華成精密模具（常熟）有限公司
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飛機裝配技術及發(fā)展
2018/1/4 點擊數：2735
飛機裝配是根據尺寸協調原則，將飛機零件或組件按照設計和技術要求進行組合、連接形成更高一級的裝配件或整機的過程。社會的需求、市場競爭及相關技術的不斷發(fā)展，推動著飛機裝配技術不斷向更高水平演進。迄今為止，飛機裝配技術已經歷了從人工裝配、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推向了一飛機裝配技術已經歷了從人工裝配、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 化裝配技術推向了一個新的高度。
國外裝配技術的發(fā)展狀況
近10余年來，國外飛機裝配技術 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的現 狀和發(fā)展趨勢，在裝配技術上基于單 一產品數據源的數字量尺寸協調體 系，實施數字化尺寸工程技術，通過裝配仿真實現裝配過程優(yōu)化，應用柔 性模塊化的工裝 技術、加工和檢測單元并集成應 用為一系列的自動化裝配系統進 行機體結構的自動化裝配，大量米用了長壽命連接技術，實現了長壽命飛機結構的高質量、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、自動制孔、自動鉆鉚、裝配檢測、數字化裝配管理 技術等方面來介紹國外裝配技術。
1、自動化裝配工裝技術
與傳統的裝配工裝不同，國外裝 配工裝已經發(fā)展成數控自動化工裝，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。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，生成與裝配件曲面符合并均勻分布的吸附點陣，能、地定位和夾持壁板。當產品外形發(fā)生變化時，吸附點陣布局自動進行調整，可以適應不同的裝配件外形。自上世紀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已廣泛應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，消除了傳統大型裝配 型架的應用，促進了裝配的自動化和柔性，具有結構簡單、開敞性好、占地面積小、可重組等優(yōu)點，現已廣泛應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）、激光測量系統和平臺控制系統組成。與傳統對接平臺相比，機質量大幅提高，效率高，周期短，通用性強，能適應不同尺寸的機身機翼結構。
2自動化裝配單元技術
國外大型民機結構廣泛采用自動化裝配工藝，其基礎是數控工裝、家共和檢測單元、數字化定位等技術。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）制孔單元用于對結構進行鉆孔和锪窩。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、機構等組成。
（2）孔強化單元通過芯棒對開縫襯套的脹形實現對孔的擠壓，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（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 (從沉頭窩一側)，注膠時通過轉動實 現密封膠在孔內的均勻涂敷。
（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 實現鉚接，具有高精度、高重復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，然后在釘尾一側自動安 裝環(huán)圈并實現鉚接助 電磁鉚接技術實現了環(huán)圈的自動安裝，該技術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合材料 結構單面螺紋抽釘的自動安裝，已在 空客飛機復合材料平尾的自動化裝配中應用。
（9）銑平單元用于銑平無頭鉚釘、 補償頭鉚釘、冠頭鉚釘等成形后的釘 頭和單面抽釘安裝后的凸出部分，飛機的良好氣動外形。
（10）焊接單元用 于飛機金屬結構的自 動化焊接裝配。目前應用的技術有激光焊接、攪拌摩擦焊 等。
（11）照相檢測單元用于通過機器視覺 顯示、確認和校準加 工點的位置。
（12）法線檢測單元采用數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進行調 整以制孔的垂直度要求。
（13）孔檢測單元采用帶伺服驅動 的探針測量孔的直徑和同心度。檢測 中通過接近開關預防碰撞，保護壁板 或探針免受損害。孔P數據通過機器反饋以便識別超差情況。
3 自動化裝配系統
國外飛機自動化裝配技術已從由單臺數控自動鉆鉚機和數控托架組成 的自動鉆鉚系統向由柔性裝配工裝、模塊化加工單元、數控定位系統(包 括機器人)、自動送料系統和數字化檢測系統等組成的柔性裝配系統發(fā) 展。柔性裝配系統主要包括機翼壁板 柔性裝配系統、翼梁柔性裝配系統、 復合材料尾翼柔性裝配系統、機身壁 板柔性裝配系統、機器人柔性裝配系統、機身環(huán)鉚自動裝配系統和自動對接平臺等。
(1)柔性壁板裝配系統已廣泛應 用于空客系列飛機機翼壁板的裝配。 柔性翼梁裝配系統已用于大多數波音 民機翼梁大型構件的自動化裝配，它集成了電磁鉚接技術和運動磁軛裝配及技術，其的發(fā)展是E 5 0 00 (ASAT4)C -17第四代自動化翼梁柔性裝配系統。上述柔性裝配系統的最 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，在A380、B—737、C一 17等飛機機身壁板上得到了應用。
(3) 復合材料升降舵柔性裝配系 統可完成后緣的測量和校準、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合開發(fā)了一種機器人柔性裝配系統，用 于機翼壁板與骨架的裝配。該系統的 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(制孔和安裝單面緊固等)。 德國開發(fā)了一種用于復合材料機身裝 配的機器人裝配系統。
4自動制孔技術
現代飛機結構大量采用復合材 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，以滿足結構的長壽命、隱身、互換性的要求。自動制孔系統包 括機艙地板制孔系統、機翼壁板制孔 系統、長桁柔性制孔系統、柔性跟蹤 制孔單元、小型移動式自動制孔單 元、機器人制孔系統等。
5自動鉆鉚技術
自動鉆鉚技術從70年代起就普遍采用，目前國外飛機制造商仍有相當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裝配的檢測和試驗技術
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、飛機密封結構先 進泄漏檢測等技術。
國內飛機裝配技術的發(fā)展建議
為了連接的質量,提高機體 的疲勞壽命，提高 生產效率，國外 軍、民機普遍采用 自動化裝配技術，只是在自動化難以實現的情況下，部分采用人工裝 配。
根據國內飛 機裝配技術的發(fā)展現狀，參考國外軍、民機自動化裝 配技術的總體應用狀況,提出國內飛 機裝配技術的發(fā)展建議：
（1）積極組織開發(fā)和配置自動托架系統，加強自動鉆鉚技術的研究， 提髙自動鉆鉚設備的應用水平。
（2）發(fā)展柔性裝配技術，包括：
柔性裝配工裝技術
自動化加工單元技術
裝配自動化檢測技術；
自動化裝配系統集成技術；
裝配數字化定位技術
數字化裝配工工藝規(guī)劃技術
（3）以國內研制為主，結合引進國外技術，實現柔性裝配工裝、 加工單元和檢測單元的國產化，以滿足國內航空工廠對飛機柔性裝配系統所提出的大量需求。
國外裝配技術的發(fā)展狀況
近10余年來，國外飛機裝配技術 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的現 狀和發(fā)展趨勢，在裝配技術上基于單 一產品數據源的數字量尺寸協調體 系，實施數字化尺寸工程技術，通過裝配仿真實現裝配過程優(yōu)化，應用柔 性模塊化的工裝 技術、加工和檢測單元并集成應 用為一系列的自動化裝配系統進 行機體結構的自動化裝配，大量米用了長壽命連接技術，實現了長壽命飛機結構的高質量、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、自動制孔、自動鉆鉚、裝配檢測、數字化裝配管理 技術等方面來介紹國外裝配技術。
1、自動化裝配工裝技術
與傳統的裝配工裝不同，國外裝 配工裝已經發(fā)展成數控自動化工裝，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。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，生成與裝配件曲面符合并均勻分布的吸附點陣，能、地定位和夾持壁板。當產品外形發(fā)生變化時，吸附點陣布局自動進行調整，可以適應不同的裝配件外形。自上世紀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已廣泛應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，消除了傳統大型裝配 型架的應用，促進了裝配的自動化和柔性，具有結構簡單、開敞性好、占地面積小、可重組等優(yōu)點，現已廣泛應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）、激光測量系統和平臺控制系統組成。與傳統對接平臺相比，機質量大幅提高，效率高，周期短，通用性強，能適應不同尺寸的機身機翼結構。
2自動化裝配單元技術
國外大型民機結構廣泛采用自動化裝配工藝，其基礎是數控工裝、家共和檢測單元、數字化定位等技術。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）制孔單元用于對結構進行鉆孔和锪窩。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、機構等組成。
（2）孔強化單元通過芯棒對開縫襯套的脹形實現對孔的擠壓，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（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 (從沉頭窩一側)，注膠時通過轉動實 現密封膠在孔內的均勻涂敷。
（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 實現鉚接，具有高精度、高重復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，然后在釘尾一側自動安 裝環(huán)圈并實現鉚接助 電磁鉚接技術實現了環(huán)圈的自動安裝，該技術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合材料 結構單面螺紋抽釘的自動安裝，已在 空客飛機復合材料平尾的自動化裝配中應用。
（9）銑平單元用于銑平無頭鉚釘、 補償頭鉚釘、冠頭鉚釘等成形后的釘 頭和單面抽釘安裝后的凸出部分，飛機的良好氣動外形。
（10）焊接單元用 于飛機金屬結構的自 動化焊接裝配。目前應用的技術有激光焊接、攪拌摩擦焊 等。
（11）照相檢測單元用于通過機器視覺 顯示、確認和校準加 工點的位置。
（12）法線檢測單元采用數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進行調 整以制孔的垂直度要求。
（13）孔檢測單元采用帶伺服驅動 的探針測量孔的直徑和同心度。檢測 中通過接近開關預防碰撞，保護壁板 或探針免受損害。孔P數據通過機器反饋以便識別超差情況。
3 自動化裝配系統
國外飛機自動化裝配技術已從由單臺數控自動鉆鉚機和數控托架組成 的自動鉆鉚系統向由柔性裝配工裝、模塊化加工單元、數控定位系統(包 括機器人)、自動送料系統和數字化檢測系統等組成的柔性裝配系統發(fā) 展。柔性裝配系統主要包括機翼壁板 柔性裝配系統、翼梁柔性裝配系統、 復合材料尾翼柔性裝配系統、機身壁 板柔性裝配系統、機器人柔性裝配系統、機身環(huán)鉚自動裝配系統和自動對接平臺等。
(1)柔性壁板裝配系統已廣泛應 用于空客系列飛機機翼壁板的裝配。 柔性翼梁裝配系統已用于大多數波音 民機翼梁大型構件的自動化裝配，它集成了電磁鉚接技術和運動磁軛裝配及技術，其的發(fā)展是E 5 0 00 (ASAT4)C -17第四代自動化翼梁柔性裝配系統。上述柔性裝配系統的最 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，在A380、B—737、C一 17等飛機機身壁板上得到了應用。
(3) 復合材料升降舵柔性裝配系 統可完成后緣的測量和校準、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合開發(fā)了一種機器人柔性裝配系統，用 于機翼壁板與骨架的裝配。該系統的 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(制孔和安裝單面緊固等)。 德國開發(fā)了一種用于復合材料機身裝 配的機器人裝配系統。
4自動制孔技術
現代飛機結構大量采用復合材 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，以滿足結構的長壽命、隱身、互換性的要求。自動制孔系統包 括機艙地板制孔系統、機翼壁板制孔 系統、長桁柔性制孔系統、柔性跟蹤 制孔單元、小型移動式自動制孔單 元、機器人制孔系統等。
5自動鉆鉚技術
自動鉆鉚技術從70年代起就普遍采用，目前國外飛機制造商仍有相當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裝配的檢測和試驗技術
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、飛機密封結構先 進泄漏檢測等技術。
國內飛機裝配技術的發(fā)展建議
為了連接的質量,提高機體 的疲勞壽命，提高 生產效率，國外 軍、民機普遍采用 自動化裝配技術，只是在自動化難以實現的情況下，部分采用人工裝 配。
根據國內飛 機裝配技術的發(fā)展現狀，參考國外軍、民機自動化裝 配技術的總體應用狀況,提出國內飛 機裝配技術的發(fā)展建議：
（1）積極組織開發(fā)和配置自動托架系統，加強自動鉆鉚技術的研究， 提髙自動鉆鉚設備的應用水平。
（2）發(fā)展柔性裝配技術，包括：
柔性裝配工裝技術
自動化加工單元技術
裝配自動化檢測技術；
自動化裝配系統集成技術；
裝配數字化定位技術
數字化裝配工工藝規(guī)劃技術
（3）以國內研制為主，結合引進國外技術，實現柔性裝配工裝、 加工單元和檢測單元的國產化，以滿足國內航空工廠對飛機柔性裝配系統所提出的大量需求。
下一條 蜂窩芯固持系統
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