钻孔样板在飞机装配过程中的应用研究

段云云

摘 要：本文通过理论分析及试验验证的方式，对钻孔样板在飞机装配过程中的应用进行了可行性分析，并通过试验结果对传统样板的设计、制造方式进行了优化改进方案设计，解决了传统工人手工划线钻孔效率低、精度差的问题。为钻孔样板在飞机装配过程中的全面推广应用提供可靠依据。

关键词：钻孔样板；飞机装配；数字化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.229

1 引言

飞机制造水平不仅体现了一个国家工业发展水平，也是国家综合技术实力的体现。随着我国大飞机发展战略的深入以及现代飞机制造需求使得传统手工钻铆加工制造工艺面临更新换代的挑战，迫切需要一种更为高效、高质量的自动化加工方案。

但在现阶段新机研制的过程中，飞机设计、制造、装配等方面还有很多的不确定性，目前很难在装配过程中实现全自动化。目前在装配现场中，采用手工划线的传统方式进行零组件钻孔的方式仍较多，工人手工划线不仅工作效率比较低，并且工作质量也难保证。而钻孔样板在各零件车间已经有了广泛的应用，用于钻制零件各类工艺孔，是零件钻孔的依据之一，其加工速度和准确度对零件的生产有着重要影响。基于上述原因，考虑将钻孔样板应用到飞机装配过程中来。

2 理论分析

2.1 横向零件分析

飞机装配结构中框类零件为横向主要承力部件，从框的类型来说框类零件分为整体框和分段框，整体框缘条为一个整体曲面，曲面连续性较好适合应用钻孔样板；而分段框在缘条上有长桁缺口，并存在高低不平的下陷，不适合样板的贴合，所以初步判断整体框更加适合应用钻孔样板辅助钻孔。

2.2 纵向零件分析

纵向壁板零件一般尺寸较大，但零件曲率较小适合钻孔样板的应用。梁类零件作为飞机纵向主要承力部件，需要与各个框段、蒙皮进行连接，零件上需要钻制的孔位较多工人手工钻孔费时又费力，但梁类零件一般外缘曲面的曲率较小，曲面展开结果较好适合钻孔样板的设计。

经过分析，横向框类零件中，整体的机加框适合应用钻孔样板进行钻孔；纵向零件中，壁板、梁都能使用钻孔样板进行钻孔。

3 试验验证

3.1 试验件选择

上大梁前段，其零件尺寸：长1355mm，宽60mm至120mm。零件特点：零件曲度较小，双曲。

整体框带板，零件尺寸：长约4000mm，宽约110mm。零件特点：该零件为装配组件，由对接的两项带板零件组成，属于大尺寸弯曲零件。

3.2 钻孔样板设计

从钻孔样板设计角度出发，首先要保证展开过程中曲面展开的准确性；其次展开后要带有全部或部分的外缘线作为定位基准，对于细长类比如缘条类零件及带板类零件的钻孔样板的设计，除了外缘线外，还要有其他的定位基准。对于细长类零件样板，零件展开后长度超过了钢板毛料的长度，这种情况下样板需要分段交付。

从样板材料的角度出发，考虑样板与零件的贴合度，尽可能的贴合零件，试验选择较薄的样板材料。目前在样板制造过程中使用的材料厚度有1mm和1.5mm，所以对于曲度较大的零件，优先选择1mm厚的材料。

从样板的制造角度出发，钻孔样板在加工时采用激光热切割的加工方式，要考虑到样板在切割或镶钻套后可能会出现的应力集中、膨胀变形等现象。需要分析样板的变形量，并采取缩比或增加补加的方法消除误差变形。对于不需要镶衬套的钻孔样板，可以直接用激光切割机切割出孔位，但由于孔径较小，切割成型的孔在抬刀处的形状不规则，所以设计时需要比实际需求孔径小0.1mm进行切割，之后再手工扩孔加工。

4 关键技术及创新点

采用不同厚度钢板加工钻孔样板，使钻孔样板与零件表面更容易贴合，使钻孔更加精确；根据零件的不同类型，决定钻孔样板是否镶钻套，使钻孔样板更加适合不同类型的零件装配钻孔，延长类钻孔样板的使用寿命；通过适当的比例缩放或补加方式，消除了钻孔样板在镶钻套后可能会出现的应力集中、膨胀变形等现象。

5 结束语

飞机装配过程中采用样板进行钻孔，是飞机制造行业由传统手工制造向数字化设计、制造的一種转变，本次钻孔样板在装配过程中的应用效果较好，为各个机型新机研制提供了技术支持。目前钻孔样板已经大面积的应用到了飞机的装配工作中，数个型号大批量钻孔样板已经得到应用，效果良好，降低了时间和人员的浪费70%以上。后续钻孔样板会应用到更多机型的装配工作中，也为我们完善钻孔样板的设计、制造、使用、维护提供了依据。

参考文献：

[1]范玉青.现代飞机制造技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.