吳小剛，吳振勇，熊 千，李 琳，閆利青，韋繼東

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

0 引言

飛機各功能部件在組合裝配完工后，由于零件制造誤差、裝配制造誤差的存在，相互對接部件的外形不協(xié)調(對接處外形階差大)，對接交點孔不同軸度（同軸度誤差大），部件對接強迫裝配，影響飛機的氣動外形、機體結構疲勞強度及壽命[1]，因此為消除對接部件的零件、裝配制造誤差，保證部件的互換協(xié)調要求，部件在架內鉚接裝配完工后，需對交點接頭孔進行精加工[2]。

1 現(xiàn)階段的精加工

各部件一般是在專用的精加工型架上進行，傳統(tǒng)飛機部件工藝協(xié)調精加工方法難以滿足技術要求，保證飛機部件交點對接協(xié)調的核心是交點位置準確度和對接部件間相應交點位置的一致性（交點重復精度），重復精度越高越容易保證部件對接協(xié)調。

傳統(tǒng)飛機制造為保證部件對接協(xié)調，一般有4種工藝協(xié)調和精加工方法。

1.1 配鉆協(xié)調精加工法

交點配鉆協(xié)調精加工法是將部件Ⅰ與部件Ⅱ在對接架上進行定位、裝夾、固定，用小插銷配合起來，對交點孔位置進行手工劃線定位，用專用或通用刀具同時進行鉆孔、擴孔、鉸孔，使孔徑最終尺寸符合孔徑技術要求，再用結合螺栓將部件Ⅰ與部件Ⅱ連接起來，達到對接協(xié)調的方法。此方法雖然其協(xié)調性極高，但交點重復位置精度極低、互換性極差、結構和使用條件要求苛刻，使用范圍極小，工程上一般不使用。

1.2 數(shù)字量協(xié)調精加工法

交點數(shù)字量協(xié)調精加工法[3]如圖1所示：按裝配架數(shù)模設計制造部件Ⅰ裝配架、按裝配架裝配部件Ⅰ、進入裝配部件Ⅰ精加工架對交點孔進行精加工，部件Ⅱ類似。由于用激光跟蹤儀安裝精加工架時，靶標點的確定是手工操作，精加工時是半手工操作，導致交點位置精度較低、重復位置精度低、協(xié)調性和互換性較低，此方法適用于3個交點以下部件，并且一個部件要一臺專用精加工臺。

圖1 典型交點數(shù)字量協(xié)調精加工法

1.3 模擬量協(xié)調精加工法

交點模擬量協(xié)調精加工法如圖2所示：與交點數(shù)字量協(xié)調和精加工法最大差別是精加工架前一環(huán)節(jié)增加了標準量規(guī)協(xié)調，傳遞過程中利用高精度孔軸配合關系ΦDH7/h6使交點重復位置精度大大提高，以提高部件間的協(xié)調性和互換性。此方法克服了數(shù)字量協(xié)調法用激光跟蹤儀安裝精加工架時靶標點確定手工操作帶來的誤差，使交點重復位置精度大大提高、協(xié)調性和互換性大大提高，此方法適用于所有部件，但需要增加許多標準量規(guī)，同樣一個部件需要一臺專用精加工架。

圖2 典型交點模擬量協(xié)調和精加工法

1.4 同一模板協(xié)調精加工法

交點同一模板協(xié)調和精加工法如圖3所示：它與模擬量協(xié)調和精加工法最大的不同點是部件Ⅰ和部件Ⅱ使用同一精加工型架精加工，其核心是使用同一標準量規(guī)協(xié)調制造同一精加工型架，使用同一精加工型架、同一精加工導向裝置、同一刀桿刀具、同一加工環(huán)境、甚至同一操作人員、同時或分別加工部件Ⅰ和部件Ⅱ對接交點，以提高部件間的協(xié)調性和互換性。雖然其位置精度不是很高，但重復位置精度極高、協(xié)調性和互換性極高。問題是結構條件苛刻，一般部件難以滿足，適用范圍十分有限。

圖3 典型交點同一模板協(xié)調和精加工法

2 智能柔性精加工系統(tǒng)

交點智能柔性精加工系統(tǒng)如圖4所示：部件Ⅰ與部件Ⅱ分別在柔性精加工臺上經(jīng)過自動調姿、定位、裝夾、固定、數(shù)控加工，使各自交點孔徑最終尺寸符合技術公差要求，以達到部件Ⅰ與部件Ⅱ對接協(xié)調的精加工方式。它沒有傳統(tǒng)方法的專用精加工裝置，完全由數(shù)控裝置精加工，也沒有數(shù)字量協(xié)調和精加工方式手動靶標的誤差，交點的位置精度、重復位置精度極高，因而具有極好的協(xié)調性和互換性，是先進的交點協(xié)調和精加工方式。

3 各種精加工技術對比

綜合比較工程上實用的工藝協(xié)調和精加工方法，見表1，可以看出智能柔性精加工系統(tǒng)是較為先進的數(shù)字化的工藝協(xié)調和精加工方案，它集合了傳統(tǒng)的數(shù)字量協(xié)調和精加工法、模擬量協(xié)調和精加工法、同一模板協(xié)調和精加工法所有優(yōu)點，克服了其缺點，交點位置精度最高、交點協(xié)調性最好、交點重復位置精度最高、協(xié)調環(huán)節(jié)最少、部件互換性高、溫度等環(huán)境要求低、過失誤差最小、標準工裝最少、精加工臺最少、精加工作業(yè)方式最先進、結構條件和工藝條件要求低、適用范圍廣泛。采用智能柔性精加工系統(tǒng)是飛機裝配中工藝協(xié)調技術和精加工技術的一次數(shù)字化、智能化的技術進步。

4 智能化柔性化精加工系統(tǒng)特點

智能化柔性化精加工系統(tǒng)具有柔性化和通用性的特點，而沿用傳統(tǒng)工藝協(xié)調方法和精加工方式需要大量專用標準量規(guī)和專用精加工臺，且沒有通用性，同一飛機不同部件和不同飛機需要不同的標準量規(guī)和精加工臺。

表1 工藝協(xié)調和精加工方案對比表

交點重復位置精度是保障部件交點對接協(xié)調和部件互換性的核心問題，交點重復位置精度越高，交點協(xié)調性和部件互換性越好。傳統(tǒng)工藝協(xié)調方法和精加工方式硬件系統(tǒng)確定后，交點重復位置精度不可改變的，一旦出現(xiàn)大的偏差會造成交點對接不協(xié)調甚至報廢部件。智能化柔性化精加工系統(tǒng)可以在線適時測量、識別、記錄部件交點孔精加工的實際位置誤差，具有對相對應部件交點孔位置進行智能化補償精加工的特點，使交點孔重復位置精度≤0.013mm，保障部件交點的協(xié)調性和部件的互換性。

5 飛機部件智能柔性精加工技術

參照中國制造2025技術路線，以智能制造為核心的第四次工業(yè)革命正席卷全球，飛機智能裝配必將是世界各國爭奪技術領先的戰(zhàn)略高地[4]。針對飛機產(chǎn)品具有小批量、多種類、系列化、研制周期短、市場需求變化快等特點的形勢，研究部件智能柔性精加工技術系統(tǒng)必將對飛機裝配水平的提升以及航空制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展起到極其重要的推動作用。智能柔性精加工技術涉及傳感器、網(wǎng)絡通訊、自動化技術等先進技術，是控制、計算機、人工智能等多學科交叉融合的高新技術[5]。

5.1 部件智能運輸

將部件吊裝至無人運輸車（AGV車），運用基于計算機技術、傳感器技術、激光導航（見圖5）、視覺技術的智能感知技術，通過配置各類傳感器和無線網(wǎng)絡，使無人運輸車（AGV車）對現(xiàn)場工作場地全面感知、認知[6-7]，AGV車運行至智能柔性精加工系統(tǒng)內，實現(xiàn)AGV車準確定位固定，部件粗定位。

5.2 部件智能調姿

利用數(shù)控定位器對部件的空間位置進行調姿，通過激光跟蹤儀等感知技術，按測量數(shù)據(jù)判斷飛機的翻轉和俯仰是否滿足設計要求，對外形、交點進行擬合[8-9]，部件準確定位，如果滿足要求，進入精加工階段，如果不滿足要求，需要進行二次調姿。二次調姿以不超出加工余量為邊界條件，最終優(yōu)化飛機的外形位置。

圖5 激光導航AGV車

5.3 部件智能夾持

利用傳感器技術對部件夾持后的受力狀態(tài)進行感知，防止部件夾持后強迫，夾持力對等，使部件在自由狀態(tài)下精加工。

5.4 部件智能精加工

利用數(shù)控系統(tǒng)對末端執(zhí)行器進行控制，可實現(xiàn)自動更換末端執(zhí)行器及刀具，實現(xiàn)自動鏜削孔、銑削端面功能。

5.5 部件智能檢測

部件精加工完后，對加工誤差進行數(shù)字檢測、智能分析及后續(xù)的協(xié)調分配，智能柔性精加工系統(tǒng)（如圖6）可在線實時測量、識別、記錄部件Ⅰ交點孔精加工的實際位置誤差，對部件Ⅱ相對應交點孔位置進行智能化補償精加工。通過對已精加工的部件對接交點孔位置誤差的在線感知、測量、記錄和分析判斷，轉換成控制信號，實現(xiàn)對相應部件的對接交點孔位置誤差的智能補償[10]，保證相互對接部件相應交點孔位置重復精度，保證兩部件對接交點孔位置的準確性、一致性，以保障部件間對接的協(xié)調性和互換性。

圖6 智能柔性精加工系統(tǒng)

6 結語

通過采用無人運輸車（AGV車）、智能柔性調姿、智能數(shù)字測量、數(shù)控加工等智能柔性集成系統(tǒng)可實現(xiàn)多機型和同一機型所有部件共用一套精加工系統(tǒng)的目的，從而徹底改變傳統(tǒng)飛機裝配中不同機型要配置不同的精加工系統(tǒng)、同一機型的每一個部件配置一套加工平臺的精加工模式，可滿足飛機的產(chǎn)品結構尺寸在一定范圍內所有部件精加工需求，將來研制的飛機無需設計制造專用部件精加工臺，可縮短生產(chǎn)準備周期長，降低研制成本。

[1]高紅,陳允全,秦龍剛.飛機大部件結合交點精加工[J].航空制造技術,2010,(23):26-29.

[2]曾六生.飛機部件裝配精加工[J].航空制造技術,2002,(10):63-66.

[3]曾六生.無設計補償4點共面交點協(xié)調技術[J].航空制造技術,2010,(20):89-90.

[4]王仲奇,楊元.飛機裝配的數(shù)字化與智能化[J].航空制造技術,2016,(5):36-41.

[5]姚艷彬,鄒方,劉華東.飛機智能裝配技術[J].航空制造技術,2014,(23):57-59.

[6]郭洪杰.飛機部件自動對接裝配技術[J].航空制造技術,2013,(13):72-75.

[7]郭洪杰.新一代飛機自動化智能化裝配裝備技術[J].航空制造技術,2012,(19):34-37.

[8]梅中義,黃超,范玉青.飛機數(shù)字化裝配技術發(fā)展與展望[J].航空制造技術,2015,(18):32-37.

[9]何勝強.飛機數(shù)字化裝配技術體系[J].航空制造技術,2010,(23):32-37.

[10]劉楚輝,李江雄,董輝躍.飛機機身-機翼接頭精加工條件評價技術[J].航空學報,2010,31(6):1272-1279.