字化和信息化正在推动航空产业的快速发展。为了提高飞机装配过程中的产品质量与生产效率，数字化技术、自动化技术、信息技术和计算机工程等都广泛地应用于飞机装配过程中。在飞机装配的过程中，数字化装配应用于零、组部件的定位、制孔、紧固件安装等多方面，本文主要分析了飞机装配过程中的数字化装配定位技术。

关键词：数字化装配，定位技术

引言：飞机装配技术是飞机制造的重要环节，飞机装配是根据尺寸协调原则，将飞机零件或者组件按照设计和技术要求进行组合、连接形成更高一级的装配件或整机的过程。中国航空工业已经进入了繁荣期，随着社会需求的不断改变、相关技术的不断发展，飞机装配技术都向着更高、更先进的水平演进。所以，数字化装配技术也越来越广泛的应用于飞机装配过程中。数字化装配技术的应用不仅有效地促进了国民经济和国防实力的快速发展，，而且还促进了更多高新技术产业的快速发展。在飞机数字化装配过程中，如何通过对飞机零、组部件的定位减小误差积累、提高飞机结构的质量是一个十分重要的问题。

一、国内飞机装配技术存在的问题

　　目前，国内飞机装配技术中非接触式测量是基于激光和CCD原理、先进的数字传感器技术和激光跟踪，虽然飞机装配中精度有所提高，但是从效果来看，国内飞机装配技术还存在很多问题，主要表现在以下几个方面：数字化技术应用不全面，只有一部分技术可以应用于飞机装配过程中，而且仅有一部分组、部件可以使用数字化装配技术，大多数飞机装配还是依靠人工操作，而且小型组件数字化装配时间与人工操作装配时间相比较长；飞机装配过程中的零、组件外形公差、定位公差会在后期装配时出现误差积累的现象，且大多数误差积累后就难以进行消除。即使装配过程中往往采取相应的控制措施，但现有装配方式并不能明显减小误差的积累，只能采取公差放量的解决措施，在一些高端飞机上，无法保证装配精度的准确性，导致飞机性能在一定程度上的降低；飞机表面安装的紧固件齐平度质量难以保证统一的标准，因为在目前飞机装配过程中大多采用手工制孔和锪窝，不能保证其锪窝深度的统一性，安装紧固件后就会出现飞机外表面齐平度的参差不齐，不仅会对飞机的气动外形产生影响，更甚对飞机隐身性能造成影响；当使用复合材料时，手工制孔效率较低，制孔质量较差。在现飞机装配阶段，复合材料的制孔大多是手工制孔，手工制孔则可能会导致复合材料出现分层、劈裂等现象，不仅严重影响飞机的产品质量，也极大地提高了飞机的生产成本，间接性的影响复合材料在飞机制造方面使用的推广。

二、数字化装配定位系统技术方案

　　立柱组合式：结合立柱导定位装置夹持蒙皮和长桁，用来代替蒙皮和长桁的水平和垂直运动，蒙皮和长桁的装配定位准确性会在一定程度上有所提升。数字化立柱组合定位平台的装配基础也是型架骨架，但是取下原型立柱定位器、蒙皮挡件、内型卡板，立柱组合可直接放置在型架骨架底座平台上，预配置定位装置与数字化立柱组合相结合，可以很好地定位立柱组合。

　　十字架支臂式：定位装置允许在水平和垂直方向上移动和旋转长桁，并将其放置在空间中。数字定位平台是大型架骨架，包括原型架、压紧器、定位器。除了在模型的底层框架中使用的十字架支臂式外，原型框架还可以将十字架支臂与长桁定位。这种形式将提高蒙皮定位的准确性。

三、数字化装配定位技术分析

　　1、数字化装配技术具有光学检测和误差补偿技术，是一种集成的数字自动控制技术。在飞机的数字化装配中，机床是一种多功能、灵活、高精度的设备，一般情况下，飞机装配中的误差包括夹具和装配设备中连接变形误差。但当设备的设计、制造和装配采用数字化技术时，设备的制造误差相对较小。在组件定位过程中，选择数字化定位技术和定位控制模块，当机械定位装置进行高级定位和闭环时，最终的信号可以满足组件相对定位精度之间的工艺设计要求，而且光学测量和误差补偿技术的在一定程度上也会提高飞机零部件的定位精度，组件之间的相对定位误差趋近于零。

　2、数字化柔性装配工装通常包括静态模块和动态模块，飞机零件装配时静态模块一般是数字化装配平台的基础，动态模块在其基础上进行建立。飞机装配的基础条件是零组件的定位，工装则是保证定位定位准确性的基础。数字化柔性装配是在装配过程中实现产品信息的数字量传递，减少或者免除设计和制造传统意义上的工装装配型架。这样不仅可以提高飞机装配的准确性，减少工装制造周期和成本的同时，还大幅度提高生产效率。

　　3、对于数字化定位系统。系统定位控制平台可以通过远程数据库收集相应的位置信息，进行计算分析，将控制信息传输到PLC(可编程控制)，将控制信息转换成驱动数据，实现驱动设备定位。光学测量设备实时测量位置，分析信息，最终将补偿数据发送回特定的位置部件，以确定飞机部件的定位，数字化定位极大程度上减少了人工定位造成的误差积累，对飞机性能提升有着重大的作用。

　　4、制孔技术。目前，飞机装配大多选择机械连接作为主要的连接方式，这对飞机结构、表面质量和连接特性等技术条件以及各个连接的性能提出了更高的要求。在现有的制孔问题情况下，如果依靠传统的手工制孔方法，难以保证飞机装配的生产质量和效率。数字自动制孔技术的出现有效地解决了这些问题，编制了基于3D模型的可靠CAD-CNC程序，使机器在CNC程序的控制下自动制孔，不仅提高了性能和质量，而且提高了制孔作业的装配效率。

5、装配检测。随着飞机制造复杂性的演变，传统的装配技术不能满足飞机设计精度和效率的要求，而数字检测技术可以提高装配的效率和质量。在各种复杂零件的设计、制造，或者飞机装配过程中，数字检测技术大多数都能表现出良好的检测性能。

　　数字化装配技术在中国航空工业的发展中发挥着重要作用，数字化装配技术的广泛化、深入化应用不仅可以提高飞机装配过程中定位的准确性，加快生产节拍，还可以潜移默化的促进中国航空制造理念的转变，从而提高飞机制造整体的效率和质量。

参考文献：

[1]汪亮升，机身部件柔性装配输在化测量技术应用[J]，航空制造技术，2021(Z1):93~97。

[2]蒋兵林，用于飞机数字化装配的浮动入位装置[J]，浙江大学学报(工学版)，2021,05:775~781。