现代飞机装配工艺及展望

薛 翔 张彤阳

（1.航空工业西安飞机工业（集团）有限公司，西安 710089；2.中车西安车辆有限公司，西安 710086）

飞机装配是根据零件的机构几何形状把各个零件组装成部件或者把部件组装成整机。飞机装配工艺是研究如何将飞机各个零部件组装成整机的方法与过程。随着社会进步，制造业的发展，客户需求、各厂家竞争及航空制造业的发展，飞机装配工艺一直朝着更高级别发展。飞机装配工艺已经经过了第一阶段人工装配、第二阶段半自动化装配、第三阶段自动化装配的发展过程，目前我国的航空工业处于半自动化装配阶段。

1 国外现状

进入21世纪，国外飞机装配工艺发展迅猛，众多新机型面世，在装配工艺上根据三维建模数字化的信息尺寸公差系统，实施立体三维数字化尺寸工程工艺，用虚拟装配仿真技术完成工艺路线的优化，使用带有柔性的可分块的工装设备、加工和检测单元进行机身部件的自动化装配，应用永久的可靠连接工艺，完成部件到整机的快速装配。下面分别从自动化装配工装、自动化装配系统、自动钻铆、装配的先进检测技术和试验技术等方面来介绍国外飞机装配工艺。

1.1 自动化装配工装

国外装配工装已经发展成数控自动化工装，主要包括以下4类，它们具有数字化、模块化、和自动化的特点。

1.2 行列式柔性装配工装

行列式柔性装配工装分为翼梁工装和壁板工装。翼梁工装用于B-737、B-777、C-17等波音飞机的装配。壁板工装用于装配空客公司民机机翼壁板。

1.3 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主要结构为立柱式吸盘，由程序控制进行X、Y、Z轴移动和转动，根据零件外曲面生成与之配合的吸附阵列，该工装能够准确吸附工件。上述工装技术已广泛应用于戴姆勒-麦道、格鲁门、英宇航、空客、奔驰宇航、波音、庞巴迪宇航等公司军、民用飞机的柔性装配和生产中。

1.4 机身分散式柔性装配工装

分散式机身柔性装配工装使用激光跟踪定位，主要包括CNC控制单元，它的使用替代了传统大型装配型架，增加了装配的自动化和柔性，在大型飞机机身的装配制造中应用广泛。

1.5 自动化对接平台

自动化对接平台相比于传统的对接平台，它使机体装配质量大幅提高，生产率高，生产周期短，柔性强，能适应不同尺寸的机身机翼结构。

2 自动化装配系统

发达国家飞机自动化装配技术已从单台套的CNC工装设备向柔性化装配工装、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柔性装配系统发展。

2.1 柔性壁板装配系统

柔性翼梁装配系统用于大多数波音民机翼梁大型构件的自动化装配，它结合了电磁铆接技术以及运动磁轭装配机技术的优点，目前新型号是柔性装配系统E5000（ASAT4）C-17。

2.2 德国装配系统正式上线

德国BRSTJE公司为A380、B-737、C-17等飞机机身壁板铆接开发的机身壁板柔性装配系统已成功应用。

2.3 机器人柔性系统

EI公司研发的机器人柔性装配系统，用于机翼壁板与骨架的装配，它主要包括以下工作：压紧壁板、壁板厚度测量、钻孔、孔检测、插入螺栓、环槽钉安装。

2.4 自动钻铆技术

GEMCOR（美国通用电气机械公司）研发出全电动铆接技术，可以利用电机带动滚珠丝杠挤压完成铆接。自动铆接机械从液压驱动到电力驱动已经成为一种发展方向。

2.5 装配的先进检测技术

目前，先进的检测技术有激光跟踪定位、几何尺寸检测、红外照相检测、复合材料装配件的自动化无损探伤、飞机密封结构先进泄漏检测等。

3 国内外工艺对比

3.1 铆接装配工艺方面

铆接装配分为普通铆接和特种铆接，国内外普通铆接工艺基本相近，主要区别则在于国外大量采用特种铆接。

外国公司大量采用新型连接件，而我国应用不多。例如，无头铆钉、冠头铆钉、干涉配合铆接和有头铆钉自封铆接等，还有特种实心铆钉、尾端空心铆钉以及各种单面抽钉，这些抽钉安装时均要用专用工具施铆。

3.2 螺栓紧固装置

螺栓类紧固件中，外国公司对紧固件安装工艺有所规定，例如数据充分、要求明确、使用方便等，而我国在这方面要求模糊。例如对螺栓的润滑要求，某外国公司是采用螺栓和螺帽进厂时即要求带润滑油，安装时直接安装不用除去润滑油。我国公司要求安装前必须将原润滑油洗干净，再重新涂上炮油或XXX号油膏。

3.3 零件的制造和装配

零件的制造公差和供应状态是保证部件顺利装配的基础，零件之间的协调更是部件装配质量的基础。

国外公司按照产品图纸加工制造夹具，曲面零件在加工中心上加工，一般不用标准样件作为基准。国内复杂的机加零件往往使用标准样件，将装配合格的零件拆下来作为制造依据，在加工过程中免不了修锉。

国外零件质量检验时，除机加件一般通过通用的检测量具进行检查外，曲面钣金零件都通过三坐标测量机来检查。我国多数用零件成形模具兼作检验工具，导致零件误差较大，零件的尺寸公差问题很多，甚至不得不报废某些工装，再重新配做，拖长了生产周期。

3.4 装配工艺

装配工艺的制定直接影响工装协调、零件的供应状态和型架设计等，装配工作是制造部件的最后工序，对产品的质量影响很大。现就几种典型的装配工艺，简要对比几个具体情况。

3.4.1 以骨架为基准的装配

国外的方法是以骨架为基准进行装配，骨架组合完成之后安装蒙皮，不在装配型架上设置外形卡板。

以某舱门为例，舱门外形是流线型，同时蒙皮厚度较厚（大于1mm）的条件下，国外普遍采用以骨架为基准的装配，显然，只有零件在型架上定位准确和骨架配合间隙均等时，才能保证部件外形的公差。舱门肋骨在型架上以外形、腹板控制轴线以及腹板上的工艺孔控制零件的纵向位移，这才有把握从外向内用钻头直接从钻模导孔，通过蒙皮进入骨架，并保证孔在骨架弯边上的正确位置，零件在装配时一般不经过调修就可以达到相互配合的要求。而我国借助目视调整和按尺寸划线的办法，难免产生定位不准、二次调修的问题。

3.4.2 加垫工艺补偿

即使在零件的成形过程中和工艺装备制造协调过程中，采用了严密的控制措施，但由于制造误差的积累，某些结构的部位仍将产生不协调的间隙，因此在制造过程中需要加垫补偿，在此方面国内外无区别。

3.4.3 为外表的美观创造条件

飞机的外观质量，是西方国家飞机生产质量竞争的主要条件之一。部件外形的流线和镜面蒙皮的采用，对零件加工和部件装配质量的控制提出了更高的要求。

例如，某客机的表面大部分采用抛光镜面蒙皮，这些蒙皮在零件成形和装配连接过程中，除了喷涂表面等保护措施外，还要参与工艺过程。对于铆接质量，除了紧固件的本身连接有严格的规定外，对蒙皮的凹陷、划伤、波纹、光泽都有要求。制造过程中采用了钻模钻孔，而且铆钉头排列整齐，再加上对每个成形后的铆钉头进行铣平，使得整个飞机表面光泽流线，大大增加了美观。我国大多采用蒙皮张拉工艺来使蒙皮达到装配要求，抛光工艺很少使用。

4 结语

现在我国飞机装配工艺已经基本实现数字化，未来的发展是面向智能化、精细化、精益化。结合《中国制造2025》发展实施纲要，中航工业2018年两化融合工作会议精神，我国的飞机装配工艺必须向着信息化、工业化融合方向前进。具体有以下几点展望：在3D环境下仿真飞机装配工艺过程；打造数字化装配工艺技术、工艺柔性化装配线、智能化装配车间；继续推进计算机辅助工艺规划（CAPP）在飞机连接装配中深入应用。