飞机装配定位方法及其应用案例

飞机装配过程一般是由零件先装配成比较简单的组合件和板件，然后逐渐地装配成比较复杂的锻件和部件，最后将部件对接成整架飞机。

机翼和机身具有不同的功能，故结构不同，所以要设计成两个单独的部件，发动机装在机身内，为便于更换，维护和修理，将机身分为前机身和后机身，鸵面相对于固定翼作相对运动，故划分为单独部件，某些零件设计有可卸件，以便维护，检查及装填用。

在装配过程中首要问题是要按图纸及设计要求确定零件，组合件之间的相对位置，即进行装配定位。。定位方法是完成在装配过程中定位零件、组合件的手段，包括基准件定位法、画线定位法、装配孔定位法和装配型架定位法四种常用的定位方法：

1、用基准零件定位

待装配的零件、组合件以基准零件、组合件或者先装的零件、组合件来确定装配位置。这种装配定位方法简便易行，装配开放，协调性好，在一般机械产品中大量使用。基准零件一般是先定位或安装好的零件，零件要有足够的刚度及较高的准确度，在装配时一般没有修配或补充加工等工作。在飞机制造中，液压、气动附件以及具有如（图1-1）所示，连接框和长行用的角片可以预先装在长行上，然后按角片确定框的纵向位置，或者在骨架装配时按框和长珩定位角片。这种基准件定位法要求基准件位置准确、刚性强，多用于小零件和小组合件的定位，方法简单、方便。

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2、用画线定位

即待装配的零件按画在零件上的线条确定装配位置，如（图1-2）所示，角材位置按腹板上划线定位。这种定位方法准确度较低，一般用于刚性较大，无协调要求和位置准确度要求不高的零件定位；还有此方法工作效率不高，容易产生差错，所以在飞机研制阶段为了减少工艺装配数量，采用这种方法定位零件，在成批生产中作为一种辅助的定位方法

3、用装配孔定位

即是把相互连接的零件、组合件分别按一定的协调手段，具体过程如下：装配以前，在各个零件的部分铆钉位置上（一般是每隔400mm左右钻一个装配孔，孔径比铆钉孔径小）预先按各自的钻孔样板分别钻出装配孔，装配时个零件之间的相对位置按这些装配孔设置。如图1-3所示。其中，孔称为装配孔。

装配孔的数量取决于零件的尺寸和刚度，一般不少于两个。在尺寸大、刚性弱的零件上取的装配孔数量应适当增加。这种定位方法在铆接装配中应用比较广泛。它适用于平面型和单曲面壁板型组合件装配。按装配孔定位的特点：

（1）定位迅速、方便； （2）减少或简化装配型架；

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（3）开敞性好；

（4）比画线定位准确度高。

用装配孔定位的装配方法不需要使用专用夹具，故在成批生产中，在保证准确度前提下，应尽量使用装配孔定位的方法。对一些形状不是很复杂的组合件或板件，如平板、单曲度以及曲度变化不大的双曲度外形板件，都可采用装配孔方法进行装配。 4、用装配型架定位

最基本的一种定位方法。准确度取决于装配型架的准确度，保证装配准确度先保证装配型架的准确度。

由于飞机的零件、组合件尺寸大，刚度小，因此，为了进一步提高零部件之间的协调性和互换性，确保装配准确度，在飞机装配中通常采用装配型架（夹具）定位来保证零组件在空间相对准确的位置关系。装配型架定位是飞机制造中最基本的一种定位方法，它除了起定位作用外，还有校正零件形状和限制装配变形的作用。

一般机械产品的装配夹具是为了提高生产生产率，而飞机装配型架的主要功能是确保零件组件在空间相对正确位置。零件定位、校正零件组件的空间位置的

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准确度。

图1-4 机翼装配型架示意图

图1-4所示为机翼装配型架示意图。机翼外形由卡板定位，机翼接头及副翼悬挂接头由反映部件之间连接关系的接头定位器来定位。

飞机装配中采用了大量装配复杂的型架，使制造费用大，生产准备期长，因此，在型架设计中应仔细研究各装配单元的定位方法，在确保准确度的前提下，综合采用各种定位方法，使型架结构尽可能简单。

装配型架定位的特点：

（1）装配的准确度高，有校验零件外行和限制装配变形的作用； （2）定位迅速、方便，可以提高装配工作生产率； （3）装配工作不够开敞，定位件占具空间； （4）保证产品达到生产互换和使用互换的要求；

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（5）生产准备周期长。

5、用坐标定位孔定位，定位孔分别配置在型架和零件上而装配孔在装配的两个零件上。

6、用基准定位孔定位，基准定位孔是配置在两个组合件板件或者锻件，而装配孔在两个零件上

对定位的要求：

（1）保证定位符合图纸和技术条件所规定的准确度要求；（2）定位和固定要操作简单可靠； （3）所用的工艺装备简单，制造费用少。

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二、飞机装配型架的作用及其应用案例

型架的功用：

1、保证产品的准确度及互换性。

首先，应有过定位来保证零件的准确形状，这样才能保证工件在装配过程中既有准确形状又有必须的工艺刚度。

其次，无论铆接、胶接、焊接，在连接中都产生不同程度的变形，装配型架要能限制工件的变形。

第三，一般机械制造中保证产品互换性主要通过公差及配合制度和通用量具，而飞机制造中通过相互协调的成套的装配型架。因此型架的另一特点是成套性和协调性。

2、改善劳动条件，提高装配工作生产率，降低成本。

飞机装配型架关键特性具有一般关键特性的特点，同时结合飞机柔性装配型架与数字化测控制系统在飞机装配中的应用，飞机装配型架关键特性还具有一些独特的特点：

1）在装配型架设计阶段，根据用户需求与被装配产品特点，结合当前企业拥有的加工、制造等能力，设计产品装配型架。在设计过程中主要涉及为保证飞机产品主要尺寸和位置的定位器设计、保证产品外形准确度的定位面的设计等，初步把这些主要尺寸作为关键特性进行控制。装配型架关键特性与一般关键特性一样根据关键特性的可测量性和可控制性沿制造树逐级向下传递，形成关键特性树，同时上级关键特性由下级关键特性保证。

2）在装配型架安装阶段，把设计阶段定义的保证产品主要尺寸和外形准确度等定位特征作为关键特性，在主要定位结构上设置靶标点，把测量靶标点的坐标与理论坐标相比较，进行实时反馈和补偿，精确安装各种定位器。

3）在产品装配阶段，控制系统控制随动定位器运动到理论位置以精确定位产品，把这类通过控制系统控制的随动定位器或定位机构的精确定位也作为关键特性进行控制。

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航空制造业的竞争日趋激烈，人们要求飞机的承载能力更强，更高效，而交货周期却更短。为满足这些严格的要求，飞机设计师不得不寻求更先进的设计方法和工具，以提高产品质量，缩短研制周期。有限元分析方法和智能设计系统加速了产品的优化设计，使零件、组合件的设计达到了前所未有的精度。这些先进的方法和工具为型架设计方法的改进提供了技术基础。

传统型架设计方法存在的问题

飞机结构件尺寸大，刚度小，而制造精确度要求高。为保证产品制造精度和互换协调，飞机制造过程中采用了成套装配型架。为减小装配过程中结构的变形并保证准确定位，现有装配型架采用刚性结构，而且一套型架只能用于一个装配对象，因此，飞机许多公司都采用了“确定装配”

生产准备过程中需制造大量的装配型设计方法。架。由于尺寸大，结构复杂，因此，装确定装配是用来描述产品设计过程的配型架的制造周期长，成本高，而且占一个术语，其基本思想是构成产品的地面积大。传统的装配型架上要安装许多定位件，为保证定位精度，定位件的安装往往需要专用安装仪器，如电子经纬仪、激光准直仪等，工作的分散性差，安装效率低，安装周期长。

一般飞机生产准备周期占飞机研制周期的１／２以上，而装配型架的设计制造是飞机生产准备的主要内容之一。减少型架的制造时间对缩短整个飞机研制周期有重要意义。为缩短生产准备周期，人们希望飞机设计完成后，生产工装很快就能投入使用，而型架设计的依据是飞机结构数据，因而传统的型架设计往往在飞机设计完成后才开始进行。实际生产过程中，在型架设计中确定装配设计方法装配对象的设计数据经常改动，导致装配型架的设计随之改动，这又延长了型架的设计制造周期。

确定装配设计方法

为缩短飞机研制周期，目前国外许多公司都采用了“确定装配”设计方法。装确定装配是用来描述产品设计过程的一个术语，其基本思想是构成产品的不同零件在预定义的结合面配合装配，整个装配过程不需要专门的测量仪器和复杂的测量及调整。确定装配设计方法属于面向制造和装配的设计方法的一部分，这种设计方法的潜在好处是减少工装和工具，提高装配效率，从而减少生产准备周期和制造费用。从理论上讲，这种设计方法要求零件的准确度高，不同零件“吸附在

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一起（Ｓｎａｐ ｔｏｇｅｔｈｅｒ）”就可保证产品装配的准确度。因此，这种设计方法必须以三维ＣＡＤ系统和智能设计为设计工具，以高精度ＣＮＣ设备为加工手段。

在型架设计中确定装配设计方法的一个具体应用就是采用“销钉板”（Ｐｅｇｂｏａｒｄ），比如在立柱上加工许多标准的坐标孔，有相应标准的销钉与坐标孔配合。为了定位装配对象，专门加工了许多定位用刻度板完成专用结构的设计制造，这些刻度板上也有坐标孔，专用门加工了许多定位用刻度板，这些刻度板上也有坐标孔，可以通过销钉及相应的坐标孔将刻度板定位在立柱的销钉板上。刻度板是专门针对针对装配对象的特点加工的，用于桁条等结构的定位。

飞机结构和装配型架的并行设计

民用飞机的结构尺寸愈来愈大，如目前最大的超大型客机Ａ３８０，双层客舱，高２４ｍ，长７３ｍ，翼展宽８０ｍ，标准机型载客５５０～６５０人。飞机结构的大型化对设计人员提出了新的挑战。由于结构尺寸的增大，设计人员需要解决承载和空气动力外形方面所遇到的许多问题，从而导致设计周期更长，设计更改更多，这必然影响工装的设计、制造周期，延长了产品的上市周期。

要缩短产品上市周期，在飞机结构设计的同时就应开始工装设计，即飞机产品和飞机工装的并行设计。由于工装的设计依据来源于飞机产品数据，要在最终产品数据还未确定的情况下进行工装设计，工装的部分结构必须独立于产品数据。工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于产品数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构件两部分。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等，专用部分主要有用于定位桁条的刻度板、接头定位件等。专用件一般尺寸较小，设计、加工制造周期很短，并且不需专门的大型加工设备。标准结构的设计不需要最终产品数据或只需一些基本数据，因此在飞机产品设计的初期就可进行设计制造可进行设计制造，当产品最终版本发放后只需较短的时间就可完成专用结构的设计制造。标准件和专用件采用确定装配设计方法非常方便，并且不需专用安装工具，装配周期短。这样，在产品设计完成后很短时间内型架就可投入产品装配。

确定装确定装配和并行设计方法在Ａ３８０壁板装配型架的设计制造中取得了巨大的成功。空中客车英国公司以三维零件实体定义和开发的智能设计系统

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为工具，制造工程师可以将零件几何特征很快转换为桁条定位指针，用于定位每一个桁条。

装配型架的柔性设计

大型飞机的装配型架更加庞大，制造周期长，占地面积大。传统的装配型架采用刚性结构，一套型架只能装配一个组合件或部件。柔性装配型架可以装配不同产品，能够减少型架数量，从而减少工装制造周期和费用，减少生产用地。

柔性设计的基本思想是在型架中采用可以快速调整的机构，以满足不同装配对象的装配要求。一般型架有数个立柱，每个立柱上有多个定位件。分析Ａ３４０－６００的柔性型架的桁条定位部分可以发现。柔性型架的立柱、定位件，甚至底座都是可以移动或调整的。采用确定装配设计方法设计制造的Ａ３８０壁板装配型架有数个桁条定位在型架上。型架的立柱上有带多个坐标孔的“销钉板”上。

定位桁条的刻度板通过定位梢固定在“销钉板”上。立柱上的定位指针在Z向可以通过螺纹调整，通过丝杠可以在Ｙ向移动。立柱通过底座上的导轨可作Ｘ向移动 。为了保证装配对象在Ｙ向的定位，在底座上往往有多个辅助支撑。辅助支撑通过导轨可作Ｘ向移动，Ｙ向定位点可以通过调整伸缩顶杆来调整。空客英国公司制造的柔性高速铆接系统中有两套柔性装配型架，可以铆接Ａ３３０／３４０，Ａ３１９／３２０／３２１；Ａ３００系列飞机机翼上下共有１２种壁板，

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型架经过一定的调整，还可用于８种壁板的装配。每套型架有１０个可移动的立柱，２个围框式接头定位板，５个辅助支撑及底座。每个立柱上有一套定位系统以满足不同壁板结构的定位要求。定位系统包括４个可调节指针定位机构，其中上下２个指针从蒙皮外表面定位，中间两个指针从蒙皮内部对壁板定位。

大型飞机装配型架在飞机研制过程中占有重要地位，其设计方法对飞机研制周期有较大影响。柔性设计方法和并行设计的采用可明显缩短型架的制造周期，减少型架数量和占地面积，对降低成本和缩短研制周期具有重要的影响。确定装配设计方法是并行设计和柔性设计实施的基础，而确定装配设计方法必须以三维实体定义和智能设计系统为设计工具，以提高ＣＮＣ加工设备为手段。

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三、飞机装配中胶接工艺特点及其应用案例

胶接是利用胶粘剂在联接面上产生的机械结合力、物理吸附力和化学键合力而使两个胶接件起来的工艺方法。胶接不仅适用于同种材料，也适用于异种材料。胶接工艺简便，不需要复杂的工艺设备，胶接操作不必在高温高压下进行，因而胶接件不易产生变形，接头应力分布均匀。在通常情况下，胶接接头具有良好的密封性、电绝缘性和耐腐蚀性。

胶接是通过胶粘剂将零件连接成装配件的一种方法。与传统的连接方法相比有以下显著的特点： 胶接的优点：

（1）不削弱基体材料，形成的接缝时连续的，受力分布比较均匀，连接薄板时，改善了支撑情况，提高了临界应力； （2）减轻结构重量，提高疲劳强度 ；

（3）多层胶接提高材料利用率，提高结构破坏安全性能 ； （4）胶接结构平滑，有良好的气动性能 ； （5）有良好的密封性 ；

（6）胶接层对金属有防腐保护作用，可以绝缘和防止电化学腐蚀 胶接的缺点 。

（1）性能分散力较大 ； （2）生产质量控制要求严格； （3）胶接质量不易检查 ；

（4）使用范围受限制，存在老化问题。

由于上述的种种优缺点，胶接技术在工业和生活中的应用非常广 泛。 当今金属胶接技术的发展方向；

1 不断完善及提高胶接质量品质 ； 2 不断降低成本、提高生产效率 ；

3 开拓和发展新材料、新结构的航空胶接技术。

胶接的一大重要应用是设备的密封。用液态的密封胶代替传统的橡皮、石棉铜片等固态垫料,使用方便，且可降低对密封面加工精度的要求，同时密封胶不会产生固态垫片因压缩过度和长时间受力而出现的弹性疲劳破坏，使密封效果更加可

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靠。航空工业是胶接应用的重要部门。由于金属联接件的减少，胶接结构与铆接或结构相比，可使机件重量减轻20～25%，强度比铆接提高30～35%，疲劳强度比铆接提高10倍。因而现代飞机的机身、机翼、舵面等都大量采用胶接的金属板金结构和蜂窝夹层结构，有的大型运输机胶接结构达3200米(,有的轰炸机胶接面积占全机表面积的85%。胶接结构在航天领域中必不可少，它有着阻裂、吸波、减震、隔音等特殊作用 已经广泛应用于航天工业当中。

图 3-1 现代飞机的胶接

然而 在传统的飞机制造过程中需要大量铆钉将金属板连接起来(一架小型飞机需要上万个铆钉)，若采用胶接代替铆接，可使飞机质量减轻20%、强度提高30%}IZ}。如果飞机机身的壁板、整体油箱、机翼的零部件、直升机旋翼、舱门和地板等均采用胶接结构，可明显减轻飞机的质量、改善抗疲劳性和抗腐蚀性能，并具有节油提速增加航程、气动性能好、工艺简 单、降低成本、密封绝缘、表面光滑美观和应力分布均匀等优点。目前在各种军用飞机、民用飞机的制造过程中，许多部位均采用结构胶进行粘接与密封(如机身隔框、后机身蒙皮、发动机整流罩、副翼蒙皮、机翼前缘、垂尾和平尾前缘、翼根整流片、飞机油箱、机窗、座舱!13-14}以及隔板、压板、防火层、出人门、窗口、气孔、管路、机身门窗、各种箱盖端面、垂尾及方向舵连接处等)。

所谓大飞机是指起飞总质量超过100 t的运输类飞机，既包括军用、民用大型运输机，也包括150座以上的干线客机。近年来在国际大飞机项目研究中，高分

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子胶粘剂的作用举足轻重: ① 具有粘接飞机零部件的作用；

② 具有良好的使用性能(如优异的加工性能、良好的热性能、优良的粘接性能、低密度、抗老化性优和环境稳定性好等)。

因此，胶接结构取代传统连接方式是一种必然趋势，对提高产品性能、减轻结构质量、简化制造工艺和降低费用等具有明显作用。

在飞机制造过程中使用的结构胶主要有

①青结构胶，如自力-2,J-44-1,SY-13 ,J-40和SY-18等；

②酚醛/丁睛结构胶，如JX-4 ,J-04,XJ-9,SF-1 ,JX-9,J-O1(用于粘接金属、非金属结构件，20℃剪切强度>20 MPa,150 }C剪切强度>9 MPa)和J-15(20℃剪切强度>29.4 MPa , 150 }剪切强度>>15.7 MPa,250 }C剪切强度>>8.0 MPa)等；

③氨酚醛/丁睛结构胶，如J-03 (20 }C剪切强度)20 MPa,150 9C剪切强度)7 MPa)等；

④酚醛/EP/丁睛结构胶，如J-42等；

⑤改性EP结构胶，如自力一4,SL-1等;OEP/聚硫结构胶，如SY-16 等；

⑥酚醛/缩醛/EP结构胶，如SY-32等； ⑦酚醛/缩醛/有机硅结构胶，如204等。

我国从20世纪50年代末开始研制航空用结构胶(比国外晚了1020年):首先仿制了尼龙/酚醛有孔蜂窝结构胶，其缺点是耐水性能很差;然后改用了自制的丁睛/酚醛结构胶(耐温200 0C ) 20世纪70年代初，成功研制出环氧/丁睛型自力一2结构胶，并将其用于直一五机旋翼无孔蜂窝后段的胶接，从而有效解决了有孔蜂窝结构开胶等问题;随后开发了多种无孔蜂窝结构胶及其配套胶;20世纪80年代，环氧/聚矾型胶粘剂。SY-14胶膜研制成功;1984年，磷酸阳极化耐久铝蜂窝芯研制成功;20世纪90年代，研制出包括胶膜I}l、底胶和发泡胶在内的中温固化、高温固化结构胶系列，特别是中温固化结构胶的应用使航空技术有了较大的进展。近年来某些主要的飞机制造公司相继建立了胶接生产线:西飞公司的胶接生产线，其面积达6 000 mZ，热压罐最大直径3.6 m、长lOm;沈飞公司的铝合金磷酸阳极化工艺取消了含铬酸盐脱氧工序，采用硝酸脱氧，在国际上处于领

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先地位。近三年来，我国航空等运输用胶粘剂用量的增长率达到11.8%左右}，由此说明国内航空用胶粘剂的需求量与日俱增。国内自制的胶粘剂很多都不能满足使用要求，因此每年必须进口大量结构胶和密封胶固。1998年我国自制的胶粘剂仅占世界总量的7%，而美国产品占35%I'}1;航空用胶粘剂更是少之又少。国内客机中大多采用自力一2等结构胶。

胶接结构在航天领域中必不可少，它有着阻裂、吸波、减震、隔音等特殊作用 已经广泛应用于航天工业当中。

图 3-2 Cy-35

随着近代科学技术的快速发展，运载火箭、洲际导弹、航天飞机等空间运载工具以及飞机、汽车、船舶等交通工具都朝着质量轻、可靠性好、寿命长和能耗低等方向发展。这些新的设计理念对胶粘剂的性能提出了更高的要求，即胶粘剂既要具备良好的综合力学性能，还要具备足够的耐热性能，’}。在飞机高速飞行过程中，蜂窝结构件外表的局部温度可260--316℃，其内部温度也可达到200-260℃。由于铝合金的最高使用温度是180℃，故必须采用钦合金或碳纤维复合材料来制造蜂窝结构件。这种结构的设计要求胶粘剂除了具有耐高温性能之外，还必须对钦合金、碳纤维复合材料等具有良好的粘接性能。因此，航空航天等高科技领域对结构胶综合性能的要求越来越高，21世纪的民用飞机要求结构材料必须朝着低密度、高强度、高韧性、耐高温、抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳以及

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隐身吸波性好等方向发展，而优良的航空用结构胶在制造满足上述要求的航空结构部件方面，具有重要的作用。近年来飞机上所用胶粘剂的品种不断增多、数量不断增大，其中改性EP(环氧树脂)胶粘剂[4[占68%，此外还包括改性PU聚氨醋)、聚酞亚胺[5-6]和双马来酞亚胺等胶粘剂。另外，结构胶已广泛用于客机的制造:波音一747飞机(胶接面积3 200 mz )，洛克希德公司L-1011飞机(2 800 mz )，德国MBB公司A300飞机(586 m2)和A310飞机(631 m2 );而美国B-58飞机上的机身机翼、操作面和整流罩等部位，其胶接面积为全机的80%

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四、先进飞机装配技术及其应用案例

飞机装配是根据尺寸协调原则，将飞机零件或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。社会的需求、市场竞争及相关技术的不断发展，推动着飞机装配技术不断向更高水平演进。迄今为止，飞机装配技术已经历了从人工装配、半自动化装配到自动化装配的发展历程，目前快速发展的柔性装配将自动化装配技术推向了一飞机装配技术已经历了从人工装配、半自动化装配到自 动化装配的发展历程，目前快速发展的柔性装配将自动 化装配技术推向了一个新的高度。 国外先进装配技术的发展状况

近10余年来，国外飞机装配技术 发展迅速，以B777、A340、A380、 F-22、F-35等为代表的新型军、民机集中反映了国外飞机制造技术的现 状和发展趋势，在装配技术上基于单 一产品数据源的数字量尺寸协调体 系，实施数字化尺寸工程技术，通过装配仿真实现装配过程优化，应用柔 性模块化的工装 技术、加工和检测单元并集成应 用为一系列的自动化装配系统进 行机体结构的自动化装配，大量米用了长寿命连接技术，实现了长寿命飞机结构的高质量、高效率装配。下面分别从自动化装配工装、自自动化装配单元、自动化装配系统、自动制孔、自动钻铆、装配检测、数字化装配管理 技术等方面来介绍国外先进装配技术。 1、自动化装配工装技术

与传统的装配工装不同，国外装 配工装已经发展成数控自动化工装，主要包括行列式柔性装配工装、多点成形真空吸盘式柔性装配工装、分散式机身柔性装配工装、自动对接平合等几类，它们具有模块化、数字化和自动化的特点。 （1） 行列式柔性装配工装

行列式柔性装配工装包括壁板工装和翼梁工装。前者用于空客系列民机的机翼壁板的装配，后者用于波音 飞机如 B-737、B-777、C一 17 等飞 机翼梁的装配。空客机翼壁板柔性装 配工装可完成A330/340、A319/ 320/321 /A300系列飞机的机翼壁板 的装配。最新的A380飞机也采用了此类装配工装。 （2）多点阵成形真空吸盘式柔性 装配工装

多点阵成形真空吸盘式柔性装配工装由一组立柱吸盘组成，吸盘在程序控制下可进行三维移动定位，生成与装配件曲面完全符合并均匀分布的吸附点阵，能精确、

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可靠地定位和夹持壁板。当产品外形发生变化时，吸附点阵布局自动进行调整，可以适应不同的装配件外形。自上世纪90年代初开始，这种基于多点阵成形真空吸盘式柔性装配工装技术已广泛应用于戴姆勒一奔驰宇航、波音、麦道、格鲁门、英宇航、CASA、EADS/空 客、庞巴迪宇航等公司军、民用飞机的柔性装配和生产中

(1) 机身分散式柔性装配工装。

分散式机身柔性装配工装基于激光跟踪定位，并由CNC控制的一组 工装单元组成，消除了传统大型装配 型架的应用，促进了装配的自动化和柔性，具有结构简单、开敞性好、占地面积小、可重组等优点，现已广泛应用于大型飞机机身的装配制造。 (2) 自动化对接平台

自动化对接平台由计算机控制的 自动化千斤顶（或定位器）、激光测量系统和平台控制系统组成。与传统对接平台相比，机质量大幅提高，效率高，周期短，通用性强，能 适应不同尺寸的机身机翼结构。 2自动化装配单元技术

国外大型民机结构广泛采用自动化装配工艺，其基础是数控工装、家共和检测单元、数字化定位等技术。加工单元主要包括制孔单元、孔强化单元、自动注胶单元、自动送料单元、紧固件插入单元、环槽钉 安装单元、抽钉安装单元、焊接单元等；检测单元包括照相测量孔定位单元、法线检测单元、孔检测单元等 （1）制孔单元用于对结构进行钻孔和锪窝。制孔单元一般由钻孔主 轴、钻夹头、位置反馈线性编码器、 伺服进给机构、安全机构等组成。

（2）孔强化单元通过芯棒对开缝衬套的胀形实现对孔的挤压，完成孔强化，以提高连接孔的耐疲劳性能。孔强化单元主要由美国疲劳技术（FTI）公司开发。 （3）自动注胶单元用于铆钉或螺 栓安装前将一定量的密封胶注入孔内 (从沉头窝一侧)，注胶时通过转动实 现密封胶在孔内的均匀涂敷。

（4）自动送料单元用于完成紧固 件的自动送料，有料斗式和提箱式2 种类型。提箱式送料单元包括离线式 紧固件填充站、紧固件存储箱、送料 自动选择装置、提箱手动清理装置等 几个部分。提箱式送料单元可以完成 无头铆钉、环槽钉、沉头铆钉、凸头铆钉和环圈等的自动送料。

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（5）紧固件插入单元用于测量紧 固件长度、插入间隙型紧固件和安装 干涉型紧固件。紧固件插入单元的主 要组件有用于送料的供料头、带编码器的气缸、插入和安装的驱动器等， 通过线性光栅编码器（光刻尺）进行 轴向定位，对紧固件的插入过程进行 监控和确认，实时反馈紧固件的长 度、方位、直径、干涉水平和安装速度等信息。

（6）铆接单元分传统的液压式压 铆单元、新型电磁铆接和电动铆接单元3种。元动力头轻巧， 铆接效率髙，铆接千涉量均匀。电动 铆接单元采用滚柱丝杠伺服进给技术 实现铆接，具有高精度、高重复性且无油污染的特点。

（7）环槽钉安装单元使用时先将 环槽钉插入，然后在钉尾一侧自动安 装环圈并实现铆接助 电磁铆接技术实现了环圈的自动安装，该技术普遍用于波音和空客大型民机壁板的自动化装配。

（8）抽钉安装单元用于复合材料 结构单面螺纹抽钉的自动安装，已在 空客飞机复合材料平尾的自动化装配中应用。

（9）铣平单元用于铣平无头铆钉、 补偿头铆钉、冠头铆钉等成形后的钉 头和单面抽钉安装后的凸出部分，保证飞机的良好气动外形。

（10）焊接单元用 于飞机金属结构的自 动化焊接装配。目前应用的先进技术有激 光焊接、搅拌摩擦焊 等。

（11）照相检测单元用于通过机器视觉 显示、确认和校准加 工点的位置。 （12）法线检测单元采用数个涡流传感器或小型激光测 距仪进行多点测量以确定工件加工点 的法线，反馈至机床控制系统进行调 整以保证制孔的垂直度要求。 （13）孔检测单元采用带伺服驱动 的探针测量孔的直径和同心度。检测 中通过接近开关预防碰撞，保护壁板 或探针免受损害。孔P数据通过机器反馈以便识别超差情况。 3 自动化装配系统

国外飞机自动化装配技术已从由单台数控自动钻铆机和数控托架组成 的自动钻铆系统向由柔性装配工装、模块化加工单元、数控定位系统(包 括机器人)、自动送料系统和数字化检测系统等组成的柔性装配系统发 展。柔性装配系统主要包括机翼壁板 柔性装配系统、翼梁柔性装配系统、 复合材料尾翼柔性装配系

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统、机身壁 板柔性装配系统、机器人柔性装配系统、机身环铆自动装配系统和自动对接平台等。

(1)柔性壁板装配系统已广泛应 用于空客系列飞机机翼壁板的装配。 柔性翼梁装配系统已用于大多数波音 民机翼梁大型构件的自动化装配，它集成了电磁铆接技术和运动磁轭装配及技术，其最新的发展是E 5 0 00 (ASAT4)C -17第四代自动化翼梁柔性装配系统。上述柔性装配系统的最 显著特点是采用了电磁铆接动力头和 行列式高速柱阵柔性装配工装，能适 应不同规格和尺寸的壁板或翼梁的柔 性装配

（2）德国BROTJE公司开发的机身壁板用了自动环铆 技术，在A380、B—737、C一 17等飞机机身壁板上得到了应用。

(3) 复合材料升降舵柔性装配系 统可完成后缘的测量和校准、壁板钻 孔和锪窝、铆钉选择和供给、注胶、 铆接、壁板表面波纹度测量等过程。

(4)EI公司与空客英国公司联合开发了一种机器人柔性装配系统，用 于机翼壁板与骨架的装配。该系统的 主要功能有：压紧壁板、壁板厚度测 量、钻孔、}检测、插入，栓和环槽 钉并安装公司开发 了一套用于A380尾翼扭力盒的自动化装配的Tricept805虚拟轴机器人装配系统(制孔和安装单面紧固等)。 德国开发了一种用于复合材料机身装 配的机器人装配系统。 4自动制孔技术

现代飞机结构大量采用复合材 料、钛合金等难加工材料，大型飞机 还对大尺寸孔的制备精度提出了更高 的要求，因此普遍采用了自动化柔性 制孔技术，以满足结构的长寿命、隐身、互换性的要求。自动制孔系统包 括机舱地板制孔系统、机翼壁板制孔 系统、长桁柔性制孔系统、柔性跟踪 制孔单元、小型移动式自动制孔单 元、机器人制孔系统等。 5自动钻铆技术

自动钻铆技术从70年代起就普遍采用，目前国外飞机制造商仍有相当大的装配工作由常规的配有半自动 或全自动托架的、以液压为动力的自动钻铆机完成，GEMCOR公司还开发了全电动铆它依靠电动滚 柱丝杆线性动力头提供压力来完成铆 接。用全电动铆接取代液压铆接已成为自动钻铆机的发展趋势。 6装配的先进检测和试验技术

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目前国外在装配检测和试验方面 采用了激光跟踪定位和几何尺寸检 测、复合材料装配件的自动化无损探 伤、红外照相检测、飞机密封结构先 进泄漏检测等技术。

国内飞机装配技术的发展建议

为了保证连接的质量,提高机体 的疲劳寿命，提高 生产效率，国外 军、民机普遍采用 自动化装配技术，只是在自动化难以实现的情况下，部分采用人工装 配。

根据国内飞 机装配技术的发展现状，参考国外军、民机自动化装 配技术的总体应用状况,提出国内飞 机装配技术的发展建议：

（1）积极组织开发和配置自动托架系统，加强自动钻铆技术的研究， 提髙自动钻铆设备的应用水平。

（2）发展柔性装配技术，包括： 柔性装配工装技术 自动化加工单元技术 装配自动化检测技术； 自动化装配系统集成技术； 装配数字化定位技术 数字化装配工工艺规划技术

（3）以国内研制为主，结合引进 国外先进技术，实现柔性装配工装、 加工单元和检测单元的国产化，以满足国内航空工厂对飞机柔性装配系统 所提出的大量需求。

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五、参考文献

1、范玉清 .现代飞机制造技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2001. 2、徐冰清，刘玉芳. 飞机制造工艺学. 北京航空航天大学讲义，1997 3、黄良. 飞机装配工艺学[M]. 北京：航空工业出版社，1993.

4张德欣. 飞行器制造技术[M]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006.

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