肖海强飞机结构装配技术

1、科技学院班级:1381012姓名:肖海强学号: 138101230指导老师 :朱永国南昌航空大学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

2、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 ;

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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。

9、 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

10、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 34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

11、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,

12、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 -1050。基于上述原因,波音在研制 787客机的总装过程中采用了

13、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

14、(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、

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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 Prestwic

21、k 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

22、.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

23、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

24、(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

25、 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

26、, 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

27、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

28、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

29、。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

30、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,

31、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 1/101/4, 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

32、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, 具有重 要的理论意义和实用价值。 加工效率明显提高其中薄壁构件的加工效率提高 了 25%以上,刚性构件和支架类零件的加工效率提高 40%以上。 产品质量显著 改善通过参数优化, 以前加工中存在的缺陷得到了很好的解决, 产品合格率 提高近了 20%以上。 过去因零件薄壁处颤刀纹而造成壁厚超差的工件的产品合格 率仅为 50%,通过工艺参数优化,颤刀问题得到了解决,产品合

33、格率达到 90%以 上。 整体加工能力提升在原有设备和人力的前提下, 某项目的生产能力从 年产 5架机提升至 8架机以上的生产能力, 产品合格率也从过去的 70%提升至 90%以上。数控设备是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造业渗透而形成的机 电一体化产品 , 已成为现代航空航天制造业的主流制造设备 , 一般占设备总数的 40%以上。数控技术覆盖了机械制造技术、信息处理、加工、传输技术、自动控 制技术、伺服驱动技术、传感器技术、软件技术等领域。数控技术的发展趋势是 向智能化、网络化、集成化、数字化的方向发展。制造业不仅需要产品零件的高质量 , 同时还需要提高生产率、降低生产成本。高速加工技

34、术这一最有发展前途 和极具革命性的技术 , 已成为机加技术发展的主流方向。 如采用框中框 (BoxinBox结构和对称结构设计的大型龙门五坐标高速铣床 , 在航空航天制造业中得到了广 泛的应用 , 已成为航空航天器整体结构件的关键加工设备。由高速加工中心构成 的柔性加工单元取代了以往的专用生产线 , 实现了对航空航天器整体构件的高速 高效加工。采用五坐标联动高速加工中心进行整体结构件加工 , 可实现高速切削 和空间曲面控制能力的综合优势。二、复合材料及其成形技术 了广泛深入研究, 取得了大量有工程应用价值的研究成果, 具体体现在新设计飞 机主要承力部件大量应用先进复合材料结构, 如 A380复

35、合材料中央机翼、 A400M 复材翼面与机身、波音 787复合材料机翼等。 A400M 的复合材料机翼结构复材结构在 A380上的应用: A380飞机已经交付数家用户,其优良性能和 舒适性被广为称道。复材用于该机的部件有中央翼盒结构,尾翼结构,襟翼、副 翼结构,扰流板结构,机身上壁板、机身地板梁(跨度 6m 、机身后体球框 (6.2m×5.5m,树脂膜溶塑成型工艺 RFI 、整流罩结构等。 A380的复材用量约 占结构重量 25%,其最大设计特点就是首次将复材用于中央翼盒,并达到减重1.5t 的效果。 另外它的碳纤维复材水平尾翼整体油箱的结构半展长达到 19m , 超 过了 A320

36、 的机翼半展长,号称是世界上正在飞行的最大复材整体油箱。机身上 使用的 Glare 层板达到 470m2,与传统铝合金相比,减重 25%以上,疲劳寿命提 高 1015倍。 垂尾前缘更是使用长达 14m 的 Glare 层板结构, 大型整体结构的使 用可见一斑。复材结构在波音787上的应用 :该机的主要结构均为复材结构,其复材用量 占全机重量 50%,最有里程牌意义的是使用了复材机翼、机身结构,并在结构维护上做出了实质性进展, 其目标是做到比传统结构的波音 767降低使用维护成本 30%。同时, TiGr 层板(碳纤维增强的钛板 、耐高温复合材料结构也在机翼前 缘、发动机吊舱上获得应用。复合材料

37、本身就是在与高性能轻质铝合金的竞争中前进的, 经常是此消彼长, 难分伯仲,特别是 7000系列高纯度铝合金,对其竞争之势不可小视,如 7150高强铝合金拉伸强度达到 560MPa 以上, 常规性能比目前采用的高强铝合金高 10%以上, 而且具有优良的综合使用性能, 在飞机上使用可带来明显的结构效益。 多 家研究表明, 7075铝合金用于制造机翼上壁板的优势,是当下高性能复合材料 不能取代的,这就是说,单单对于机翼上壁板,再好的设计师,以目前的复材体 系是不能够设计出在重量上低于 7000系列铝合金材料的机翼上壁板。纵观波音 与空客复材飞机结构,相比之下, A380使用复材结构更为慎重,以继承发

38、展为 主, 将全复材中央翼盒用在了高湿区与避免冲击的飞机部位 (上有机身包围, 下 有机身整流罩保护 ;而波音 787使用复材结构则是以全面创新性为主,其核心 是基于高强度、 中模量碳纤维与高韧性树脂材料的结构。 设计理念较为大胆前瞻, 但近代飞机发展研究的型号很多, 最后经过用户的使用筛选留下来, 形成大批量 机队的才是成功的机型。除了军用飞机上大量使用复合材料外 , 复合材料在民用飞机上的用量也越来 越大 , 如 A380的机身后段 (如图 16所示 , 波音 787飞机的机翼和各机身段等都采 用了复合材料及整体成形技术 , 它们不但可以大幅度减少零件、紧固件和模具的 数量 , 简化工装

39、, 减轻结构质量 , 同时也可以大大降低制造成本。 因此 , 复合材料及 其成形技术已成为现代飞机制造中的一项关键技术。 图 1-6A380的复合材料机身后段由于复合材料结构制造方法和工艺过程与金属结构件截然不同 , 构件的性能 设计与部件设计需一次完成。因此 , 大型飞行器复合材料构件的 CAD/CAM技术、 新型固化模具、 大型计算机控制的固化设备、 固化工艺、固化监控技术及计算机实时控制固化工序是复合材料构件制造中的关键技术。 三、复材结构的数字化钻孔和连接技术 在复材部件的装配中， 一般采用机械连接或胶接的方法将复合材料构件或复 合材料构件与金属零件装配在一起形成部件。由于复合材料构件

40、的特殊性，它的 连接方法与金属零件的装配方法也有所不同。 787 客机的结构材料有 50%是复合材料，机身的大部段壳体基本上都是复合 材料的。考虑到复材机体结构的特殊性，钻孔时材料层间容易劈裂，而且又不适 宜敲打，所以它们的连接不能用一般的铆接技术来实现；另一方面，考虑到 787 客机的生产批量大， 有数量巨大的孔需要钻制，所以波音和合作伙伴研制了专用 的自动化钻孔铆接设备和相关的工艺技术， 以此来确保 787 客机的装配连接质量 和速率，同时保持低的成本 四、整体结构件的加工成形技术 随着飞机飞行速度的提高,现代很多飞机都采用半硬壳式或硬壳式结构,这 些结构的主要零部件大多采用整体结构件。例

41、如,EF2000 的中机身蒙皮就是一个 结构高度一体化、 高承力的复合材料整体硬壳式结构 B737-700 的水平尾翼、 梁、 框、肋和壁板等也大量采用了整体结构。飞机机体大量采用整体结构后,对飞机 的整个制造技术和制造过程产生了重大影响。 整体结构的制造有利于全面采用先 进的数字化技术进行结构件和工装的三维实体数字建模,并进行数字预装配、数 控加工编程、加工过程模拟、工件的数字测量和检验,以及装配型架的计算机辅 助定位安装等工作。 从而使飞机的互换协调工作、工装夹具的设计与安装以及飞 机的装配等工作进一步简化。 飞机外形的协调和零部件的互换将由原来主要依靠 成形模具和装配夹具来保证,逐步过渡到主要依靠零部件自身的形状和尺寸的加 工准确度和计算机辅助定位安装来实现。因此,整体结构件的加工成形技术是现 代飞机制造技术中的重要课题。 大型整体构件制造技术需要制造巨