现代飞机装配技术_知识要点

一、绪论

1、飞机装配定义：根据尺寸协调原则，将飞机零件或组件按照设计和技术要求进行组合、连接形成更高一级的装配件或整机的过程。

2、飞机装配发展历程：人工装配、半自动化装配、自动化装配。

3、飞机结构特点：零件多、尺寸大、刚度小、外形复杂、精度要求高。其装配具有与一般机械产品不同的技术和特点。

4、现代飞机装配技术发展趋势：

（1）柔性化：工装和设备适合多种机型或零部件。

（2）自动化：高效自动化装配，具体体现为零部件自动化定位调姿、自动化制孔等。 （3）数字化：高精度数字量传递。

（4）集成化：工艺、工装、设备紧密集成为有机整体。

二、数字化制造

1、数字化制造和传统制造的最大区别：

（1）改模拟量传递为数字量传递。

（2）把串行工作模式变为并行工作模式。

2、飞机数字化特点：缩短产品研制周期，提高产品质量，降低研制成本。

2、国外飞机数字化技术发展3个历程：

部件数字样机阶段 全机数字样机阶段 数字化生产方式阶段 1986——1992 1990——1995 1996——2003

3、

4、飞机数字化制造的3个内容：CAD绘图技术、CAD建模技术、MBD技术。

5、数字样机的主要内容：

（1）1级数字样机：飞机产品设计从用户的需求开始。飞机总体设计组经过对飞机的航程、所需燃油、载客量、总体性能及制造成本进行分析后，得出的数据就作为进行初步产品数字建模的依据。建立飞机总体定义包括飞机的描述文档、三面图、外形气动布局和飞机内部轮廓图（DIP）。

（2）2级数字样机：在生产设计数据集发放之前，为工程部门用来进一步进行产品开发，验证设计构型等。已经用它对飞机结构设计和不同设计组之间的界面进行了协调，零部件外形已经确定下来，但还未进行详细设计。在这阶段数字化预装配（DPA）的工作进展主要体现在为飞机的可维护性、可靠性、人机工程以及支持装备的兼容性等进行了尽可能的详细设计，但尚未进行详细的装配和安装设计。工艺装备设计以及描述装配顺序的工艺计划正在进行中。

（3）3级数字样机：这阶段，对详细设计零部件进行完整的数字化预装配，诸如对飞机上的管道系统、控制电缆等制造和安装进行最后计算机描述。完成了最后阶段的数字化预装配设计工作，使所有的工程数据在发放前即可解决它们之间的干涉。

6、主尺寸表面MDS、数字内部轮廓模型DIP构成的飞机数字化产品定义

7、主尺寸表面MDS：即飞机的外形数学模型。它可以直接起到三维飞机模线的作用；用

于三维飞机零组件的定义构形；用于后续的制造、工装设计等环节。

8、关键特性：对零组件不可能按指定的尺寸正确无误地制造出来，制造出的零件尺寸一般在所标尺寸的允许公差范围内。这些公差就是零组件的关键特性。其是反映产品几何外形

要求的信息，通常以公差、轮廓度、位置度等形式的信息出现。

9、MBD技术定义：MBD数据集集成了原来见于图纸上的公差等信息，依靠一系列的标准规范将这些信息集成在3维的CAD模型文件当中。

10、MBD数据集组成：相关设计数据、实体模型、零件坐标系统、三维标注尺寸公差和注释、工程注释、材料要求等。

11、MBD技术意义：定义数据统一、提高工程质量、减少零件设计准备时间、电子化的存储和传递、协调性好、减少成本、易派生出平面信息。

三、装配协调与容差分配

1、制造准确度和协调准确度

（1）制造准确度：飞机零件、组合件或部件的实际尺寸与图纸上所规定的名义尺寸相符合的程度。

（2）协调准确度：两个飞机零件、组合件或部件之间相配合部位的实际几何形状和尺寸相符合的程度

（3）区别：前者取决于各部件的单独制造误差，后者取决于配合的各部件的单独制造误差的综合数值，与配合部分制造过程的相互联系有关。

2、互换与协调

（1）互换性：指相互配合的飞机结构单元在分别制造后进行装配或安装时，除设计规定的调整外，不需选配和补充加工即能满足所有几何尺寸、形位参数和物理功能上的要求。只对同一飞机结构单元而言的。

（2）协调性：指两个或多个相互配合或对接的飞机结构单元之间、飞机结构单元与它们的工艺装备之间、成套的工装之间，配合尺寸和形状的一致性程度。其仅指几何参数而言。 （3）联系和区别：互换的一定是协调的，协调的不一定是互换的。

3、飞机制造协调过程中的尺寸传递原则

（1）制造原则 优点：便于组织生产，能平行制造零件，扩大了制造工作面，有利于缩短生产准备周期，便于开展广泛合作。

缺点：为达到协调准确度要求，必须对制造准确度提出更高要求。 使用范围：形状简单的零件，如起落架等。 （2）相互联系制造原则

优点：利用尺寸传递的公共环节，显著提高零件之间的协调准确度。

缺点：生产中使用的工装都必须按照一定的协调关系依次制造，加长生产周期。 适用范围：与复杂气动外形有关的零件。 （3）相互修配制造原则

优点：能保证零件之间有很好的协调性。

缺点：无法达到互换性要求，劳动量大，装配周期长。

适用范围：不要求零件有互换性，其他原则都不合理时。多用于试制。

4、计算机辅助公差技术（ＣＡＴ）定义：在机械产品的设计、加工、装配、检测等过程中，利用计算机对产品及其零部件的尺寸和公差进行并行优化和监控，争取以最低的成本，设计并制造出满足用户精度要求的产品。

4、ＣＡＴ技术主要研究内容：

（１）公差建模：集合形状、尺寸及其公差的计算机表示。基本要求是完整性、兼容性、可计算性、有效性。

（２）公差分析：对包含零件公差与装配公差的装配模型进行分析，检验公差的合理性。方

法有极限法、概率法等。 （３）公差分配：保证产品装配技术要求下确定尺寸链各组成环经济的公差。模型有加工成本模型、装配失效模型等。方法有近似法、装配成功率法等。

７、工艺容差（简称容差）：指在飞机制造中，工艺装备和产品零部件的尺寸和形位公差。包括：公差带中点值和公差带宽度。

８、容差分配（容差设计）：指在飞机制造中，根据生产工艺条件把反映关键质量特性的产品设计公差合理地分配到制造相关的工艺装备和各道工序中。

四、飞机装配工艺设计（工艺设计 数字化预装配）

１、飞机装配工艺流程设计中，最核心的内容是装配工艺划分，基础是公差物料表（Ｅ－ＢＯＭ）。

２、装配工艺设计的主要内容，几个典型的划分步骤。

（１）对整个装配任务进行划分，将其分为多个区域控制码（ＡＣＣ）。ＡＣＣ中包含了大人物对应的站位。

（２）对每个ＡＣＣ划分，分为多个工位（ＰＯＳ）。 （３）对每个ＰＯＳ的工作内容指定出工作（ＪＯＢ），ＪＯＢ对应ＰＯＳ中的一项工作，其中定义了工序（ＳＴＥＰ）。

（４）对每个ＳＴＥＰ，定义工序中的各个工步。

3、物料清单（BOM）定义：又称为产品结构表或产品结构树，是所有与生产有关的无聊的总称。BOM作用与计算机识别物料、编制计划成本计算等。 4、企业三种主要的BOM表

EBOM 设计 确定零部件的关系 PBOM 工艺 工艺规划、加工归属计划分工表

MBOM 制造 主要按照装配顺序流程来确定

5、制造计划：对工艺流程站位、工作内容、工装等信息作了规定，包括AO的数量。 6、装配大纲（AO）：是由装配工艺部门编制的生产性工艺文件，用以批准某一具体产品的装配任务。该产品需要一个单独的可说明的检验记录，汇编有任务说明，工程图纸及其版次，零件名称和零件号，工装要求等信息。

7、虚拟设计技术内容：工程分析、虚拟制样、网络化协同设计、数字化预装配及设计参数的交互式可视化等。

8、虚拟设计技术主要特征：沉浸性、简便性、多信息渠道、多交互手段、实时性。

9、数字样机工程分析的主要内容：空间结构分析、运动分析、装配模拟分析、人机工程、数字样机的优化、重量分析、维修性模拟、工艺性评估。

10、数字化预装配的主要内容：装配模型信息、装配序列规划、装配路径规划、数字化预装配中的碰撞、干涉检查、可装配性评价。 11、DMU装配路径规划两种实现方法

（1）一种是借助CATIA的现有功能模块进行动态拆卸，并将整个动态拆卸过程中的安全可达装配路径记录下来，然后通过逆向得到装配过程，然后将装配过程生成Replay的动态装配形式，进行装配仿真演示并保存。

（2）一种是利用CATIA的DMU Check模块中的Path Finder功能，自动寻找装配路径。 （3）比较：前者整个过程需要人工干预，路径的安全可达受认为因素影响较大，工作量大，优点是可靠正确率高。第二种是一种自动化程度较高的安全路径寻找方法，整个过程只需要确定路径的起点和终点，无需人工干预即可生成安全的装配路径，缺点是计算量大、计算时

间长，尤其对于起点和终点间有障碍物的情况，其次对于复杂外形的零件难以找到安全路径，有时还会发生搜索失败。

12、PPR（Product，Process，Resource）是建立产品设计与生产工艺之间的关联。通过统一的数据库环境，把围绕着生产工程的各个领域环节的内容有机地集成在一起，形成PPR的制造工程数学模型。

13、PPR的作用：PPR包含了产品从设计到制造过程中的所有信息，确保CATIA/ENOVIA/DELMIA三者的有效集成，保证了EBOM和MBOM的统一管理，同时此PPR数据能够为整个企业共享；除了可以验证产品的可制造性、可维护性外，同时在产品的实际生产前充分地验证生产工艺，以保证首件的合格率，大大减少制造成本；更改管理，数据一致性，产品设计的改变很容易地被反映到工艺设计。 14、DELMIA按功能模块划分为：QUEST 、DPE、DPM。

五、飞机装配定位方法

1、设计分离面和工艺分离面;

（1）设计分离面是根据构造上和使用上的要求而确定的分离面。都采用可卸连接（如螺栓连接、铰链接合等），而且一般要求它们具有互换性。

（2）工艺分离面是由于生产上的需要。为了合理地满足工艺过程的要求，按不见进行工艺分解而划分出来的分离面。工艺分离面之间一般都采用不可卸连接（如铆接、胶结、焊接等） 装配成部件后．这些分离面就消失了。 2、工艺分离面划分考虑的装配原则：

（1）分手装配原则：即一个部件的装配工作在较多的工作地点和工艺装备上进行。 （2）集中装配原则：即装配工作集中在少数工作地、在少量的工艺装备上进行。

3、飞机装配准确度包括：①部件气动力外形准确度；②部件内部组合件和零件的位置准确度；③部件之间接头配合的准确度；④部件间相对位置的准确度；⑤其它准确度要求。 a

5、装配工艺设计的主要内容，几个典型的划分步骤。  装配单元的划分

 确定装配基准和装配定位方法

 选择保证证准确度、互换性和装配协调的工艺方法  确定各装配元素的供应技术状态

 确定装配过程中的工序、工步组成及各构造元素的装配顺序  定所需的工具、设备和工艺装备  零件、标准件、材料的配套

 进行工作场地的工作布置------主要车间面积概算、原始资料的准备 6、飞机装配的定位方法及比较（参见讲义P29表3.3.1）

六、飞机装配连接方法

1、铆接、螺接、胶接、焊接等工艺的特点及应用 （1）铆接：

优点：操作工艺容易掌握，质量便于检查，所用设备机动灵活，能适应比较复杂和不够开敞的结构，可应用于各种不同材料之间的连接。

缺点：结构上既削弱了强度又增加了重量，铆缝的疲劳性能较低；.变形比较大；蒙皮表面不够光滑；铆缝的密封性差；劳动强度大，工作生产率低。 （2）螺接：

优点：承力（拉力、剪力）；可卸 缺点：较重；

螺栓连接是飞机机体上广泛采用的一种可卸连接。特别是随着整体壁板的大量应用，螺栓连接比以前应用的更为广泛。 （3）胶接： 优点：

所形成的胶缝是连续的，应力分布均匀，耐疲劳性较好。

胶接未削弱基本金属的强度，也无铆钉头等的多余材料，它的结构效率较高。

胶缝表面光滑，没有铆钉头的凸起或点焊的凹陷，结构变形又较小，因而气动性能好。 胶缝本身具有良好的密封性，

适用于各种不同材料的连接以及厚度不等的多层结构的连接。 缺点：

胶接的剥离强度差； 胶接质量不够稳定，要求严格控制工艺过程和工作环境才能保证，又不易直接检验判断； 胶粘剂还存在老化问题，致使胶接强度降低。胶接接头还容易发生腐蚀、分层破坏； 不耐久。 应用：

起初用于蒙皮与桁条的连接；

广泛应用于蜂窝夹层结构和泡沫夹层结构；

现代直升机的旋翼桨叶，无例外地采用胶接结构； （4） 焊接 点焊：靠被夹紧在电极间的零件内部电阻和接触电阻所产生的热量，使零件间接触处局部加 热到熔化温度，断电后冷却结晶形成焊点。 优点：比强度高、焊点密封性好、耐高温；生产效率和工人劳动条件方面比铆接及胶接优越； 缺点：撕裂强度低；疲劳强度比铆接低；.检验焊点质量的方法复杂、效率低；铝合金焊接件不能进行阳极化处理而引起的表面保护问题；

应用：点焊已用在飞机受力较大的组合件和板件上，如舱门、框、肋等处。它已部分地代替铆接结构。 搅拌摩擦焊

优点：具有致密锻造细晶的焊缝组织和优异的接头性能；材料适用范围广，可以焊接平面直线结构、筒体纵环缝结构、二维结构、空间结构等；高效、低应力小变形焊接技术；焊接质量稳定一致性极高；

搅拌摩擦焊用于飞机制造的优越性：

为飞机设计提供新的方法和途径：可以焊接所有型号的铝合金；可以实现异种材料的连接；可以实现不同材料状态的连接；

降低系统制造成本、减重：代替铆接和螺栓连接；减少库存和零件数量；减少装配时间；提高生产效率；

提高飞机制造效率：用单结构代替多结构；用整体成型代替多零件装配；易于实现自动化。 激光焊：利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。

优点：1.不需要在真空中进行，精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接；2.能应用于很多金属，能解决一些难焊金属及

异种金属的焊接；3.焊接结构变形小；4.空间焊缝可达性好；5.效率高；6.有利于结构减重； 缺点：穿透力不如电子束焊强。

2.按照用途划分，铆接连接有哪些种类？普通铆钉的连接；无头铆钉的干涉配合铆接；密封铆接；特种铆钉的铆接。

其中特种铆钉的铆接：单面铆接的铆钉；高抗剪的铆钉；环槽铆钉；钛合金铆钉。 3.铆接的一般工艺过程；制孔/制埋头窝、插钉、铆接。 4.铆接连接中的缺陷种类、产生原因和排除方法；

（1）沉头铆钉头凹进零件表面，窝锪的太深或铆钉头高度太小，更换铆钉或加大铆钉。（2）沉头铆钉头凸出零件表面过大，窝锪的太 浅或铆钉头高度太大，更换铆钉重新锪窝。（3）铆钉头与钉窝之间有间隙，角度不一致或钉窝偏斜；用大一号铆钉重新锪窝铆接。

（4）铆钉墩头直径过小；铆钉长度不够，孔径过大，铆接力不够；更换铆钉或补铆。 5.保证孔位置精度和垂直度的方法和工具；

（1）保证孔位置精度方法：划线定位；按导孔定位；按样板定位；钻模板定位（和样板组合）；测量定位;

（2）保证垂直度（法向制孔）的方法;目测;钻模保证;自动化设备保证; （3）工具：钻模套、钻模板、蛋形杯、激光测距传感器等; 6.铆接的分类和优缺点。正铆和反铆;

锤铆:正铆法—顶铁顶住铆钉制成头，铆克打在铆钉钉杆上形成铆成头。 反铆法—顶铁顶住铆钉顶杆，铆克打在铆钉制成头上形成铆成头。 压铆是利用压铆机的静压力使铆钉杆胀粗并形成镦头。

优点：压铆时无噪声和振动，钉杆镦粗比较均匀，工件的铆接变形较小，连接强度比锤铆约高2％～3％。铆接质量稳定，生产率高。

因此生产上应尽可能多用压铆，要求提高压铆率; 缺点：要求工件结构的开敞性; 7.干涉配合铆接的特点（优点）;

1.使钉杆均匀镦粗，对孔壁的挤压力，在整个钉孔中比较均匀，形成均匀的干涉配合，即过盈配合。改善了强度和密封性。

2.在外载荷作用下，由于干涉配合在孔边缘处产生的预应力，使该处切向拉应力显著降低；而且铆钉与钉孔接触面上产生较大摩擦力，

承担了一部分外载荷，钉杆对孔壁的支撑作用，改善了钉孔的受力状态；再加上钉杆均匀镦粗对孔壁挤压强化。因此推迟了初始裂纹

的产生，降低了细微裂纹的扩展速度，从而显著提高了铆缝的疲劳寿命． 8.蜂窝夹层的制造方法; 成型法拉伸