肖海强 飞机结构装配技术.docx

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肖海强飞机结构装配技术

南昌航空大学

科技学院

班级：

1381012

姓名：

肖海强

学号：

138101230

指导老师:

朱永国

目录

飞机装配定位方法及其应用案例..............................1

一、装配定位的要求和特点................................1

二、装配定位的方法......................................1

三、飞机各部件的对接及水平测量工作......................2

四、数字化测量与定位技术................................2

飞机装配型架的作用及其应用案例............................6

一、装配型架的功用......................................6

二、装配型架的组成......................................7

三、移动式工装夹具在A350XWB飞机装配中的开发与应用........................................................7

飞机装配中胶接工艺特点及其应用案例.......................10

一、胶接技术发展简史...................................10

二、胶粘剂的应用.......................................10

三、技术的特点.........................................11

四、胶粘剂的组分.......................................12

五、铝蜂窝夹层结构的制造...............................12

先进飞机装配技术及其应用案例............................16

一、数控加工技术和高速加工技术...........................17

二、复合材料及其成形技术.................................19

三、复材结构的数字化钻孔和连接技术........................19

四、整体结构件的加工成形技术.............................19

五、数字化制造及装配技术.................................19

六、其他先进的制造模式...................................20

参考资料.................................................21

飞机装配定位方法及其应用案例

一、装配定位的要求和特点

（１）保证定位符合图纸和技术条件所规定的准确度要求；

（２）定位和固定要操作简单、可靠；

（３）定位用的工装简单，制造费用低。

二、装配定位的方法

（1）按工件定位

按基准工件或先装工件的某些点、线、面来定位后装工件。

适用刚性较好的工件;定位准确度要求不高的工件;辅助的定位方法.

（2）用划线定位

根据飞机图纸用通用量具划线定位。

适用刚性较好的工件;定位准确度要求不高的工件;通用性大,辅助的定位方法;生产效率低,取决于操纵者技术水平

（3）用装配孔定位

用预先在零件上制出的装配孔来定位。

（4）用装配夹具（型架）定位

限制工件在空间的六个自用度。

各定位方法的分类及特点

三、飞机各部件的对接及水平测量工作

水平测量点：

在部件装配时,在部件表面规定的位置上,按型架上专用指示器作出测量点的记号（涂红色柒的冲坑\凸头或空心铆钉等）.它实际上是将飞机理论轴线转移到部件表面的测量依据.

水平测量方法：

在测量过程中,只要检查这些水平测量点的相对位置数值,就可调整和检验各部件间的相对位置是否符合技术条件.

四、数字化测量与定位技术

现代先进的数字化测量技术不仅用在产品的最后检验中，更重要的是应用到工艺装备和产品的生产过程中，它很大程度上改变了飞机零件的制造和装配方法。

以下是几种典型的数字测量系统的工作应用情况。

1电子经纬仪测量系统

经纬仪是测量工作中的主要测角仪器。

由望远镜、水平度盘、竖直度盘、水准器、基座等组成。

测量时，将经纬仪安置在三脚架上，用垂球或光学对点器将仪器中心对准地面测站点上，用水准器经纬仪。

将仪器定平，用望远镜瞄准测量目标，用水平度盘和竖直度盘测定水平角和竖直角。

按精度分为精密经纬仪和普通经纬仪；按读数设备可分为光学经纬仪和游标经纬仪；按轴系构造分为复测经纬仪和方向经纬仪。

此外，有可自动按编码穿孔记录度盘读数的编码度盘经纬仪；可连续自动瞄准空中目标的自动跟踪经纬仪；利用陀螺定向原理迅速独立测定地面点方位的陀螺经纬仪和激光经纬仪；具有经纬仪、子午仪和天顶仪三种作用的供天文观测的全能经纬仪；将摄影机与经纬仪结合一起供地面摄影测量用的摄影经纬仪等。

测量水平角和竖直角的仪器。

是由英国机械师西森（Sisson）约于1730年首先研制的，后经改进成型，正式用于英国大地测量中。

1904年，德国开始生产玻璃度盘经纬仪。

随着电子技术的发展，60年代出现了电子经纬仪。

在此基础上，70年代制成电子速测仪。

经纬仪是望远镜的机械部分，使望远镜能指向不同方向。

经纬仪具有两条互相垂直的转轴，以调校望远镜的方位角及水平高度。

此类架台结构简单，成本较低，主要配合地面望远镜使用，若用来观察天体，由于天体的日周运动方向通常不与地平线垂直或平行，因此需要同时转动两轴并随时间变换转速才能追踪天体，不过视场中其它天体会相对于目标天体旋转，除非加上抵消视场旋转的机构，否则不适合用于长时间曝光的天文摄影。

电子经纬仪与光学经纬仪的根本区别在于：

电子经纬仪是利用光电转换原理和微处理器自动测量度盘的读数并将测量结果显示在仪器显示窗上，如将其与电子手簿连接，可以自动储存测量结果。

2激光跟踪定位测量系统

激光跟踪测量系统（Laser Tracker System）是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。

它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。

它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量，测量静止目标，跟踪和测量移动目标或它们的组合。

SMART310是Leica公司在1990年生产的第一台激光跟踪仪，1993年Leica公司 又推出了SMART310的第二代产品，其后，Leica公司还推出了LT/LTD系列的激光跟踪仪，以满足不同的工业生产需要。

LTD系列的激光跟踪仪采用了Leica公司专利的绝对测距仪，测量速度快，精度高，配套的软件则在Leica统一的工业测量系统平台Axyz下进行开发，包括经纬仪测量模块、全站仪测量模块、激光跟踪仪测量模块和数字摄影测量模块等。

激光跟踪系统在我国的应用始于1996年，上飞、沈飞集团在我国第一次引进了SMART310激光跟踪系统；2005年上海盾构公司引进了Leica公司的一套LTD600跟踪测量系统，应用于三维管模的检测。

3室内GPS系统在787客机总装中的应用

　　激光跟踪仪在我国飞机装配工装的制造和安装中已广泛使用，但我们对室内GPS系统（也称作局域GPS精密测量系统）在飞机装配中的应用还比较陌生。

室内GPS系统是数字化装配技术最重要的技术手段之一。

　　室内GPS系统与激光跟踪仪相比较，主要优势体现在如下几点：

　　首先，在室内GPS系统中进行测量不会因为掉光而影响工作进程，这是由室内GPS系统的原理决定的。

它是由发射器以水平270°、垂直60°的覆盖范围从3个方向无线发射信号，传感器和接收器只要在这个信号的覆盖范围内，就能接收到光信号，并无线传播到中央控制电脑。

在这个过程中，传感器只要能同时接收到2个发射器发射出的信号就能测出点的三维坐标值。

如果能同时接收到3～4个发射器发射出的信号就是增加了自由度和精度。

由此可见，在测量时即使有人走过，挡住了一个发射器发射的信号，也不会影响这一点坐标的测量。

即使所有的发射器信号被遮挡也没有关系，只要增加测量杆的长度就可以正常测量。

　　其次，室内GPS系统能够满足多用户同时使用。

在一个装配车间内，常常需要同时监控被测部件的几个关键点和面的位置关系。

这种情况下，我们只需要在车间的墙壁和天花板上固定一定数量的发射器，一般建议在30m×30m的空间内放置6个发射器，信号就会全部覆盖这个范围，被测部件的关键点和面的位置就都会被监控。

我们可以在不同的被测部件上放置不同的传感器和接收器，那样它们的位置就会被实时监控。

也可以用几个测量杆组件，由不同的工作人员同时测量部件的各个关键点和面的位置关系，互不干扰。

也就是说，系统建立起来后，只要增加传感器和接收器就可以增加用户了。

中央电脑可以同时处理这些数据并传递给不同的终端用户（比如掌上电脑），给用户的工作带来很大方便。

　　第三，当整个系统进行一次固定装配标定后，就可以无限次数的使用。

所有进入这个区域的待测物都可以马上测量，无需建立坐标系。

唯一要做的工作就是打开发射器的电源开关，待它预热5min之后，就可以马上开始测量工作。

　　第四，室内GPS系统最为突出的特点是可以进行大尺度的测量。

在10m的测量空间中精度能达到0.1mm，这大大高于激光跟踪仪，而且测量范围可以无限增加，只要增加发射器即可。

可以实现自动装配测量，实时监控移动物体的运动曲线，比如飞机机翼与机身的自动对接过程。

　　第五，室内GPS系统可以对系统自身进行监控。

如果有发射器出现位移或出现问题的情况，系统会自动报警，这样就可以在最短的时间内发现系统的问题。

局域GPS精密测量系统不受温度影响，它的工作范围为-10～50℃。

　　基于上述原因，波音在研制787客机的总装过程中采用了集成的室内GPS系统环境进行装配。

飞机装配型架的作用及其应用案例

一、装配型架的功用

1保证产品的准确度和互换性:

应用六点定位原则限制工件在空间的六个自用度。

2装配型架的成套性和协调性:

3改善劳动条件、提高装配工作生产率、降低成本：

型架结构应适合工人在最有利的姿态下操作；保证质量下，型架结构尽可能开敞，以便接近工作、安放零件和零件下架；型架定位件、夹紧件工作要迅速可靠、安全。

4定位作用:

保证零组件在空间的相对准确位置。

5校正零件形状作用:

检查或校正零组件的不协调部位（敲修、加垫）。

6限制装配变形作用:

保证零组件的重要接头的位置准确度。

保证外形准确度——外形卡板不打开。

用装配夹具（型架）定位的特点：

定位准确度高;能保证互换部件的协调；生产准备周期长。

二、装配型架的组成

1、骨架：

型架的基体，用以固定和支撑定位件、夹紧件等其他元件，保持各元件的空间位置的准确度极其稳定性。

要求具有足够的刚度。

2、定位件：

型架的主要工作元件，用以保证工件在装配过程中具有准确的位置。

要求定位准确可靠、相互协调和使用方便。

3夹紧件：

是使工件牢靠地固定在定位件上的加力元件。

要求；装夹迅速可靠（装配中不松脱）、使用方便，不损伤工件表面。

4辅助设备：

是为了适应工人在型架上操作需要和改善工作条件而配置的一些附属设备。

如工作踏板、工作梯、托架、工作台、起重吊挂、地面运输车及照明、压缩空气管路等。

要求工作方便、安全。

三、移动式工装夹具在A350XWB飞机装配中的开发与应用

随着A350XWB大飞机的生产，许多飞机装配供应商都在专用工装、夹具和固定装置等方面作了重大投资。

如何才能更高效地提升飞机装配的质量和速度，是所有装配供应商都想解决的一个重要课题。

这种背景下，一种加速飞机装配的移动式生产工装应运而生。

概念及优势

移动式工装夹具，是通过夹具本身在专用加工设备及工作台上运动，而实现装配的一种流动式夹具。

这种移动式夹具系统包含了单个夹具的定位功能，即完成一项定位和加工内容之后，通过自动引导装置在加工台之间进行定位与加工的转换。

这种夹具系统通过配用3D激光扫描技术可测量连接断面间的确切尺寸，并将测量信息转换为确切的NC 加工程序，还可配备激光跟踪系统自动进行水平校订，以保证装配连接的最佳性。

飞机的复杂主子系统的装配制造，传统上使用的是静态夹具。

这种方法由于专用装置不能100％得到利用，导致过程非常低效。

移动式夹具系统的最大好处就是“柔性”。

与传统方法不同，移动式夹具所在的装配线不是某个产品专用的，任何能够匹配在加工及工作台之内的相似的航空结构都能够应用该装配线。

这使得其他项目引入这种生产线时不会增加新的成本和交付时间。

开发与应用

随着飞机项目对生产速度的要求越来越高，夹具及加工装置的置办和使用也将成倍增长。

A350XWB这种大飞机的生产，已经使许多飞机装配供应商在专用工装、夹具和固定装置等生产能力方面做了重大投资。

这一方面是由于碳纤维复合材料部件用量的增加，另一方面也体现了主要的一级供应商和主承包商之间密不可分的关系。

供应链的不可剥离性使得承包商和供应商之间为了谋求利益的最大化而共同努力。

度量方法、工装材料以及装配方法的创新推动着大型复合材料结构制造容差管理能力的发展。

这对贯穿整个供应链上不可再现的生产工程、装备的大量技术开发及投资追踪成为可能。

A350 的部装及系统集成中已经应用了很多这样的新技术，像GKN 航宇公司在Filton工厂的自动测量技术，普利耶母航空技术（Premium Aerotec）公司在诺登汉姆（Nordenham）以及奥格斯堡（Augsburg）的脉冲式移动装配线，以及Spirit 航空系统欧洲公司（Spirit AeroSystems Europe）在Prestwick 的低热膨胀工装。

GKN 航宇公司目前正在引入一种流动装配线方式，通过这种方式，夹具本身可以在专用加工设备及工作台上运动。

Br?

tjeAutomation已经同GKN合作来为A350的固定式机翼后缘开发这种新式的先进装配技术。

这种技术在每侧通过三个可移动夹具将内侧、中心和外侧翼梁段固定在一起。

这种移动式夹具系统已经包含了单个夹具的定位能力，可对内侧翼梁的连接进行定位和钻孔，然后通过自动引导装置在加工台之间进行转换。

这种技术采用3D激光扫描技术来测量内侧翼梁两个连接断面间的确切尺寸，并将测量信息转换成确切的NC加工程序。

机翼后缘三个部段在装配台上的装配连接要通过一种激光跟踪系统来自动进行水平校订，以保证三个部段的最佳装配。

移动式机械手

在普利耶母航空技术公司的奥格斯堡和诺登汉姆工厂的机身蒙皮项目也同Br?

tje合作，正在使用一种拼成的预装配台和脉冲式移动装配线（PML）。

在这种装配线上，工件一步步脉冲式沿着装配线序列前进，在不同的连接单元将手工装配和全自动机器人相结合一起工作，这与汽车工业的装配线非常类似。

面临的技术问题：

这些应用体现了移动式工装夹具的柔性、高效性，尤其是它的非专有性，但要达到精细应用还需要解决很多的技术问题。

首先，为了满足质量需求，必须开发和引入新的专利型钻孔技术，使得机器人可以对多种不同的材料进行钻孔，包括对17mm厚的钛材的钻孔。

其次，这种高度机械化方法已经取消了装配前人工布置部件位置时发生干涉的可能性，但为了真正能够做到这一点，还必须对所有装配供应商的部件容差和设计实施改进。

另外，对于工装夹具在移动时热膨胀的考虑也是一个亟需解决的问题。

像Spirit航空系统公司在Prestwick工厂的机翼前缘装配线，考虑工装在传统箱形钢结构上移动的热扩展以及在高热敏感区域使用不胀钢成为必然。

Spirit在采用这种技术时识别出了重大的风险，因为这种技术对航空结构装配来说是一种完全不成熟的概念。

但是通过与其供应链伙伴Acrosoma、Manufax Engineering和Assystem英国公司合作，分析其工程细节，共同设计出一种适用于A350 固定式机翼前缘装配需求的方案。

Acrosoma公司的3D编织层压复合材料与复合材料翼梁及J 型板部件的热特性非常相似，采用这种材料可以使装配厂在40m长的夹具装置上将几何容差控制在±0.25mm，而不需要采用额外的温度控制手段。

尽管如此，还有很多其他的批产技术需要开发，以便实现最终的方案。

飞机装配中胶接工艺特点及其应用案例

上世纪40年代初，英国开发出综合性好、老化新能突出的Redux775，它以热固型酚醛树脂为主。

40年代中后期，美国又开发出韧性较好的Meltbond4021。

这两种胶黏剂至今仍在沿用。

50年代中期由于加聚反应型环氧树脂的出现，开发出无孔蜂窝用尼龙环氧结构胶。

70年代中后期，耐久的结构胶相继而出。

开发出磷酸阳极化，使得铝氧化膜极其稳定，并用一只腐蚀底胶提供了稳定的表面，胶缝密封性显著加强。

  1995年美国胶接剂销售量为926万t，主要用于建筑、运输和其他工业部门。

欧洲胶接剂销售量约为140万t，其中德国市场最大。

日本1995、1996年胶接剂产量分别为120.88万t和122.22万t。

  自航空工业诞生以来，胶接技术就开始应用于国外的大型运输机，如美国的L-1011、Boeing-707、737、747、C-130、C-141A、KC-135，俄罗斯的伊尔-76等等，都采用了胶黏剂来制造飞机构件。

到目前为止，胶黏剂在飞机上的应用已有六七十年的历史。

胶黏剂品种多且配套齐全，技术日益完善，在军机和民机上都得到广泛应用。

一、胶接技术发展简史

（１）、古代人类、天然胶粘剂：

木汁、血胶、骨胶、石灰、松脂和沥青等；

（２）、20世纪，合成高分子材料的出现，胶粘剂工业获得了迅速发展；

（３）、20世纪40年代后，胶接机理研究获得了迅速的发展,胶接的三大理论：

吸附理论、静电理论、扩散理论。

（４）、20世纪60年代后，建立并逐步完善了：

化学键理论、弱界面层理论、机械结合理论、胶粘剂流变学理论。

二、胶粘剂的应用

航空航天工业中，全世界采用胶接结构的飞机有100多种。

Ｂ－58重型超声速轰炸机，胶接壁板面积占80％（其中蜂窝夹层结构占90％，胶用量超过400kg，可取代约50万只铆钉。

三、技术的特点

1、胶接的优点

（1）胶接适用的材料范围广

可连接不同材料（金属－金属、金属－非金属）、厚度不等、不受装配件厚度（厚度差）的影响、多层；

（2）表面平滑、良好的气动力性能

（3）良好的密封性气密座舱、整体油箱等

（4）胶接接头耐环境能力强胶层对金属防腐、绝缘、防电化学防腐；

（5）、胶接构件有效地减轻了重量受力均匀，可采用薄壁结构Ｆ-86Ｄ机减速板铆接改为胶接，重量12.5kg-8kg某型机机身胶接，重量减轻15%、费用节约25%－30%某预警飞机雷达罩，重量减轻20%。

（6）、能提高接头的疲劳寿命

胶均匀分布、不会产生局部应力集中、疲劳裂纹扩展速度慢。

（7）、胶接工艺简单

易自动化、成本低，1000kg胶粘剂可节约5000kg金属连接材料，节省5000－10000个工时。

2、胶接的缺点

（1）粘接强度较低胶粘剂的主材料一般是高分子材料，粘接强度较低（不适于承受剥离载荷）远不如金属材料；

（2）胶粘剂存在“老化”问题；

（3）接头性能的重复性差、使用寿命有限（4）胶接接头强度受影响的因素多对材料、工艺条件和环境应力极为敏感。

四、胶粘剂的组分

粘料（基料）：

是胶粘剂具有所要求的基本性能的主要成分。

固化剂：

促进胶粘剂的固化。

填料：

减少胶层收缩和调节胶粘剂与被粘物之间弹性系数的差别。

改善胶粘剂的性能（提高弹性系数、冲击韧性、耐热性、减少收缩率等）。

稀释剂：

能降低胶粘剂粘度的易流动液体。

改善胶粘剂的工艺性能，降低胶粘剂，从而延长胶粘剂的使用期。

五、铝蜂窝夹层结构的制造

1、蜂窝夹芯（层）结构简介

一种用于特殊的结构的复合材料。

是把蜂窝形状的夹芯材料在两块面板之间，并把它们用胶粘剂相粘接而成的。

蜂窝夹层结构的特点：

良好的比强度和比刚度；隔音、隔热、减振，蜂窝夹层结构的应用航空、航天（对重量和性能有特殊要求的部位）飞机的机翼、进气道、雷达罩；火箭的安定面、导弹的何装置座；卫星、飞船、航天飞机的舱盖和整流罩等。

2蜂窝的分类

按材料分:

铝合金蜂窝、纸蜂窝、玻璃钢蜂窝、塑料蜂窝、陶瓷蜂窝等。

按有无孔分:

有孔蜂窝,无孔蜂窝。

（1）有孔蜂窝：

避免夹芯中残留胶粘剂固化时产生的挥发物，能防止蜂窝夹层结构内、外压差过大而造成的面板剥离破坏（常用于航天飞行器）

（2）无孔蜂窝：

使用中有可能进气、进水，积水难排除，引起结构腐蚀，加速胶层老化，降低胶接强度，甚至造成脱胶。

（常用于飞机结构）

3、铝蜂窝夹层结构的制造过程：

蜂窝夹芯的制造、夹芯外形的加工、蒙皮与蜂窝芯胶接前的清洗、涂胶与装配、固化、装配件的检验与试验。

蜂窝夹芯制造的方法：

成形法、拉伸法。

成形法：

先将铝箔压成波纹状，然后将波纹状铝箔叠合胶接起来。

用于厚度大、刚性大的合金箔、特殊的非正六边形蜂格的夹芯。

拉伸法：

先在铝箔上涂上或印上胶条，然后将铝箔叠合胶接起来，最后再将叠层拉伸成蜂窝芯。

用于：

铝合金的正六边形或方形蜂格的夹芯。

制造蜂窝夹芯的工艺过程（拉伸法）：

（1）铝箔表面处理

碱洗除油、硝酸光化、磷酸阳极化表面处理（提高寿命）

（2）铝箔涂胶

拉伸法制造蜂窝夹芯）涂胶方法：

纵条涂胶、横条涂胶。

（3）铝箔的叠合和固化

铝箔的叠合：

将涂了胶的箔条按需用的张数叠合。

叠合的要求：

定位准确，保证相邻两张箔条上的胶条相错半个间距。

铝箔的固化：

热压机或热压罐中加温、加压固化。

（4）夹芯的拉伸成形和加工

先拉伸后加工外形：

先将固化好的叠层拉伸成蜂窝块，再用专用蜂窝加工机床加工出蜂窝零件外形。

先加工外形后拉伸：

先将叠层（压缩状态下的毛坯）加工成一定的形状，在拉伸成具有所要求外形的蜂窝芯块。

先进飞机装配技术及其应用案例

除了常用加工技术外,世界各国还投入巨资研究和发展现代飞机制造技术,以满足政治、经济和国防发展的需要。

随着航空航天技术的发展,现代飞行器制造的先进技术主要体现在以下几个方面。

一、数控加工技术和高速加工技术

先进数控加工技术是现代国防工业武器装备研制和生产中的重要支撑技术。

为了解决我国武器装备生产能力严重不足的问题，国家投入了数以百亿计的资金购买了大量的先进数控加工设备。

目前，许多国防企业拥有的先进数控设备的数量已经达到或超过国外同类企业的数控设备的保有量，但生产能力严重不足的局面并未得到根本改变。

其主要原因主要在于，在引进先进数控设备的同时，并没有引进先进的数控加工工艺技术，使得在采用同样的数控机床和刀具的情况下，我国企业的数控加工效率经常只能达到国际先进水平的1/10～1/4，产品的加工质量也得不到有效的控制和保证。

生产成本高、生产效率低已经成为军工制造业发展进程中的瓶颈问题。

为了提高国防企业的数控加工效率，实现从“技术改造”到“改造技术”的跨越，落实国防工业“强化基础、提高能力、军民结合、跨越发展”的指导方针和建立资源节约和环境友好社会的重大战略思想，在国防科工委的大力支持下，“十五”期间北京航空航天大学机械工程及自动化学院作为技术依托单位，承担了国防基础科研项目“基于切削过程仿真的数控加工工艺优化技术应用研究”。

经过为期三年卓有成效的研究，项目研究工作取得了显著的成果。

所开发的数控切削参数及工艺优化技术与工具以及优化型数控切削参数数据库对于提高军工行业数控加工技术能力和应用水平，促进军工行业整体制造水平的提升，