摘要：本文通过理论分析及试验验证的方式，对钻孔样板在飞机装配过程中的应用进行了可行性分析，并通过试验结果对传统样板的设计、制造方式进行了优化改进方案设计，解决了传统工人手工划线钻孔效率低、精度差的问题。希望为钻孔样板在飞机装配过程中的推广应用提供一些参考。
关键词：钻孔样板；飞机装配；数字化
引言
飞机制造水平不仅体现了一个国家工业发展水平，也是国家综合技术实力的体现。随着我国大飞机发展战略的深入以及现代飞机制造需求使得传统手工钻铆加工制造工艺面临更新换代的挑战，迫切需要一种更为高效、高质量的自动化加工方案。飞机制造过程中，机身各主要零部件需要钻制大量的紧固件连接孔，包括铆钉孔、螺钉孔、托板螺母孔等。这些连接孔位（统称导孔）由装配单位提出状态要求，并在样板中进行设计，形成钻孔样板，提供给生产和装配车间作为钻孔制造和检验的依据。传统的模线样板通过对相板进行移形的方式，将表面的线形移至样板毛料的表面上形成刻线痕迹，工人按刻线手工进行样板加工，这是一种模拟量的传输数据方式[1]。这种方式有明显的传统工业的加工痕迹，效率差、精度低等问题－直对飞机制造行业产生着较大的滞后影响[2]。随着ＣＡＤ、ＣＡＥ技术的发展，三维数字化技术和数控加工技术在飞机継巾展示出了广阔的应用前景，取得了显著的技术经济成果，传统的模线样板工作法已经产生了很大变化，归纳起来有以下几个方面：（１）用计算机建立飞机外形和内部结构件的几何模型，并将其作为飞机制造过程中各环节统一的几何数据库；（２）在工艺装备制造方面，对必要的且形状和协调关系复杂的组合件的标准样件、用于钣金零件制造的大量成形模具、装配型架上内形卡板和外形卡板等，都可以采用数控加工和数控测量技术；（３）在零件制造方面，由于现代飞机上采用了很多整体结构件，这些重要的飞机零件，包括整体框、整体肋、整体梁和整体壁板等，也采用了数控加工和数控测量技术，从而大大提高了零件加工的制造准确度和协调准确度，减少了尺寸传递的许多中间环节。但在现阶段新机研制的过程中，飞机设计、制造、装配等方面还有很多的不确定性，目前很难在装配过程中实现全自动化。目前在装配现场中，采用手工划线的传统方式进行零组件钻孔的方式仍较多，工人手工划线不仅工作效率比较低，并且工作质量也难保证。而钻孔样板在各零件车间已经有了广泛的应用，用于钻制零件各类工艺孔，是零件钻孔的依据之一，其加工速度和准确度对零件的生产有着重要影响。基于上述原因，考虑将钻孔样板应用到飞机装配过程中来[3]。
1钻孔样板的使用
装配单元根据需要提出钻孔状态要求，在设计样板时根据三维数模添加状态孔位信息，利用展开转移法将导孔孔位、筋条定位基准一同展开，对于曲度较大的面可以采用分段式设计，避免产生孔位偏移。对于零件钻孔部位曲率较大的部分，如承力框，考虑到样板材料为（δ１．５ｍｍ的冷轧钢板，在设计时应将样板取制面向零件外表面反方向偏移１．５ｍｍ。这样在数控车间使用样板时能够防止厚度偏移导致的孔位偏差。对于钻孔样板来说，将切割成型的孔位镶钻套是非常重要的环节，它能够有效地避免因多次钻孔导致的样板孔位磨损，提升样板使用寿命和精度，数控车间工人将样板贴合至需要钻孔的零件表面，使用固定夹将样板和零件进行上下两个方向的多处固定，透过钻套进行钻孔[4]。
2理论分析
2.1横向零件分析
飞机装配结构中框类零件为横向主要承力部件，从框的类型来说框类零件分为整体框和分段框，整体框缘条为一个整体曲面，曲面连续性较好适合应用钻孔样板；而分段框在缘条上有长桁缺口，并存在高低不平的下陷，不适合样板的贴合，所以初步判断整体框更加适合应用钻孔样板辅助钻孔。
2.2纵向零件分析
纵向壁板零件一般尺寸较大，但零件曲率较小适合钻孔样板的应用。梁类零件作为飞机纵向主要承力部件，需要与各个框段、蒙皮进行连接，零件上需要钻制的孔位较多工人手工钻孔费时又费力，但梁类零件一般外缘曲面的曲率较小，曲面展开结果较好适合钻孔样板的设计。经过分析，横向框类零件中，整体的机加框适合应用钻孔样板进行钻孔；纵向零件中，壁板、梁都能使用钻孔样板进行钻孔[5]。
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图1中机身前段细节
3试验验证
3.1试验件选择
上大梁前段，其零件尺寸：长1355mm，宽60mm至120mm。零件特点：零件曲度较小，双曲。整体框带板，零件尺寸：长约4000mm，宽约110mm。零件特点：该零件为装配组件，由对接的两项带板零件组成，属于大尺寸弯曲零件。
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图2带板及孔位
3.2钻孔样板设计
从钻孔样板设计角度出发，首先要保证展开过程中曲面展开的准确性；其次展开后要带有全部或部分的外缘线作为定位基准，对于细长类比如缘条类零件及带板类零件的钻孔样板的设计，除了外缘线外，还要有其他的定位基准。对于细长类零件样板，零件展开后长度超过了钢板毛料的长度，这种情况下样板需要分段交付。
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图3分段样板
从样板材料的角度出发，考虑样板与零件的贴合度，尽可能的贴合零件，试验选择较薄的样板材料。目前在样板制造过程中使用的材料厚度有1mm和1.5mm，所以对于曲度较大的零件，优先选择1mm厚的材料。从样板的制造角度出发，钻孔样板在加工时采用激光热切割的加工方式，要考虑到样板在切割或镶钻套后可能会出现的应力集中、膨胀变形等现象[6]。需要分析样板的变形量，并采取缩比或增加补加的方法消除误差变形。对于不需要镶衬套的钻孔样板，可以直接用激光切割机切割出孔位，但由于孔径较小，切割成型的孔在抬刀处的形状不规则，所以设计时需要比实际需求孔径小0.1mm进行切割，之后再手工扩孔加工。
4关键技术及创新点
采用不同厚度钢板加工钻孔样板，使钻孔样板与零件表面更容易贴合，使钻孔更加精确；根据零件的不同类型，决定钻孔样板是否镶钻套，使钻孔样板更加适合不同类型的零件装配钻孔，延长类钻孔样板的使用寿命；通过适当的比例缩放或补加方式，消除了钻孔样板在镶钻套后可能会出现的应力集中、膨胀变形等现象。
结束语
飞机装配过程中采用样板进行钻孔，是飞机制造行业由传统手工制造向数字化设计、制造的一种转变，本次钻孔样板在装配过程中的应用效果较好，为各个机型新机研制提供了技术支持。目前钻孔样板已经大面积的应用到了飞机的装配工作中，数个型号大批量钻孔样板已经得到应用，效果良好，降低了时间和人员的浪费70%以上。后续钻孔样板会应用到更多机型的装配工作中，也为我们完善钻孔样板的设计、制造、使用、维护提供了依据。
参考文献
[1]蔡继钊.飞机装配工装与工装设计的关键技术研究[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2018(09):136-137.
[2]杜聚华.飞机柔性装配工装关键技术及发展趋势分析[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2018(09):138-139.
[3]朱永国,周结华,霍正书,张文博.基于虚拟仿真和综合案例的飞机装配工艺课程教学改革[J].西部素质教育,2018,4(16):167+169.
[4]杜聚华.基于精度控制的飞机装配设计与优化技术研究[J].中国新通信,2018,20(14):218-219.
[5]王裴岩,张桂平,翟顺龙,蔡东风.基于多核学习的装配工艺过程重用[J].计算机集成制造系统,2018,24(07):1850-1857.
[6]陈勇刚,王军,邹春喜,乔婷婷.精益生产方式在飞机部件装配中的应用[J].现代企业,2018(07):36-37.
论文作者:李旭成龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：钻孔论文; 样板论文; 零件论文; 飞机论文; 过程中论文; 加工论文; 方式论文; 《基层建设》2019年第28期论文;