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一、项目背景及意义
众所周知，飞机大部件对接是飞机结构制造中的重中之重，对于大飞机部件对接更是难题，大部件对接之所以难是因为大飞机部件几何尺寸大、自身的形变难以控制且受外界因素影响较多。对接过程中需同时协调装配的部位多，对大型运输机来说难度更大。其对接区由6块宽60mm的带板和90余根长桁连接飞机前中和中后三段，其中后对接完成后，后机身所有部件都处于悬空状态，对接区域的载荷集中较大。机身对接装配既要保证装配精度，又要保证主起落架交点孔、垂尾交点孔的位置以及货舱地板安装的平面度要求。
由于对接区域的制孔连接要求很高，用传统的手工制孔加工难以满足长寿命、高强度的连接。针对大飞机对接加工要求的特点经过充分论证采用“大部件对接面环形轨自动化制孔设备”来对对接部位进行精准加工，环形轨在机身上安装位置如图，环形轨自动制孔设备组成如图，充分保证了孔的加工质量，包括孔的位置度、垂直度以及孔精度等。我们是全国首例应用环形轨制孔系统完成大飞机部件对接，虽然相关技术相比发达国家来说仍有差距，但通过该项目研制和试用积累的经验及优化改进，对接制孔工作将能够完成的更好。此套系统的熟练使用，将会对我国的飞机大部件对接质量与数字化装配技术应用完成一个大的跨越，更是在飞机柔性装配领域完成从0到1、从无到有的突破。。
二、实施情况及主要做法
2.1. 环形轨制孔系统应用
由于国内行业中环形轨自动化制孔相关设备未能成功应用到飞机装配过程中，所以环形轨自动化制孔设备引进后，需要通过不断试验来找到合理的设备制孔相关参数。为了保证其能在后期成功应用到某型机机身对接面制孔中，通过与厂家共同针对设备制孔进行各项相关调试，实验，验证，确定制孔所需的参数、加工程序和工艺方法。在调试、试验过程中，通过现场跟进项目，与各位专家保持实时沟通交流，及时解决问题，以最快的速度熟悉掌握环形轨自动制孔设备在制孔时的各项操作要点及注意事项等。经过一个月的试验验证，最终完成了全部验证项目，包括制孔程序离线编程仿真验证、加工孔位确定、架外试刀台制孔程序验证、架外试刀台刀具验证、前后段定位安装、前后段描点和前后段加工等验证。
项目验证过程中，由于首次将环形轨自动制孔设备应用到产品机身对接面制孔上，对于前期确定的加工程序准确性、设备稳定性以及操作人员的操作技能提出严峻考验，必须满足制孔过程中无产品质量问题，同时要兼顾生产进度，保证飞机按时顺利交付。在环形軌设备制孔过程中，需要全程保持精神高度集中进行操作，同时实时完整地记录设备各项参数变化以及设备操作过程中遇到的问题和解决措施。在项目实施验证制孔过程中，出现了大量技术性难题，例如：
1）设备的安装定位
传统的自动化制孔设备类似于机床，设备安装在相应位置后，加工时设备位置保持不变，将待加工产品运送到自动制孔设备上完成加工制孔。而本项目中的环形轨自动制孔设备与之相反，环形轨在制孔准备工作时，需要保持待加工产品位置固定不变，环形轨下部通过气垫运输车运送至制孔区域相应位置，上部采用吊车吊运至制孔区域，然后环绕飞机机身对接面一周安装，对于安装操作有很高要求，设备的定位和安装精度直接影响产品加工的精度，环形轨上部安装时，如果相对于理论位置存在偏差，可能会导致整个环形轨道的扭曲、变形，最终造成设备损坏，产品加工出现质量问题。
起初制定方案时，考虑通过在上部轨道两侧加装激光射线，瞄准地面的靶标点完成定位，但实际操作中发现不仅吊车精度无法满足，而且每架机状态不完全一致，将地面作为定位基准无法满足定位要求。经过研究商讨后发现可以利用轨道中央的连杆与蒙皮对缝的相对关系进行定位，如图，实践证明此方法可行，最终顺利完成了设备的安装与定位工作。
2）加工文件编制
在产品描点过程中，发现有些预留给下道工序的孔位被纳入加工程序待加工，还有些可以进行加工的孔位未纳入加工程序，在重新统计了全机需要加工与不加工的孔位后，对全部24个站位的加工文件进行重新离线编程，生成满足工艺要求的加工文件，对接面孔位情况如图，加工文件孔位参数如图11。全机8000多个孔位一一核查，重新编程，在巨大工作压力与难度之下，圆满完成此项任务。
通过发现问题、解决问题，完全掌握了本项目中的环形轨自动制孔设备操作方法、全部知识点以及风险点，同时也对设备硬件有了更深了解，在后续产品加工过程中，出现故障时可以做到独立分析，查明原因，解决问题。
3.2环形轨制孔系统的改进
完成了全部验证项目并连续加工数架次后，在加工过程中，发现一系列设备软件或硬件存在的不足与故障高发点，并制定相应改进措施，如优化环轨定位安装方法、增加孔位整体偏移功能、加装急停按钮提高紧急制动能力、优化运动路径消除碰撞风险、改进刀具长度提升制孔效率、配套黑色定位钉提升探孔效率等。
1）优化环轨定位安装方法
定位安装方法优化之前通过轨道中央的连杆与飞机蒙皮对缝对齐方式完成定位，但在后续架次安装中发现这一定位方法存在空间位置无法测量、依靠目测准确度低，难以保证连杆的位置与蒙皮对缝的位置在航向上能完全对齐，容易导致环形轨安装定位不符合预期要求，造成整个轨道轻微扭曲、孔位大面积偏移等情况。
通过观察发现，环轨顶部前后各有一块与蒙皮接触起支撑作用的支撑胶块，支撑胶块在航向上对称处于蒙皮两侧，经过测量发现只要保证两块支撑胶块和蒙皮对缝的距离满足前段550mm±1mm、后段512mm±1mm，就能很好的保证安装精度，上部定位方法优化后如图。在和厂家沟通后认定此方案可行，经过后续架次安装定位验证，全部达到很好的安装精度，避免了设备轨道局部受力与孔位大面积整体偏移的情况出现。
2）增加孔位整体偏移功能
即使环形轨安装定位带来的大面积偏移问题得到解决，但由于相机标定问题与每架机产品差异情况存在，各站位仍然存在不同程度的孔位偏移情况，在硬件和产品已经定型无法更改的情况下，从软件和加工程序两方面考虑解决此问题。在和厂家沟通后优化了现有的操作软件，在其中增加了修改加工程序使其能在航向方向偏移，如图，对于后续架次飞机加工时，在每架次飞机制孔孔位描点结束后进行测量，再利用此功能修改加工程序进行孔位整体修正，最终彻底解决了孔位偏移的情况。
三、总体评价
在飞机装配领域中，连接孔的装配连接质量对飞机的使用寿命及安全性有着重要的影响，在国外柔性自动制孔技术和设备的研制应用已经达到了较高水平，而国内在这一领域仍处于起步阶段，虽然各大飞机制造厂商或相关研究所都相继采购了国内外各种环形轨制孔系统，但时至今日也仅有航空工业西飞机身装配厂一家单位完成了从验证到批量生产的转化。
通过项目实施，使设备利用率提高、产品质量稳定、设备和产品的加工安全系数提高、加工效率提高、加工周期缩短及其设备维保、人才培养、数字化装配团队建设都取得了长足进步，在项目实施过程中，对设备制孔的摸索、验证、改造积累了一套关于设备的应用、拓展、维护、管理经验，为机身装配厂乃至西飞公司日后的数字化装配发展都能起到借鉴与指导作用。虽然对数字化设备的应用到普及与传统装配相比仍然存在较大差距，以及与国外相对应企业相应技术存在差距，但未来数字化设备的应用一定为飞机装配的发展趋势，我们在数字化装备应用上所付出的努力将成为西飞后续数字化装配发展的基石。
众所周知，飞机大部件对接是飞机结构制造中的重中之重，对于大飞机部件对接更是难题，大部件对接之所以难是因为大飞机部件几何尺寸大、自身的形变难以控制且受外界因素影响较多。对接过程中需同时协调装配的部位多，对大型运输机来说难度更大。其对接区由6块宽60mm的带板和90余根长桁连接飞机前中和中后三段，其中后对接完成后，后机身所有部件都处于悬空状态，对接区域的载荷集中较大。机身对接装配既要保证装配精度，又要保证主起落架交点孔、垂尾交点孔的位置以及货舱地板安装的平面度要求。
由于对接区域的制孔连接要求很高，用传统的手工制孔加工难以满足长寿命、高强度的连接。针对大飞机对接加工要求的特点经过充分论证采用“大部件对接面环形轨自动化制孔设备”来对对接部位进行精准加工，环形轨在机身上安装位置如图，环形轨自动制孔设备组成如图，充分保证了孔的加工质量，包括孔的位置度、垂直度以及孔精度等。我们是全国首例应用环形轨制孔系统完成大飞机部件对接，虽然相关技术相比发达国家来说仍有差距，但通过该项目研制和试用积累的经验及优化改进，对接制孔工作将能够完成的更好。此套系统的熟练使用，将会对我国的飞机大部件对接质量与数字化装配技术应用完成一个大的跨越，更是在飞机柔性装配领域完成从0到1、从无到有的突破。。
二、实施情况及主要做法
2.1. 环形轨制孔系统应用
由于国内行业中环形轨自动化制孔相关设备未能成功应用到飞机装配过程中，所以环形轨自动化制孔设备引进后，需要通过不断试验来找到合理的设备制孔相关参数。为了保证其能在后期成功应用到某型机机身对接面制孔中，通过与厂家共同针对设备制孔进行各项相关调试，实验，验证，确定制孔所需的参数、加工程序和工艺方法。在调试、试验过程中，通过现场跟进项目，与各位专家保持实时沟通交流，及时解决问题，以最快的速度熟悉掌握环形轨自动制孔设备在制孔时的各项操作要点及注意事项等。经过一个月的试验验证，最终完成了全部验证项目，包括制孔程序离线编程仿真验证、加工孔位确定、架外试刀台制孔程序验证、架外试刀台刀具验证、前后段定位安装、前后段描点和前后段加工等验证。
项目验证过程中，由于首次将环形轨自动制孔设备应用到产品机身对接面制孔上，对于前期确定的加工程序准确性、设备稳定性以及操作人员的操作技能提出严峻考验，必须满足制孔过程中无产品质量问题，同时要兼顾生产进度，保证飞机按时顺利交付。在环形軌设备制孔过程中，需要全程保持精神高度集中进行操作，同时实时完整地记录设备各项参数变化以及设备操作过程中遇到的问题和解决措施。在项目实施验证制孔过程中，出现了大量技术性难题，例如：
1）设备的安装定位
传统的自动化制孔设备类似于机床，设备安装在相应位置后，加工时设备位置保持不变，将待加工产品运送到自动制孔设备上完成加工制孔。而本项目中的环形轨自动制孔设备与之相反，环形轨在制孔准备工作时，需要保持待加工产品位置固定不变，环形轨下部通过气垫运输车运送至制孔区域相应位置，上部采用吊车吊运至制孔区域，然后环绕飞机机身对接面一周安装，对于安装操作有很高要求，设备的定位和安装精度直接影响产品加工的精度，环形轨上部安装时，如果相对于理论位置存在偏差，可能会导致整个环形轨道的扭曲、变形，最终造成设备损坏，产品加工出现质量问题。
起初制定方案时，考虑通过在上部轨道两侧加装激光射线，瞄准地面的靶标点完成定位，但实际操作中发现不仅吊车精度无法满足，而且每架机状态不完全一致，将地面作为定位基准无法满足定位要求。经过研究商讨后发现可以利用轨道中央的连杆与蒙皮对缝的相对关系进行定位，如图，实践证明此方法可行，最终顺利完成了设备的安装与定位工作。
2）加工文件编制
在产品描点过程中，发现有些预留给下道工序的孔位被纳入加工程序待加工，还有些可以进行加工的孔位未纳入加工程序，在重新统计了全机需要加工与不加工的孔位后，对全部24个站位的加工文件进行重新离线编程，生成满足工艺要求的加工文件，对接面孔位情况如图，加工文件孔位参数如图11。全机8000多个孔位一一核查，重新编程，在巨大工作压力与难度之下，圆满完成此项任务。
通过发现问题、解决问题，完全掌握了本项目中的环形轨自动制孔设备操作方法、全部知识点以及风险点，同时也对设备硬件有了更深了解，在后续产品加工过程中，出现故障时可以做到独立分析，查明原因，解决问题。
3.2环形轨制孔系统的改进
完成了全部验证项目并连续加工数架次后，在加工过程中，发现一系列设备软件或硬件存在的不足与故障高发点，并制定相应改进措施，如优化环轨定位安装方法、增加孔位整体偏移功能、加装急停按钮提高紧急制动能力、优化运动路径消除碰撞风险、改进刀具长度提升制孔效率、配套黑色定位钉提升探孔效率等。
1）优化环轨定位安装方法
定位安装方法优化之前通过轨道中央的连杆与飞机蒙皮对缝对齐方式完成定位，但在后续架次安装中发现这一定位方法存在空间位置无法测量、依靠目测准确度低，难以保证连杆的位置与蒙皮对缝的位置在航向上能完全对齐，容易导致环形轨安装定位不符合预期要求，造成整个轨道轻微扭曲、孔位大面积偏移等情况。
通过观察发现，环轨顶部前后各有一块与蒙皮接触起支撑作用的支撑胶块，支撑胶块在航向上对称处于蒙皮两侧，经过测量发现只要保证两块支撑胶块和蒙皮对缝的距离满足前段550mm±1mm、后段512mm±1mm，就能很好的保证安装精度，上部定位方法优化后如图。在和厂家沟通后认定此方案可行，经过后续架次安装定位验证，全部达到很好的安装精度，避免了设备轨道局部受力与孔位大面积整体偏移的情况出现。
2）增加孔位整体偏移功能
即使环形轨安装定位带来的大面积偏移问题得到解决，但由于相机标定问题与每架机产品差异情况存在，各站位仍然存在不同程度的孔位偏移情况，在硬件和产品已经定型无法更改的情况下，从软件和加工程序两方面考虑解决此问题。在和厂家沟通后优化了现有的操作软件，在其中增加了修改加工程序使其能在航向方向偏移，如图，对于后续架次飞机加工时，在每架次飞机制孔孔位描点结束后进行测量，再利用此功能修改加工程序进行孔位整体修正，最终彻底解决了孔位偏移的情况。
三、总体评价
在飞机装配领域中，连接孔的装配连接质量对飞机的使用寿命及安全性有着重要的影响，在国外柔性自动制孔技术和设备的研制应用已经达到了较高水平，而国内在这一领域仍处于起步阶段，虽然各大飞机制造厂商或相关研究所都相继采购了国内外各种环形轨制孔系统，但时至今日也仅有航空工业西飞机身装配厂一家单位完成了从验证到批量生产的转化。
通过项目实施，使设备利用率提高、产品质量稳定、设备和产品的加工安全系数提高、加工效率提高、加工周期缩短及其设备维保、人才培养、数字化装配团队建设都取得了长足进步，在项目实施过程中，对设备制孔的摸索、验证、改造积累了一套关于设备的应用、拓展、维护、管理经验，为机身装配厂乃至西飞公司日后的数字化装配发展都能起到借鉴与指导作用。虽然对数字化设备的应用到普及与传统装配相比仍然存在较大差距，以及与国外相对应企业相应技术存在差距，但未来数字化设备的应用一定为飞机装配的发展趋势，我们在数字化装备应用上所付出的努力将成为西飞后续数字化装配发展的基石。