《先进的制造技术在航空领域的应用第8部分》由会员分享，可在线阅读，更多相关《先进的制造技术在航空领域的应用第8部分（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、章 飞机机构装配技术朝着自动化 柔性化方向发展 1 概论 通过对飞机产品三维数字化定义以及设计 制造协同等数字化技术的应用 推动了飞机 结构装配向数字化装配方向发展 在大型构件 装配中采用数字化装配技术 可简化型架 减 少包括型架在内的装配工装的使用 实现自动 化柔性装配 从而提高生产效率和装配质量 降低制造成本 缩短制造周期 2 3 飞机装配是根据尺寸协调原则 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 社会的 需求 市场竞争及相关技术的不断发展 推动 着飞机装配技术不断向更高水平演进 迄今为 止 飞机装配技术已经历了从人工装配 半自 动化装配到自动
2、化装配的发展历程 目前快速 发展的柔性装配将自动化装配技术推向了一个 新的高度 4 8 1国外先进装配技术的 发展状况 近10余年来 国外飞机装配技术发展迅速 以B777 A340 A380 F 22 F 35 等为代 表的新型军 民机集中反映了国外飞机制造技 术的现状和发展趋势 在装配技术上基于单一 产品数据源的数字量尺寸协调体系 实施数字 化尺寸工程技术 5 通过装配仿真实现装配过程优化 应用柔 性模块化的工装技术 加工和检测单元并集成 应用为一系列的自动化装配系统进行机体结构 的自动化装配 大量采用了长寿命连接技术 实现了长寿命飞机结构的高质量 高效率装配 下面分别从自动化装配工装 自动
3、化装配 单元 自动化装配系统 自动制孔 自动钻铆 装配检测 数字化装配管理技术等方面来介 绍国外先进装配技术 6 8 2 自动化装配工装技术 与传统的装配工装不同 国外装配工装已 经发展成数控自动化工装 主要包括行列式柔 性装配工装 多点阵成形真空吸盘式柔性装配 工装 分散式机身柔性装配工装 自动对接平 台等几类 它们具有模块化 数字化和自动化 的特点 7 一 行列式柔性装配工装 行列式柔性装配工装包括壁板工装和翼梁 工装 前者用于空客系列民机的机翼壁板的装 配 后者用于波音飞机如B 737 B 777 C 17 等飞机翼梁的装配 空客机翼壁板柔性装配工 装可完成 A330 340 A319
4、320 321 A300系列 飞机的机翼壁板的装配 最新的A380飞机也采 用了此类装配工装 8 空客飞机机翼的柔性装配系统 9 空客系列飞机机翼壁板柔性 装配工装及壁板尺寸 10 二 多点阵成形真空吸盘式 多点阵成形真空吸盘式柔性装配工装由一 组立柱吸盘组成 吸盘在程序控制下可进行三 维移动定位 生成与装配件曲面完全符合并均 匀分布的吸附点阵 能精确 可靠地定位和夹 持壁板 当产品外形发生变化时 吸附点阵布 局自动进行调整 可以适应不同的装配件外形 11 自上世纪90年代初开始 这种基于多点阵 成形真空吸盘式柔性装配工装技术已广泛应用 于戴姆勒 奔驰宇航 波音 麦道 格鲁门 英宇航 CASA
5、 EADS 空客 庞巴迪宇航等公 司军 民用飞机的柔性装配和生产中 12 三 机身分散式柔性装配工装 分散式机身柔性装配工装基于激光跟踪定 位 并由CNC 控制的一组工装单元组成 消除 了传统大型装配型架的应用 促进了装配的自 动化和柔性 具有结构简单 开敞性好 占地 面积小 可重组等优点 现已广泛应用于大型 飞机机身的装配制造 13 复合材料机身装配 14 四 自动化对接平台 自动化对接平台由计算机控制的自动化千 斤顶 或定位器 激光测量系统和平台控制 系统组成 与传统的对接平台相比 机体装配 质量大幅提高 效率高 周期短 通用性强 能适应不同尺寸的机身机翼结构 15 8 3 自动化装配单元
6、技术 国外大型民机结构广泛采用自动化装配工 艺 其基础是数控工装 加工和检测单元 数 字化定位等技术 加工单元主要包括制孔单元 孔强化单元 自动注胶单元 自动送料单元 紧固件插入单元 铆接单元 环槽钉安装单 元 抽钉安装单元 铆钉铣平单元 焊接单元 等 检测单元包括照相测量孔定位单元 法线 检测单元 孔检测单元等 16 1 制孔单元用于对结构进行钻孔和锪窝 制 孔单元一般由钻孔主轴 钻夹头 位置反馈线 性编码器 伺服进给机构 安全机构等组成 2 孔强化单元通过芯棒对开缝衬套的胀形实 现对孔的挤压 完成孔强化 以提高连接孔的 耐疲劳性能 孔强化单元主要由美国疲劳技术 FTI 公司开发 17 3
7、自动注胶单元用于铆钉或螺栓安装前将一 定量的密封胶注入孔内 从沉头窝一侧 注胶 时通过转动实现密封胶在孔内的均匀涂敷 4 自动送料单元用于完成紧固件的自动送料 有料斗式和提箱式2 种类型 提箱式送料单 元包括离线式紧固件填充站 紧固件存储箱 送料自动选择装置 提箱手动清理装置等几个 部分 提箱式送料单元可以完成无头铆钉 环 槽钉 沉头铆钉 凸头铆钉和环圈等的自动送 料 18 5 紧固件插入单元用于测量紧固件长度 插 入间隙型紧固件和安装干涉型紧固件 紧固件 插入单元的主要组件有用于送料的供料头 带 编码器的气缸 插入和安装的驱动器等 通过 线性光栅编码器 光刻尺 进行轴向定位 对 紧固件的插入
8、过程进行监控和确认 实时反馈 紧固件的长度 方位 直径 干涉水平和安装 速度等信息 19 6 铆接单元分传统的液压式压铆单元 新型 电磁铆接和电动铆接单元 种 电磁铆接单元 动力头轻巧 铆接效率高 铆接干涉量均匀 电动铆接单元采用滚柱丝杠伺服进给技术实现 铆接 具有高精度 高重复性且无油污染的特 点 20 7 环槽钉安装单元使用时先将环槽钉插入 然后在钉尾一侧自动安装环圈并实现铆接 美 国EI公司借助电磁铆接技术实现了镦铆型环槽 钉环圈的自动安装 该技术普遍用于波音和空 客大型民机壁板的自动化装配 8 抽钉安装单元用于复合材料结构单面螺纹 抽钉的自动安装 已在空客飞机复合材料平尾 的自动化装配
9、中应用 21 9 铣平单元用于铣平无头铆钉 补偿头铆钉 冠头铆钉等成形后的钉头和单面抽钉安装后 的凸出部分 保证飞机的良好气动外形 10 焊接单元用于飞机金属结构的自动化焊 接装配 目前应用的先进技术有激光焊接 搅 拌摩擦焊等 22 11 照相检测单元用于通过机器视觉显示 确认和校准加工点的位置 12 法线检测单元采用数个涡流传感器或小 型激光测距仪进行多点测量以确定工件加工点 的法线 反馈至机床控制系统进行调整以保证 制孔的垂直度要求 23 13 孔检测单元采用带伺服驱动的探针测量 孔的直径和同心度 检测中通过接近开关预防 碰撞 保护壁板或探针免受损害 孔的数据通 过机器反馈以便识别超差情况
10、 24 8 4 自动化装配系统 国外飞机自动化装配技术已从由单台数控 自动钻铆机和数控托架组成的自动钻铆系统向 由柔性装配工装 模块化加工单元 数控定位 系统 包括机器人 自动送料系统和数字化 检测系统等组成的柔性装配系统发展 柔性装 配系统主要包括机翼壁板柔性装配系统 翼梁 柔性装配系统 复合材料尾翼柔性装配系统 机身壁板柔性装配系统 机器人柔性装配系统 机身环铆自动装配系统和自动对接平台等 25 1 柔性壁板装配系统已广泛应用于空客系列 飞机机翼壁板的装配 柔性翼梁装配系统已用 于大多数波音民机翼梁大型构件的自动化装配 它集成了电磁铆接技术和运动磁轭装配机技 术 其最新的发展是E5000
11、ASAT4 C 17第四代 自动化翼梁柔性装配系统 上述柔性装配系统 的最显著特点是采用了电磁铆接动力头和行列 式高速柱阵柔性装配工装 能适应不同规格和 尺寸的壁板或翼梁的柔性装配 26 2 德国BR TJE公司开发的机身壁板柔性装配 系统采用了自动环铆技术 在A380 B 737 C 17 等飞机机身壁板上得到了应用 3 复合材料升降舵柔性装配系统可完成后缘 的测量和校准 壁板钻孔和锪窝 铆钉选择和 供给 注胶 铆接 壁板表面波纹度测量等过 程 27 空客飞机升降舵柔性装配系统 28 4 EI公司与空客英国公司联合开发了一种机 器人柔性装配系统 用于机翼壁板与骨架的装 配 该系统的主要功能有
12、 压紧壁板 壁板厚 度测量 钻孔 孔检测 插入螺栓和环槽钉并 安装 西班牙SERRA公司开发了一套用于A380 尾翼扭力盒的自动化装配的Tricept805虚拟轴 机器人装配系统 制孔和安装单面紧固件等 德国开发了一种用于复合材料机身装配的机 器人装配系统 29 8 5柔性制孔技术 现代产品特别是大型飞行器复杂整体结构 的采用 机体结构长寿命 高质量 高效率 气动等方面的要求 使装配制孔比以往要求更 精 更严 同时 现代飞行器机体结构材料中 复合材料 钛合金比重大幅度上升等 这些都 为飞行器装配特别是大型飞行器的装配采用自 动化柔性制孔提出了明显的需求 30 31 国外飞行器结构所应用的柔性自
13、动化制孔 技术及其发展包括 机器人制孔 自动制孔系 统 柔性制孔系统 并联机床柔性钻孔设备 便携式自动制孔系统等几个方面 机器人制孔应用得比较成熟 如F 16 复 合材料垂尾壁板利用辛辛那提 米尔康T3 机 器人进行钻孔 C 130飞机梁腹板用机器人进 行自动制孔 波音F A 18E F 超级大黄蜂后沿 襟翼的ONCE One sided cell end effector 机器人制孔系统等 32 自动化制孔系统对批量生产的大型构件可 以实现高效 高质量 低成本的自动柔性制孔 运载火箭阿丽亚娜 号在结构制造过程中 通过使用两套自动制孔系统 提高了生产能 力和质量 改善了工作条件并减少了零件总数
14、 33 34 波音公司B 747 C 17 等飞机机舱地板都 采用了自动化制孔系统 过去 装配中所有难 于进行点定位的部分 都要用固定夹具定位后 手工制孔 而现在采用自动化制孔系统则可进 行自动定位和制孔 大大缩短了流程时间 提 高了制孔质量 并可节省体力劳动及工具成本 35 自动制孔系统的最新发展是A380 第一阶 段机翼壁板装配用的轻便式CNC自动制孔设备G RAWDE Gear rib automated wing drilling equipment 和HAWDE Horizontal automated wing drilling equipment GRAWDE 的特点 是能从可拆
15、卸的底座分离 并可安装到装配工 装的不同位置进行制孔 HAWDE 是一种卧式自 动化机翼制孔系统 其独特性在于可以沿装配 工装升降 并在不同位置上运行 最有特色的 是该系统可以自动动态校正刀具轴 精度可以 达到 150 m 36 配有一种可重组柔性工装的长桁柔性制孔 系统 可适应不同种类和规格长桁的自动化制 孔 Northrop Grumman 公司为完成F 35 机身 的柔性装配 设计并制造了 种自动钻孔系统 ADS 这些TORRESDILL F35 ADS 机床是CNC控 制的六轴系统 它们构成了F 35自动化机身柔 性装配系统的一部分 37 制造与装配时 达到制孔自动化同时又降 低成本是
16、极其重要的 因此 低成本 柔性且 满足高质量制孔要求的便携式自动化制孔系统 与配有大量刀具的复杂结构自动制孔系统相 比 极具竞争优势 波音公司开发的Flex Track模块化柔性导轨制孔系统正是属于此类 38 8 6自动钻铆技术 自动钻铆技术从20世纪70 年代起就普遍 采用 目前国外飞机制造商仍有相当大的装配 工作由常规的配有半自动或全自动托架的 以 液压为动力的自动钻铆机完成 GEMCOR 公司 还开发了全电动铆接技术 它依靠电动滚柱丝 杆线性动力头提供压力来完成铆接 用全电动 铆接取代液压铆接已成为自动钻铆机的发展趋 势 39 目前 世界各航空工业发达国家都已广泛 采用基于自动钻铆技术的航空装配技术 空客 A380 壁板装配有4 条用于上下机翼壁板的柔 性装配生产线 波音C17 生产中使用了一套自 动化翼梁装配系统 ASAT4 美国EI公司为 空客英国公司开发的E4150 柔性自动钻铆系统 采用了一个C 型移动式钻铆机 配合2 套柔性 工装可铆接A330 340 A319 320 等飞机20 多 种不同的壁板 40 机身壁板铆接设备 41 在大批量生产中提高生产效率也是采用自 动
