飛機制造自動制孔機械系統技術研究

榮 偉

（江西工業職業技術學院，江西 南昌 330039）

1 自動制孔技術的應用范圍

近年來，飛機制造行業不斷吸收其它技術，如數字化設計制造技術、數字化裝配技術、新型材料技術、自動鉆鉚技術等等，以提高飛機的性能。飛機生產制造的特點首先取決于飛機的外形尺寸、飛機的用途和飛機的戰略要求，通常具有機體零件數量大品種多、空間形狀復雜、裝配和試驗工作的勞動量大等特征。在飛機制造過程中,裝配連接技術占有十分重要的地位。盡管各種新型連接技術，如變形連接技術、膠接技術等，在飛機制造中不斷被采用,但機械連接仍是現代飛機制造的主要連接形式，約占飛機結構連接的70%以上,且主要采用鉚接和螺栓連接。機械連接的質量直接影響飛機結構抗疲勞性能和可靠性,其速度也影響著飛機的生產周期，因此，采用先進的裝配連接技術已成為改善飛機性能的主要工藝措施之一。

鑒于機器人可以提高裝配系統的靈活性和可達性，配合各種終端執行器可以實現各種不同的裝配作業，如自動化鉆孔和鉚接。自動制孔是制孔中的核心技術，其中制孔智能系統是提高制孔效率、提高制孔精度、縮短零部件制孔時間的關鍵。在機身機翼的壁板組件裝配中使用較多，在飛機裝配過程中存在大量的、極其重要的制孔工作，包括大量的鉚接孔和緊公差干涉配合螺栓孔。制孔的要求包括惚窩深度、表面粗糙度、形狀公差、位置公差等。

2 自動制孔技術研究現狀

連接部件數量多、尺寸大、形狀復雜是飛機結構的特點。目前飛機結構件采用的主要連接方法仍是機械連接，一架大型飛機上大約有150萬~200萬個連接件。而飛機的總壽命主要取決于機體的壽命，疲勞破壞是飛機機體喪失工作能力的根本原因，根據統計，其中75%~80%的疲勞破壞發生在機體結構的連接部位上。只有通過螺栓和鉚釘實現飛機各個部件的完美聯接，才能極大提高飛機的使用壽命。在飛機裝配鉆孔過程中，如果完全依靠傳統的人工作業，對人力、物力的要求是巨大的，更重要的是制孔質量低，連接質量難以滿足較高疲勞壽命的要求，并且加工效率也低。自動制孔技術作為先進的裝配連接技術之一，其發展過程中不斷吸收其他技術，如自動控制、傳感器、計算機仿真、遠程通信以及機器人等領域中的新技術和新工藝。伴隨著自動控制、傳感器、機器人等技術的進步，能夠提高制孔質量和效率的自動制孔技術在飛機制造領域也得到廣泛的應用。

3 自動制孔技術基本加工工藝

自動鉆鉚技術作為現代先進的飛機裝配制造工藝技術，它可以代替傳統的手工安裝鉚接技術，減少人為誤差，確保產品質量的穩定性。自動鉆鉚技術并不是一項新技術，從20世紀50年代起步，經歷了手動、半自動化、全自動化等階段，并不斷吸收其他先進技術，如自動控制、傳感器、計算機仿真、計算機遠程控制和遠程通信以及機器人等領域中的新技術和新工藝，目前已被國內外航空企業所廣泛應用，主要包括以下幾個方面內容。

（1）設備的研制、開發。根據不同的飛機結構，開發多種型號的數控自動鉆鉚系統，不僅能夠鉚接壁板，還能夠鉚接各種飛機組件，從而使得自動鉆鉚系統的工作覆蓋面大幅度的增加，使整個飛機的鉚接工作有較大的改變，提高了鉚接的效率。

（2）對各種干涉配合新型緊固件進行自動安裝。通過增加附件，可以對兩件型緊固件進行自動安裝，如環槽釘、高鎖螺栓、錐形螺栓等，也可以對無頭鉚釘進行干涉配合鉚接，可以提高飛機鉚接結構的疲勞壽命5~6倍，特別是對提高飛機整體的密封鉚接有著重大的意義。

（3）自動鉆鉚工藝。自動鉆鉚工藝是在一臺設備上一次性地連續完成夾緊、鉆孔、惚窩、注膠、放鉚、銑平等工序。機床帶有高速、高精度的轉削主軸頭，一次進給即能鉆出0.005mm以內高精度的孔，同時惚窩深度也可以精確控制在±0.01mm以內，再加上機床由數控系統控制各軸運動，并采用精密自動化夾具，使得鉚釘徽頭高度保持一致，不受人為因素的影響，這些因素使得釘桿在鉚釘孔中的填充質量大為改善，從而極大提高了疲勞強大的許用值，同時，由于鉆孔時鉚接部位處于很高的壓緊力下，鉚接層之間不會進入毛刺，大大降低了疲勞載荷下發生腐蝕損傷的幾率，這些都有助于提高飛機鉚接的疲勞強度，提高飛機的使用壽命。

（4）數字化鉚接的實現。現代飛機設計已完全實現數字化，開發應用脫機編程系統使得飛機各組件的數模通過脫機編程系統生成數控鉚接程序，實現各種組件的鉚接數字化，對飛機制造數字化具有重要的意義。

4 研究目的與方向

現代飛機制造過程中，飛機結構抗疲勞性能與可靠性很大程度上取決于裝配連接質量。一架大型飛機上大約有150萬~200萬個連接件，有文獻報道在一條機翼的裝配線上每年約要鉆削加工4000萬，孔加工在航空制造中占有重要地位。

自動制孔技術在國外已發展成熟并投入實際生產應用，由于該技術具有很高的軍事價值和戰略意義，國外空客和波音等飛機制造企業對其嚴格保密，嚴重制約著我國航空事業的發展。

目前我國飛機裝配中的制孔主要以手工風鉆鉆孔為主，制孔過程全部人為控制，不僅效率低,而且無法保證制孔精度。雖然現在國內已有部分研究機構開始啟動對自動制孔的研究，如北京航空航天大學機器人研究所、北京航空制造工程研究所等科研院所已同相關飛機制造企業聯合啟動鐵合金、復合材料的自動鉆鉚系統地開發，但是尚未出現成果。在這種情況下，深入系統的研究自動制孔機械智能系統，不僅能填補國內航空制造業自動制孔技術的空白，推動我國航空制造業的快速發展，也為自動制孔智能系統的進一步優化設計提供了理論基礎和實驗基礎。

[1]范玉青.現代飛機制造技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,2001.

[2]A.JI.阿比波夫.飛機制造工藝[M].西安:西北工業大學出版社,1986.