郭宏偉，馮重陽，堯智，鄧伯孟

（中航成飛民用飛機有限責任公司，成都 610092）

0 引言

隨著全球電子商務的發(fā)展，貨運飛機的需求不斷增加，老齡客機改裝成貨機以其優(yōu)越的性價比備受全球快遞貨運公司的青睞。隨著新冠疫情的影響，在后疫情時代，全球貨運市場需求大增，為解決貨機運力不足的現狀，客機改裝貨機（以下簡稱“客改貨”）成為當前航空業(yè)的主流[1]。

在將B767客機改裝為B767客改貨飛機的項目中，需對原B767客機前機身壁板左側，即需要安裝前主貨艙門的壁板區(qū)域做加強改造，制造全新的貨艙門框加強壁板結構組件，以替代客機原有機身結構。為實現貨物裝載，滿足結構傳力的要求，改裝貨機貨艙門開口的布置應避免與原底部貨艙門相鄰或環(huán)向重疊，通常在飛機順航向左側機身段或機頭設計貨艙門的開口門框。此貨機門框組件是貨機機身的組成部分之一，位于貨機貨艙門周圍，是客改貨類飛機為加強貨艙門周圍的結構專門設計制造的飛機組件，用于安裝主貨艙門[2]。

1 主貨艙門框組件的裝配工藝分析

B767客改貨飛機主貨艙門框組件的裝配工藝，屬于典型的飛機機身壁板裝配工藝，其外形和內部結構復雜。按照客改貨飛機裝配要求，主門框組件要求其鉸鏈機構具有互換性，蒙皮氣動外形要求高，機加框對接誤差小，門框組件體積大，存在下架及其翻轉吊裝困難等一系列工藝難度。因而在門框組件的裝配過程中，對這些工藝難點提出針對性的工藝解決措施，在下文中將對這些工藝難點及其解決措施進行重點分析。

1.1 主貨艙門框組件介紹

B767客改貨飛機主貨艙門門框組件主要由上部壁板組件、中部門框組件、下部壁板組件裝配而成。門框組件（如圖1）是B767客改貨飛機前機身的組成部分之一，位于貨機前主貨艙門周圍，是客改貨機類飛機為加強貨艙門周圍的結構專門設計制造的飛機組件，用于安裝貨機主貨艙門。

圖1 門框組件

1.2 主貨艙門框組件互換協(xié)調原則及其定位基準

在飛機裝配工藝學中，產品的互換是指成批或大量生產中，同一產品中任取其一，其幾何形狀及物理力學性能在一定的誤差范圍內，并在裝配和安裝過程中，不需要任何修配和補充加工就能在裝配完成以后完全滿足設計所規(guī)定的技術要求；而協(xié)調是指兩個相互配合的工件之間或工件與工裝之間的對應尺寸和幾何形狀的一致性。顯然，協(xié)調與互換是兩個不同的概念，互換是針對同一類產品而言的，協(xié)調是針對兩個具有裝配關系的工件或者工件與工裝而言的[3]。

1.2.1 主貨艙門框組件互換協(xié)調原則

在門框組件工藝準備策劃階段提出了如下兩種不同的方案，并制定不同的裝配工藝流程方案。

需要空運交付門框時，分別以次級上部壁板組件和次級下部壁板組件的形式交付門框組件，其中次級上部壁板組件由上部壁板組成，次級下部壁板組件由下部壁板組件和中部壁板組成。門框需要海運交付時，門框組件以總體裝配組件形式交付，分別由上部壁板組件、中部門框組件、下部壁板組件組成。

在門框組件中，其上、中、下門框組件主要結構類同，均主要由蒙皮、加強板、長桁、框、梁、肋及其承剪帶、角片組成門框組件工作包，采用了數字量傳遞與模擬量傳遞相結合的綜合協(xié)調工作法，同時采用三維數模、模線、樣板、工藝孔等，在上部壁板頂部需與主貨艙門配合安裝處有互換協(xié)調的部位及其交點（即需與主貨艙門上鉸鏈配合安裝的鉸鏈處），采用了標工實物來控制[4]。

1.2.2 主貨艙門框組件定位基準

門框組件中，以STA492/STA632站位處機加框上工藝孔相關基準點和以蒙皮/加強板內表面外形作為定位基準；對于其余框、梁、肋、長桁及其承剪帶、角片優(yōu)先采用工藝孔和交點孔定位；對于門框組件在裝配型架上的定位檢測，利用激光三坐標測量儀軟件來檢查門框組件的定位，在測量后采用基于壁板產品的三維數模進行對比分析，測量數據能精確到萬分之一，以此方式得出了各項測量數據。

1.3 主貨艙門框次級組件的裝配工藝特點

1.3.1 主貨艙門框次級組件的組成

門框次級上中下部壁板組件均屬于典型的機身壁板結構，主要由機加框/鈑金框、蒙皮、加強板、長桁、承剪帶和角片組成。

其中門框中部門框組件蒙皮/加強板利用內形卡板及其蒙皮耳片定位孔定位，其中中部壁板蒙皮與加強板在航向前后方向均留有一定余量。

門框上部壁板組件蒙皮/加強板利用內形卡板及其蒙皮耳片定位孔定位，上部壁板蒙皮與加強板在與貨艙門配合四周區(qū)域方向均留有余量，蒙皮/加強板在航向前后方向為凈邊。

1.3.2 主貨艙門框下部壁板組件中的裝配工藝特點

門框下部壁板組件主要特點是采用了加強的門檻組件結構，多根加強的機加框與主/輔助門檻組件裝配連接，機加框在X、Y、Z方向上均有關鍵特性控制要求，尺寸公差控制精度要求高；蒙皮/加強板利用內形卡板及其蒙皮耳片定位孔定位，下部壁板蒙皮與加強板在與貨艙門配合四周區(qū)域方向均留有一定的余量，蒙皮/加強板在航向前后方向為凈邊。

上中下部壁板組件中長桁均主要有兩種形式，一種是Ω型的鈑金長桁，另一種是L/T型的機加長桁，這兩種長桁在門框組件中均利用S-L軸線定位器定位；其中主要利用框上腹板K孔、框站位面定位鈑金框，利用框自身K孔及框站位面定位機加框；承剪帶和角片主要采用手工劃線排出導孔位置后手工定位的方式；上、中、下部壁板在工裝型架上的定位示意圖如圖2所示。

圖2 門框上門框組件定位示意圖

在門框下部壁板組件裝配中，多根加強的機加框在與主/輔助門檻組件裝配后，其X、Y、Z方向在飛機坐標系中的站位面的控制是裝配難點。

在客戶要求的關鍵特性檢測中，需要將框站位面控制在STA492到STA632之間的每一個短框：多處短框腹板的位置偏離所要求的位置精度要求較大，在工藝策劃時，在工裝上增加了多處定位器，并通過激光三坐標測量儀在裝配前后進行關鍵特性測量，比對誤差值，將框定位面偏差值控制在客戶要求范圍內。

1.4 主貨艙門框鉸鏈機構的裝配工藝特點

門框組件鉸鏈機構的定位安裝主要是在上部壁板上進行，該組鉸鏈機構含12組鉸鏈零件。鉸鏈安裝時特點：1）在鉸鏈安裝時主要涉及工裝鉸鏈定位器，按照設計要求必須用標工實物進行調試，采用模擬量傳遞調試困難[5]。2）鉸鏈定位時，需在不同的鉸鏈零件與蒙皮之間制造/打磨不同厚度固體墊片，如果手工打磨后墊片厚度控制不好就容易造成定位銷撥出后鉸鏈回彈壓力大，無法保證所有鉸鏈中心孔的同軸度。3）鉸鏈定義為互換件，安裝精度要求非常高。對于上大梁和蒙皮上的安裝孔的鉆制過程精度要求高。

針對鉸鏈的上述安裝操作特點，提出了針對性的工藝措施：1）在鉸鏈定位器的檢測及其調試時，每次定檢均采用標工實物進行模擬量的傳遞檢測，按照標工實物上的多處OTP點定位標工實物，并手工調試，確保了鉸鏈定位器的定位精度。2）針對鉸鏈墊片的制造困難，在工藝上采用機械加工+手工打磨的方式進行；在制造墊片前，將墊片統(tǒng)一加工成具有一定角度的斜墊片，再根據間隙手工打磨。3）對于鉸鏈的安裝孔，從鉸鏈上的孔進行引制，并采用分級鉆套與分級鉆頭/鉸刀進行鉆制；最后一級鉸制時，將鉸鏈從蒙皮上取下，對蒙皮/上梁孔進行單獨鉸制。

1.5 主貨艙門框組件總裝裝配工藝特點

1.5.1 主貨艙門框組件總裝對接工藝特點

門框壁板在總裝工裝上定位時，主要采用框站位面加上多處框K孔定位方式進行；定位時，依次以下部壁板組件、左右中部壁板、上部壁板組件定位于總裝定位卡板上。門框總裝時3段壁板的框定位面均以STA492站位面統(tǒng)一作為定位基準，上、中、下蒙皮采用搭接方式進行。

在裝配總裝型架工裝上主要完成對壁板組件中蒙皮、加強板的搭接，上、中、下框的對接工作；要求門框3段對接壁板蒙皮邊緣在對合后直線度控制在圖樣要求范圍內，門框對接精度要求高。

1.5.2 主貨艙門框組件總裝下架工藝特點

B767飛機系大型寬體飛機，其機身壁板的整體出架及其吊裝方式是整個裝配工藝中重要環(huán)節(jié)之一，貨艙門處壁板組件的裝配、下架、吊運等工藝環(huán)節(jié)同樣如此。

由于門框壁板組件是由2塊彎曲弧度較小的壁板件組成的橫截面呈“C”字形的特殊蒙皮結構，在工裝型架上的安裝姿態(tài)如下：門框壁板組件下架過程中，容易造成壁板組件變形，直接起吊使起吊點負載過大，易拉傷壁板組件或使起吊螺栓斷裂。通過保形工裝安裝固定在壁板組件上，且對保形工裝與壁板組件及門框組件上的4個不同部位進行連接固定。

整體門框組件下架的方法, 包括以下步驟：1）裝配。將完成裝配定位、制孔后的壁板件在裝配工裝上組裝成門框組件。2）安裝。將保形工裝安裝固定在門框組件上，且對保形工裝與門框組件上的多個不同部位進行連接固定。3）連接。通過吊繩將起吊工具與保形工裝連接。4）下架。先豎直提升起吊工具使吊繩處于受力拉緊狀態(tài)，其次取出定位銷使門框組件與裝配工裝處于分離狀態(tài)，接著水平移動起吊工具使與起吊工具相連的保形工裝帶動門框組件從裝配工裝上移出下架。5）起吊工具通過3根吊繩與保形工裝上多個不同的位置連接，且吊繩的長度是可調的；調整3根吊繩的長度控制門框組件姿態(tài)，再將門框組件吊運放置到托架上。

門框組件下架如圖3所示。該方法步驟簡捷，工作效率高，避免了門框組件整體下架會產生的形變、拉傷或是起吊螺栓斷裂等問題。

圖3 門框組件下架示意圖

裝配工藝方案的確定和優(yōu)化是一個反復迭代、逐步完善的過程，經過目前門框壁板組件小批量的試制驗證，通過對每架次工裝、工具，以及裝配順序、裝配方法的不斷完善，現產品質量狀態(tài)穩(wěn)定、客戶評價較高，這充分說明了關于門框組件的裝配方案是成功的。

2 存在的不足與展望

2.1 存在的不足

2.1.1 現有裝配工藝的不足

裝配工藝方案的確定和優(yōu)化是一個反復迭代、逐步完善的過程，經過小批量的試制驗證[6]，說明了關于門框組件的裝配方案是成功的。產品的質量需要持續(xù)改進，其優(yōu)化后的裝配工藝方案應該具有可持續(xù)性改進的特點[7]。

B767客改貨飛機主貨艙門門框組件由于采用二維裝配圖樣，產品在數字化裝配過程中仍然面臨著諸多不足之處。這些不足之處，在后續(xù)生產架次中急需得到持續(xù)改進，以便于產品生產提速，確保質量可靠。對翻轉下架工藝方法的大批量生產驗證及設備的可靠性方面還需要持續(xù)進行和改善優(yōu)化[8]。

2.1.2 主貨艙門框產品數字化裝配程度不高

在B767客改貨項目中，客戶方面存在著構型、圖樣更改頻繁的主要問題，加之所發(fā)產品裝配圖樣未能實現無紙化的設計，均為二維平面圖紙形式，故客改貨項目在批量生產提速、操作人員的培訓方面存在諸多不足。在飛機裝配制造業(yè)，數字化裝配制造已是飛機制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢之一，飛機機體裝配數字化的基礎首先是設計數字化，即必須進行飛機機體結構的數字產品定義[9]。沒有數字產品定義為基礎，飛機制造的數字化僅能停留在一些點和局部應用上，裝配數字化就不能充分體現其優(yōu)越性[10]。在飛機數字化關鍵技術裝配的應用上，B767客改貨項目存在著明顯的不足，這將會影響到批架次產品的質量監(jiān)控和持續(xù)改善效果[11]。

2.1.3 現有工裝工具影響產品生產提速和質量的改善

由于目前B767客改貨門框壁板組件自動化制孔程度低，鉚接制孔數量非常大，單機連接件數量達20 000多顆，僅外蒙皮就有近8000個孔，而目前整個門框壁板組件幾乎99%為手工鉚接，僅上部輔助梁組件鉚接時用到了手動壓鉚機。所以勞動量非常大，同時也嚴重制約了整個門框壁板組件的裝配周期的縮短優(yōu)化。鑒于門框組件上連接件孔徑中為大于φ7.5 mm的高鎖螺釘安裝孔達1000多處，且蒙皮上均需锪窩，工作量大。

B767門框壁板組件現在制孔工具和安裝連接件、拆卸連接件工具還處于邊使用、邊改善階段，特別是下部壁板組件和上部壁板組件鉸鏈處的連接件安裝工具仍有較大的改進空間。

門框組件現有的定位工裝及其地面輔助工裝在設計初期，主要基于年產量低的生產速率而設計；如果后續(xù)批架次生產速率提高，此批工裝存在如下問題：1）產品在定位工裝型架上操作時間過長；2）總裝對接工裝和輔助設備的配合設計不合理，特別是上中下壁板蒙皮處的對接處，供操作人員施工的區(qū)域不夠人性化；3）門框架下輔助補鉚托架不夠人性化，產品在托架上的存放姿態(tài)影響工人的操作。

2.2 對主貨艙門框組件裝配工藝的后期展望

客改貨行業(yè)最近幾年在全球航空業(yè)中呈井噴式發(fā)展，加之客改貨行業(yè)的訂單發(fā)展具有一定的周期性，不斷提升門框組件生產速率和產品質量期間仍需對裝配工藝方面進行持續(xù)的改進和優(yōu)化支持。

3 結語

本文針對B767客改貨門框組件裝配工藝進行分析，其首架試制及其后續(xù)架次中積累的裝配方案策劃、工裝設計制造等一系列經驗，對于公司在以后生產制造諸如B777此類大型寬體客機門框組件方面會有一定的借鑒意義。