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《飞机装配工艺学》课程报告

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南京航空航天大学金城学院

2011.1

目录

一、引言 (1)

二、飞机装配的基本内容和特点 (1)

三、飞机制造中的互换和协调 (4)

四、飞机铆接结构装配 (7)

五、飞机胶接工艺 (7)

六、飞机总装配及机场工作 (8)

七、飞机装配型架的设计 (8)

八、学习心得 (8)

一、引言

飞机机体制造要经过工艺准备、工艺装备的制造、毛坯的制备、零件的加工、装配和检测诸过程。飞机制造中采用不同于一般机械制造的协调技术(如模线样板工作法)和大量的工艺装备(如各种工夹具、模胎和型架等),以保证所制造的飞机具有准确的外形。工艺准备工作即包括制造中的协调方法和协调路线的确定（见协调技术），工艺装备的设计等。

飞机制造从零件加工到装配都有不同于一般机器制造的特点。

机体零件加工

飞机生产的批量小，生产中还要经常修改，所以飞机钣金零件(蒙皮、翼肋、框等)的制造力求用简单的模具。广泛应用橡皮成形、蒙皮拉形、拉弯等钣金成形技术，尽量采用塑料制造成形模具。现代飞机尺寸增大，蒙皮厚度增加，以及成形性能较差的钛合金、铍合金、不锈钢板材的应用，对钣金成形技术提出更高的要求。不断使用各种大尺寸、大功率的型材拉弯机、蒙皮拉型机、强力旋压机和压力超过100兆帕(约1000公斤力/厘米2)的橡皮成形压床。同时一些新的加工方法，如超塑性成形、加热成形、真空蠕变成形、半模或无模成形技术不断涌现。

现代飞机上广泛应用的大型整体结构件，如机翼整体壁板、翼梁、加强框等，它们形状复杂、切削加工量大、自身刚度差，需要在工作台面很大（有的长达数十米）的、带有多个高速铣削头的现代数控铣床上加工。整体壁板的加工还需带真空吸盘的大面积工作台（见整体壁板制造）。加工立体形状复杂的大型框架，如座舱风挡骨架、舱门、窗框等，还需要采用多坐标联动的数控铣床或立体靠模铣床（见数控加工）。此外，为加工切削性能不好的材料和形状复杂的零件，还广泛采用电加工、化学铣切等特种加工工艺。

复合材料在飞机结构上的应用日益增多，现已成功地用于制造舱门、舵面、垂直尾翼和直升机的旋翼。复合材料构件由高强度纤维与树脂复合，在模具中加温、加压制成。所用设备是自动铺带机、预浸带和预浸布成形机等。复合材料构件制造的关键问题是要控制构件的变形，要求细致研究铺层工艺、模压技术，并在加工中精确地控制温度和压力变化。

机体装配

飞机制造中装配工作量占直接制造（即不包括生产准备、工艺装备制造）工作量的50％～70％，现代飞机的零件连接方法以铆钉连接为主，在重要接头处还应用螺栓连接。这种连接方法简便可靠，但是钻孔、铆接多是手工操作，工作量很大。应用自动压铆机可以提高铆接生产率，改进铆接质量，同时也可改善装配工人的劳动条件。为了增加使用成组压铆的比例，要在构造上将飞机各部件分解成许多壁板件。

焊接

也是飞机制造中常用的连接工艺（见焊接技术）。熔焊用于起落架、发动机架等钢制件的连接。接触点焊和滚焊用于不锈钢和铝合金钣金件的连接。金属胶接用于制

造蜂窝结构。胶接制件表面光滑，疲劳特性好，但对于胶接面的准备、加温、加压控制都有严格要求。现代飞机制造中还广泛采用电子束焊、钛合金扩散连接、胶铆、胶接、螺接、胶接点焊等多种连接工艺。

飞机制造的机械化和自动化程度比较低，特别是飞机部件装配和总装工作，手工劳动是主要工作方式。加之飞机制造中要使用大量的成形模胎、模具、装配型架和供协调用的标准工艺装备（样板、标准样件等），使得生产准备工作十分繁重，飞机生产的周期比较长。应用计算机辅助设计和制造技术可以提高飞机生产的自动化程度，大量压缩生产准备工作量和缩短飞机生产的周期。

二、飞机装配的基本内容和特点

本章介绍飞机装配的基本概念，飞机装配的工作内容、过程，要解决的问题，飞机装配在飞机制造中的地位。结合飞机结构特点，阐述飞机装配和一般机械装配的区别。

飞机装配过程

飞机的制造过程和一般机器制造过程相同，可以划分为毛坯制造、零件加工、装配和试验四个阶段。飞机制造所用的毛坯和半成品，如锻件、铸件、板料、型材等种类繁多，根据现代化生产的协作原则，主要由外厂供应。飞机装配、安装中所需要的大量标准件，以及发动机、特种设备、仪表等等成品也是由专门工厂组织生产。飞机制造的水平，生产组织的基本形式反映了国家整个工业体系的发展水平，但是飞机的结构零件具有数量多，装配工作量大；重量轻，多采用薄壁结构和整体壁板件，尺寸大而刚度小等特点。这就要求飞机结构有良好的工艺性，便于加工、装配。工艺要求需要结合产品的产量、品种、需要的迫切性以及加工条件等综合考虑。

飞机装配和一般机械装配的区别：

由于使用目的和要求不同，飞机结构和一般的机械结构相比，具有自身的特殊要求。这些要求可以概括为：

?气动要求

?结构完整性

?最小重量要求

?使用维护要求

?工艺性要求

?材料要求

一）气动要求

当飞机结构与气动外形有关时，应保证构造外形满足总体设计规定的外形准确度；不容许机翼、尾翼、机身结构有过大变形，以保证飞机具有良好的气动升力、阻力特性以及具有良好的稳定性和操纵性。

二）结构完整性要求

飞机结构完整性是确保飞机安全寿命的重要条件之一，主要包括机体结构的强度、刚度、损伤容限及耐久性（疲劳安全寿命）等设计指标。

飞机结构完整性保证结构在承受各种规定的载荷状态下，具有足够的强度、不产生不能容许的残余变形；具有足够的刚度，以避免出现不能容许的气动弹性现象与共振现象；具有足够的寿命，防止结构失效等情况。

三）最小重量要求

飞机结构重量的要求，相对于其他地面工程来说，有其特殊的意义，结构重量上很小的差别就能影响飞机的性能。在满足飞机的空气动力要求和结构完整性的前提下，应使结构的重量尽可能轻，结构质量的减少，就意味着有效载荷、飞行速度和飞行距离的增加。合理的结构布局是减轻结构重量最主要的环节。

在保证飞机性能的前提下，结构重量减轻1％，可以减轻飞机总重3％～5％。因此，减轻结构重量是飞机设计和制造人员的重要使命，也是飞机型号研制成败的关键。世界上所有飞机设计和制造部门都有一个共同的口号，即“为减轻飞机的每一克重量而奋斗”。

（四）使用维护要求

当前，飞机的使用维护品质已成为衡量飞机性能的一项重要技术指标，维护成本低，或者无故障的飞行时间更长，意味着飞机的经济性会更好。良好的维修性可以提高飞机在使用中的安全可靠性和保障性，并可以有效降低保障和使用成本。飞机的各部分（包括主要结构和飞机内部的各个重要设备、系统），须分别按规定的周期进行检查、维护和修理，在结构上必须按照飞机维修方式（定检、小修、中修）来合理确定检查口盖的位置、数量及种类。同时，飞机良好的维修性也体现在结构上需要布置合理的分离面与各种舱口，在结构内部安排必要的检查和维修通道，增加结构的开敞性和可达性。

五）工艺性要求

飞机的结构零件具有数量多，装配工作量大；重量轻，多采用薄壁结构和整体壁板件，尺寸大而刚度小等特点。这就要求飞机结构有良好的工艺性，便于加工、装配。工艺要求需要结合产品的产量、品种、需要的迫切性以及加工条件等综合考虑。

（六）材料要求

在保证结构具有足够的刚度、强度及抗疲劳特性的情况下，为了满足结构重量要求，大量采用各种金属材料，如铝合金、镁铝合金、钛合金等。进入21世纪，随着飞机性能的逐步提高，飞机的结构已越来越广泛地采用复合材料结构，如芳纶-铝合金层板（ARALL），玻璃纤维-铝合金层板（GLARE）。在第四代战机F-22上复合材料用量约占飞机结构重量的40%，在787干线客机上的复合材料用量约为50%。

三、飞机制造中的互换和协调

本章首先引入飞机制造中互换和协调的概念，互换和协调的关系和不同。讨论常用的飞机典型协调原则、特点及其应用。结合模线样板标准样件工作法阐述飞机制造过程中的模拟量尺寸传递体系，分析其特点和局限性。

飞机制造中互换与协调的基本概念

飞机制造的互换协调是飞机制造技术的一个重要组成部分，也是飞机质量控制的重要内容。互换协调技术渗透在产品和工艺装备制造过程中，不仅涉及零件制造和结构装配技术，还与工艺装备的选定、设计、制造和使用维护密切相关。互换协调技术的发展有利于合理安排制造方法并促进制造技术的改进，制造技术的改进又推动飞机互换协调问题的解决。飞机制造中的互换与协调具体体现在制造过程及装配过程中。

飞机制造中的互换与协调包含着互换、协调两方面的内容。其中，互换性是批量生产的普遍要求，而协调性是飞机等复杂外形产品顺利装配的必要条件。

互换性是产品相互配合部分的结构属性，指同名零件、部（组）件，在分别制造后进行装配或安装时，除了设计规定的调整外，在几何尺寸、形位参数和物理、机械性能各方面不需要选配和补充加工就能相互取代而具有的一致性。 互换性（interchangeability ）是由Eli Whitney 在枪械制造过程中结合机器设备的发明而产生的一个重要制造理念，它要求在单个零件制造时严格一致，从而保证任意零件组合都可以很好地装配在一起，这就意味着即使非熟练工人也可以进行枪械的装配。互换性概念在制造业中一直沿用至今。

协调性（compatibility ）则是指两个或多个相互配合或对接的飞机结构单元之间，飞机结构单元及其工艺装备之间，成套的工艺装备之间，其几何尺寸和形位参数都能兼容而具有的一致性程度。具有互换性的零件、部（组）件相互间必定是协调的；协调性可通过互换性方法取得，也可通过非互换性方法（如修配）取得，即相互协调的零件、部（组）件不一定具有互换性。协调性是保证互换性的必要条件，只有在解决了结构元件之间协调性的基础上，才有条件全面深入地解决互换性问题，所以在飞机制造中通常把这两个不同概念的术语全称为互换协调。

飞机制造中的互换性（即完全互换性）是指，相互配合的飞机结构单元（部件、组件或零件）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（如切割、锉铣、钻铰、敲修等），即能满足所有几何尺寸、形位参数和物理功能上的要求。飞机制造中的互换性包括几何形状互换性和物理功能互换性两个方面的内容，它是由飞机结构和生产上的特点所决定的。互换性只是对同一飞机结构单元而言的。协调性则是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、成套的工艺装备之间，配合尺寸和形状的一致性程度。一致性程度越高，则其协调性越好，协调准确度越高。协调性仅指几何参数而言。具有互换性的零件（或组合件、段部件）其配合一定是协调的，反之，协调的零件（或组合件、段部件）不一定具有互换性。

飞机典型协调原则及特点

可以用一个联系因数K 来表示两个零件在尺寸传递过程中的联系紧密程度，即

)(221n n m K +=

式中：m ——尺寸传递中公共环节的数量；

n1、n2——零件A 、B 尺寸传递中各自环节的数量。

若m ＝1，则两个零件在尺寸传递中只有一个公共环节。此时K 值最小，相当于两个零件各自独立制造。随着m 值的增大，K 值亦增大，两个零件有关尺寸的联系愈加密切。若 ，则此时K 值最大，这表明两个零件相当于修配制造，协调性最佳。

基于这一原理，在生产中有3种不同原则LA 和LB 两个尺寸协调的过程，也即3种尺寸传递的过程：独立制造原则、相互联系原则和相互修配（或补偿）原则。

基于模拟量传递的互换协调方法

飞机机体由大量薄壁零件装配而成，它们的刚度小、尺寸大、形状复杂。同时飞机外形精度要求高，且要求互相协调，不便用通用量具来度量其外形尺寸，用一般机械制造中的公差制度无法保证零件互换和协调装配。因此，在飞机制造中，引用了传统造船业中的“放样技术”作为生产中传递几何形状和尺寸的原始依据，据此形成了飞机制造中保证互换性的方法—模线样板工作法，以保证制造出的各种工艺装备和零件互相协调，并能顺利地进行装配，制造出符合设计要求的飞机。

（一）理论模线

理论模线绘制是一个复杂的、反复协调的过程。它要完整、精确地控制部件的理论外形，保证部件理论外形的纵、横向的交点协调、流线光滑。直到部件的纵、横向外形都是光滑流线．相应的交点尺寸控制在严格公差之内。

部件外形的光滑流线通常是用目测法，即用眼观察曲线的光滑性。当纵向曲线比较平坦，难以正确判断曲线是否光滑时，可应用纵向尺寸按比例压缩，横向尺寸不变，绘出纵向曲线，这样可以容易发现平时不易发现的不光滑部位。 理论模线绘制的质量好坏直接影响飞机产品质量，为了确保飞机产品质量，对模线采取严格的绘制公差，通常在0.1～0.2mm 之间选取。由此可见，理论模线绘制是一个劳动量很大、质量要求很高和反复协调的过程。

121==n n

随着对飞机外形准确度要求的日益提高，用手工绘制理论模线的方法已不能满足生产发展需要。随着计算机的广泛采用，相应出现描述飞机外形曲线和曲面的“三次样条”、“B样条”、“孔斯（Coons）曲面”、“NURBS”等数学方法。借助计算机来处理数据和数值运算，大大简化了飞机外形协调工作。数控绘图机提高了模线绘制精度和绘制速度，使同一条曲线不能重复绘制的规定失去意义，借助数控绘图机对相同曲线可以任意重复绘制，因绘图机有较高的重复精度。

二）构造模线

构造模线是飞机部件某个切面1：1的结构装配图。构造模线绘制在带有部件某个切面的外形检验样板上（简称外检），如图所示。构造模线也可绘制在不加工出部件切面外形的金属图板上，称为检验图板。通常沿框、肋切面的结构，均绘制“外检”，非结构切面上的一些结构，均绘制在检验图板上。构造模线绘制内容有：设计基准线及该切面上全部零件的位置和几何形状。

四、飞机铆接结构装配

分别就飞机组件、板件装配和飞机段件、部件装配进行阐述。

五、飞机装配技术专题

就一个飞机装配相关技术专题进行阐述（可通过查阅相关资料撰写，内容不

限，连接方法，数字化装配，柔性工装等都可以，可以超出课堂讲解内容）。

六、飞机总装配及机场工作

阐述飞机总装配和机场车间工作的内容。

七、飞机装配型架的设计

阐述装配型架的功用及技术要求、装配型架设计的一般问题、型架骨架的构造、型架定位件和夹紧件的结构和类型等。

八、学习心得

参考文献

[1]作者1，作者2，作者3. 论文名称[J]，期刊名，年，卷（期）：页码-页码；

[2]作者. 著作名[M]，出版社城市：出版社，出版日期；

[3]……