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先進飛機裝配技術(shù)及發(fā)展
發(fā)布時間：2014-01-11
來源：北京航空制造工程研究所 劉善國
瀏覽量：29676
      飛機裝配是根據(jù)尺寸協(xié)調(diào)原則，將飛機零件或組件按照設(shè)計和技術(shù)要求進行組合、連接形成更高一級的裝配件或整機的過程。社會的需求、市場競爭及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動著飛機裝配技術(shù)不斷向更高水平演進。迄今為止，飛機裝配技術(shù)已經(jīng)歷了從人工裝配、半自動化裝配到自動化裝配的發(fā)展歷程，目前快速發(fā)展的柔性裝配將自動化裝配技術(shù)推向了一飛機裝配技術(shù)已經(jīng)歷了從人工裝配、半自動化裝配到自 動化裝配的發(fā)展歷程，目前快速發(fā)展的柔性裝配將自動 化裝配技術(shù)推向了一個新的高度。
      近10余年來，國外飛機裝配技術(shù) 發(fā)展迅速，以B777、A340、A380、 F-22、F-35等為代表的新型軍、民機集中反映了國外飛機制造技術(shù)的現(xiàn) 狀和發(fā)展趨勢，在裝配技術(shù)上基于單 一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體 系，實施數(shù)字化尺寸工程技術(shù)，通過裝配仿真實現(xiàn)裝配過程優(yōu)化，應(yīng)用柔 性模塊化的工裝 技術(shù)、加工和檢測單元并集成應(yīng) 用為一系列的自動化裝配系統(tǒng)進 行機體結(jié)構(gòu)的自動化裝配，大量米用了長壽命連接技術(shù)，實現(xiàn)了長壽命飛機結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量、高效率裝配。下面分別從自動化裝配工裝、自自動化裝配單元、自動化裝配系統(tǒng)、自動制孔、自動鉆鉚、裝配檢測、數(shù)字化裝配管理 技術(shù)等方面來介紹國外先進裝配技術(shù)。
1、自動化裝配工裝技術(shù)
與傳統(tǒng)的裝配工裝不同，國外裝 配工裝已經(jīng)發(fā)展成數(shù)控自動化工裝，主要包括行列式柔性裝配工裝、多點成形真空吸盤式柔性裝配工裝、分散式機身柔性裝配工裝、自動對接平合等幾類，它們具有模塊化、數(shù)字化和自動化的特點。
（1） 行列式柔性裝配工裝
行列式柔性裝配工裝包括壁板工裝和翼梁工裝。前者用于空客系列民機的機翼壁板的裝配，后者用于波音 飛機如 B-737、B-777、C一 17 等飛 機翼梁的裝配?？湛蜋C翼壁板柔性裝 配工裝可完成A330/340、A319/ 320/321 /A300系列飛機的機翼壁板 的裝配。最新的A380飛機也采用了此類裝配工裝。
（2）多點陣成形真空吸盤式柔性 裝配工裝
多點陣成形真空吸盤式柔性裝配工裝由一組立柱吸盤組成，吸盤在程序控制下可進行三維移動定位，生成與裝配件曲面完全符合并均勻分布的吸附點陣，能精確、可靠地定位和夾持壁板。當(dāng)產(chǎn)品外形發(fā)生變化時，吸附點陣布局自動進行調(diào)整，可以適應(yīng)不同的裝配件外形。自上世紀(jì)90年代初開始，這種基于多點陣成形真空吸盤式柔性裝配工裝技術(shù)已廣泛應(yīng)用于戴姆勒一奔馳宇航、波音、麥道、格魯門、英宇航、CASA、EADS/空 客、龐巴迪宇航等公司軍、民用飛機的柔性裝配和生產(chǎn)中
(1) 機身分散式柔性裝配工裝。
      分散式機身柔性裝配工裝基于激光跟蹤定位，并由CNC控制的一組 工裝單元組成，消除了傳統(tǒng)大型裝配 型架的應(yīng)用，促進了裝配的自動化和柔性，具有結(jié)構(gòu)簡單、開敞性好、占地面積小、可重組等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大型飛機機身的裝配制造。
(2) 自動化對接平臺
      自動化對接平臺由計算機控制的 自動化千斤頂（或定位器）、激光測量系統(tǒng)和平臺控制系統(tǒng)組成。與傳統(tǒng)對接平臺相比，機質(zhì)量大幅提高，效率高，周期短，通用性強，能 適應(yīng)不同尺寸的機身機翼結(jié)構(gòu)。
2自動化裝配單元技術(shù)
      國外大型民機結(jié)構(gòu)廣泛采用自動化裝配工藝，其基礎(chǔ)是數(shù)控工裝、家共和檢測單元、數(shù)字化定位等技術(shù)。加工單元主要包括制孔單元、孔強化單元、自動注膠單元、自動送料單元、緊固件插入單元、環(huán)槽釘 安裝單元、抽釘安裝單元、焊接單元等；檢測單元包括照相測量孔定位單元、法線檢測單元、孔檢測單元等
（1）制孔單元用于對結(jié)構(gòu)進行鉆孔和锪窩。制孔單元一般由鉆孔主 軸、鉆夾頭、位置反饋線性編碼器、 伺服進給機構(gòu)、安全機構(gòu)等組成。
（2）孔強化單元通過芯棒對開縫襯套的脹形實現(xiàn)對孔的擠壓，完成孔強化，以提高連接孔的耐疲勞性能?？讖娀瘑卧饕擅绹诩夹g(shù)（FTI）公司開發(fā)。
（3）自動注膠單元用于鉚釘或螺 栓安裝前將一定量的密封膠注入孔內(nèi) (從沉頭窩一側(cè))，注膠時通過轉(zhuǎn)動實 現(xiàn)密封膠在孔內(nèi)的均勻涂敷。
（4）自動送料單元用于完成緊固 件的自動送料，有料斗式和提箱式2 種類型。提箱式送料單元包括離線式 緊固件填充站、緊固件存儲箱、送料 自動選擇裝置、提箱手動清理裝置等 幾個部分。提箱式送料單元可以完成 無頭鉚釘、環(huán)槽釘、沉頭鉚釘、凸頭鉚釘和環(huán)圈等的自動送料。
（5）緊固件插入單元用于測量緊 固件長度、插入間隙型緊固件和安裝 干涉型緊固件。緊固件插入單元的主 要組件有用于送料的供料頭、帶編碼器的氣缸、插入和安裝的驅(qū)動器等， 通過線性光柵編碼器（光刻尺）進行 軸向定位，對緊固件的插入過程進行 監(jiān)控和確認，實時反饋緊固件的長 度、方位、直徑、干涉水平和安裝速度等信息。
（6）鉚接單元分傳統(tǒng)的液壓式壓 鉚單元、新型電磁鉚接和電動鉚接單元3種。元動力頭輕巧， 鉚接效率髙，鉚接千涉量均勻。電動 鉚接單元采用滾柱絲杠伺服進給技術(shù) 實現(xiàn)鉚接，具有高精度、高重復(fù)性且無油污染的特點。
（7）環(huán)槽釘安裝單元使用時先將 環(huán)槽釘插入，然后在釘尾一側(cè)自動安 裝環(huán)圈并實現(xiàn)鉚接助 電磁鉚接技術(shù)實現(xiàn)了環(huán)圈的自動安裝，該技術(shù)普遍用于波音和空客大型民機壁板的自動化裝配。
（8）抽釘安裝單元用于復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)單面螺紋抽釘?shù)淖詣影惭b，已在 空客飛機復(fù)合材料平尾的自動化裝配中應(yīng)用。
（9）銑平單元用于銑平無頭鉚釘、 補償頭鉚釘、冠頭鉚釘?shù)瘸尚魏蟮尼?頭和單面抽釘安裝后的凸出部分，保證飛機的良好氣動外形。
（10）焊接單元用 于飛機金屬結(jié)構(gòu)的自 動化焊接裝配。目前應(yīng)用的先進技術(shù)有激 光焊接、攪拌摩擦焊 等。
（11）照相檢測單元用于通過機器視覺 顯示、確認和校準(zhǔn)加 工點的位置。
（12）法線檢測單元采用數(shù)個渦流傳感器或小型激光測 距儀進行多點測量以確定工件加工點 的法線，反饋至機床控制系統(tǒng)進行調(diào) 整以保證制孔的垂直度要求。
（13）孔檢測單元采用帶伺服驅(qū)動 的探針測量孔的直徑和同心度。檢測 中通過接近開關(guān)預(yù)防碰撞，保護壁板 或探針免受損害?？譖數(shù)據(jù)通過機器反饋以便識別超差情況。
3   自動化裝配系統(tǒng)
      國外飛機自動化裝配技術(shù)已從由單臺數(shù)控自動鉆鉚機和數(shù)控托架組成 的自動鉆鉚系統(tǒng)向由柔性裝配工裝、模塊化加工單元、數(shù)控定位系統(tǒng)(包 括機器人)、自動送料系統(tǒng)和數(shù)字化檢測系統(tǒng)等組成的柔性裝配系統(tǒng)發(fā) 展。柔性裝配系統(tǒng)主要包括機翼壁板 柔性裝配系統(tǒng)、翼梁柔性裝配系統(tǒng)、 復(fù)合材料尾翼柔性裝配系統(tǒng)、機身壁 板柔性裝配系統(tǒng)、機器人柔性裝配系統(tǒng)、機身環(huán)鉚自動裝配系統(tǒng)和自動對接平臺等。
(1)柔性壁板裝配系統(tǒng)已廣泛應(yīng) 用于空客系列飛機機翼壁板的裝配。 柔性翼梁裝配系統(tǒng)已用于大多數(shù)波音 民機翼梁大型構(gòu)件的自動化裝配，它集成了電磁鉚接技術(shù)和運動磁軛裝配及技術(shù)，其最新的發(fā)展是E 5 0 00 (ASAT4)C -17第四代自動化翼梁柔性裝配系統(tǒng)。上述柔性裝配系統(tǒng)的最 顯著特點是采用了電磁鉚接動力頭和 行列式高速柱陣柔性裝配工裝，能適 應(yīng)不同規(guī)格和尺寸的壁板或翼梁的柔 性裝配
（2）德國BROTJE公司開發(fā)的機身壁板用了自動環(huán)鉚 技術(shù)，在A380、B—737、C一 17等飛機機身壁板上得到了應(yīng)用。
(3) 復(fù)合材料升降舵柔性裝配系 統(tǒng)可完成后緣的測量和校準(zhǔn)、壁板鉆 孔和锪窩、鉚釘選擇和供給、注膠、 鉚接、壁板表面波紋度測量等過程。
(4)EI公司與空客英國公司聯(lián)合開發(fā)了一種機器人柔性裝配系統(tǒng)，用 于機翼壁板與骨架的裝配。該系統(tǒng)的 主要功能有：壓緊壁板、壁板厚度測 量、鉆孔、}檢測、插入，栓和環(huán)槽 釘并安裝公司開發(fā) 了一套用于A380尾翼扭力盒的自動化裝配的Tricept805虛擬軸機器人裝配系統(tǒng)(制孔和安裝單面緊固等)。 德國開發(fā)了一種用于復(fù)合材料機身裝 配的機器人裝配系統(tǒng)。
4自動制孔技術(shù)
現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)大量采用復(fù)合材 料、鈦合金等難加工材料，大型飛機 還對大尺寸孔的制備精度提出了更高 的要求，因此普遍采用了自動化柔性 制孔技術(shù)，以滿足結(jié)構(gòu)的長壽命、隱身、互換性的要求。自動制孔系統(tǒng)包 括機艙地板制孔系統(tǒng)、機翼壁板制孔 系統(tǒng)、長桁柔性制孔系統(tǒng)、柔性跟蹤 制孔單元、小型移動式自動制孔單 元、機器人制孔系統(tǒng)等。
5自動鉆鉚技術(shù)
自動鉆鉚技術(shù)從70年代起就普遍采用，目前國外飛機制造商仍有相當(dāng)大的裝配工作由常規(guī)的配有半自動 或全自動托架的、以液壓為動力的自動鉆鉚機完成，GEMCOR公司還開發(fā)了全電動鉚它依靠電動滾 柱絲桿線性動力頭提供壓力來完成鉚 接。用全電動鉚接取代液壓鉚接已成為自動鉆鉚機的發(fā)展趨勢。
6裝配的先進檢測和試驗技術(shù)
目前國外在裝配檢測和試驗方面 采用了激光跟蹤定位和幾何尺寸檢 測、復(fù)合材料裝配件的自動化無損探 傷、紅外照相檢測、飛機密封結(jié)構(gòu)先 進泄漏檢測等技術(shù)。
為了保證連接的質(zhì)量,提高機體 的疲勞壽命，提高 生產(chǎn)效率，國外 軍、民機普遍采用 自動化裝配技術(shù)，只是在自動化難以實現(xiàn)的情況下，部分采用人工裝 配。
根據(jù)國內(nèi)飛 機裝配技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，參考國外軍、民機自動化裝 配技術(shù)的總體應(yīng)用狀況,提出國內(nèi)飛 機裝配技術(shù)的發(fā)展建議：
（1）積極組織開發(fā)和配置自動托架系統(tǒng)，加強自動鉆鉚技術(shù)的研究， 提髙自動鉆鉚設(shè)備的應(yīng)用水平。
（2）發(fā)展柔性裝配技術(shù)，包括：
柔性裝配工裝技術(shù)
自動化加工單元技術(shù)
裝配自動化檢測技術(shù)；
自動化裝配系統(tǒng)集成技術(shù)；
裝配數(shù)字化定位技術(shù)
數(shù)字化裝配工工藝規(guī)劃技術(shù)
（3）以國內(nèi)研制為主，結(jié)合引進 國外先進技術(shù)，實現(xiàn)柔性裝配工裝、 加工單元和檢測單元的國產(chǎn)化，以滿足國內(nèi)航空工廠對飛機柔性裝配系統(tǒng) 所提出的大量需求。
 
 
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