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先進(jìn)飛機裝配技術(shù)及發(fā)展
發(fā)布時(shí)間:2014-01-11
來(lái)源:北京航空制造工程研究所 劉善國
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      飛機裝配是根據尺寸協(xié)調原則,將飛機零件或組件按照設計和技術(shù)要求進(jìn)行組合、連接形成更高一級的裝配件或整機的過(guò)程。社會(huì )的需求、市場(chǎng)競爭及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,推動(dòng)著(zhù)飛機裝配技術(shù)不斷向更高水平演進(jìn)。迄今為止,飛機裝配技術(shù)已經(jīng)歷了從人工裝配、半自動(dòng)化裝配到自動(dòng)化裝配的發(fā)展歷程,目前快速發(fā)展的柔性裝配將自動(dòng)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(dòng)化裝配到自 動(dòng)化裝配的發(fā)展歷程,目前快速發(fā)展的柔性裝配將自動(dòng) 化裝配技術(shù)推向了一個(gè)新的高度。
      近10余年來(lái),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 狀和發(fā)展趨勢,在裝配技術(shù)上基于單 一產(chǎn)品數據源的數字量尺寸協(xié)調體 系,實(shí)施數字化尺寸工程技術(shù),通過(guò)裝配仿真實(shí)現裝配過(guò)程優(yōu)化,應用柔 性模塊化的工裝 技術(shù)、加工和檢測單元并集成應 用為一系列的自動(dòng)化裝配系統進(jìn) 行機體結構的自動(dòng)化裝配,大量米用了長(cháng)壽命連接技術(shù),實(shí)現了長(cháng)壽命飛機結構的高質(zhì)量、高效率裝配。下面分別從自動(dòng)化裝配工裝、自自動(dòng)化裝配單元、自動(dòng)化裝配系統、自動(dòng)制孔、自動(dòng)鉆鉚、裝配檢測、數字化裝配管理 技術(shù)等方面來(lái)介紹國外先進(jìn)裝配技術(shù)。
1、自動(dòng)化裝配工裝技術(shù)
與傳統的裝配工裝不同,國外裝 配工裝已經(jīng)發(fā)展成數控自動(dòng)化工裝,主要包括行列式柔性裝配工裝、多點(diǎn)成形真空吸盤(pán)式柔性裝配工裝、分散式機身柔性裝配工裝、自動(dòng)對接平合等幾類(lèi),它們具有模塊化、數字化和自動(dòng)化的特點(diǎn)。
(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(lèi)裝配工裝。
(2)多點(diǎn)陣成形真空吸盤(pán)式柔性 裝配工裝
多點(diǎn)陣成形真空吸盤(pán)式柔性裝配工裝由一組立柱吸盤(pán)組成,吸盤(pán)在程序控制下可進(jìn)行三維移動(dòng)定位,生成與裝配件曲面完全符合并均勻分布的吸附點(diǎn)陣,能精確、可靠地定位和夾持壁板。當產(chǎn)品外形發(fā)生變化時(shí),吸附點(diǎn)陣布局自動(dòng)進(jìn)行調整,可以適應不同的裝配件外形。自上世紀90年代初開(kāi)始,這種基于多點(diǎn)陣成形真空吸盤(pán)式柔性裝配工裝技術(shù)已廣泛應用于戴姆勒一奔馳宇航、波音、麥道、格魯門(mén)、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,消除了傳統大型裝配 型架的應用,促進(jìn)了裝配的自動(dòng)化和柔性,具有結構簡(jiǎn)單、開(kāi)敞性好、占地面積小、可重組等優(yōu)點(diǎn),現已廣泛應用于大型飛機機身的裝配制造。
(2) 自動(dòng)化對接平臺
      自動(dòng)化對接平臺由計算機控制的 自動(dòng)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(zhì)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(dòng)化裝配單元技術(shù)
      國外大型民機結構廣泛采用自動(dòng)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(shù)。加工單元主要包括制孔單元、孔強化單元、自動(dòng)注膠單元、自動(dòng)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(xiàn)檢測單元、孔檢測單元等
(1)制孔單元用于對結構進(jìn)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(xiàn)性編碼器、 伺服進(jìn)給機構、安全機構等組成。
(2)孔強化單元通過(guò)芯棒對開(kāi)縫襯套的脹形實(shí)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(shù)(FTI)公司開(kāi)發(fā)。
(3)自動(dòng)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(shí)通過(guò)轉動(dòng)實(shí) 現密封膠在孔內的均勻涂敷。
(4)自動(dòng)送料單元用于完成緊固 件的自動(dòng)送料,有料斗式和提箱式2 種類(lèi)型。提箱式送料單元包括離線(xiàn)式 緊固件填充站、緊固件存儲箱、送料 自動(dòng)選擇裝置、提箱手動(dòng)清理裝置等 幾個(gè)部分。提箱式送料單元可以完成 無(wú)頭鉚釘、環(huán)槽釘、沉頭鉚釘、凸頭鉚釘和環(huán)圈等的自動(dòng)送料。
(5)緊固件插入單元用于測量緊 固件長(cháng)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(dòng)器等, 通過(guò)線(xiàn)性光柵編碼器(光刻尺)進(jìn)行 軸向定位,對緊固件的插入過(guò)程進(jìn)行 監控和確認,實(shí)時(shí)反饋緊固件的長(cháng) 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(dòng)鉚接單元3種。元動(dòng)力頭輕巧, 鉚接效率髙,鉚接千涉量均勻。電動(dòng) 鉚接單元采用滾柱絲杠伺服進(jìn)給技術(shù) 實(shí)現鉚接,具有高精度、高重復性且無(wú)油污染的特點(diǎn)。
(7)環(huán)槽釘安裝單元使用時(shí)先將 環(huán)槽釘插入,然后在釘尾一側自動(dòng)安 裝環(huán)圈并實(shí)現鉚接助 電磁鉚接技術(shù)實(shí)現了環(huán)圈的自動(dòng)安裝,該技術(shù)普遍用于波音和空客大型民機壁板的自動(dòng)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(dòng)安裝,已在 空客飛機復合材料平尾的自動(dòng)化裝配中應用。
(9)銑平單元用于銑平無(wú)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,保證飛機的良好氣動(dòng)外形。
(10)焊接單元用 于飛機金屬結構的自 動(dòng)化焊接裝配。目前應用的先進(jìn)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(guò)機器視覺(jué) 顯示、確認和校準加 工點(diǎn)的位置。
(12)法線(xiàn)檢測單元采用數個(gè)渦流傳感器或小型激光測 距儀進(jìn)行多點(diǎn)測量以確定工件加工點(diǎn) 的法線(xiàn),反饋至機床控制系統進(jìn)行調 整以保證制孔的垂直度要求。
(13)孔檢測單元采用帶伺服驅動(dòng) 的探針測量孔的直徑和同心度。檢測 中通過(guò)接近開(kāi)關(guān)預防碰撞,保護壁板 或探針免受損害??譖數據通過(guò)機器反饋以便識別超差情況。
3   自動(dòng)化裝配系統
      國外飛機自動(dòng)化裝配技術(shù)已從由單臺數控自動(dòng)鉆鉚機和數控托架組成 的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)裝配系統和自動(dòng)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(dòng)化裝配,它集成了電磁鉚接技術(shù)和運動(dòng)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(dòng)化翼梁柔性裝配系統。上述柔性裝配系統的最 顯著(zhù)特點(diǎn)是采用了電磁鉚接動(dòng)力頭和 行列式高速柱陣柔性裝配工裝,能適 應不同規格和尺寸的壁板或翼梁的柔 性裝配
(2)德國B(niǎo)ROTJE公司開(kāi)發(fā)的機身壁板用了自動(dòng)環(huán)鉚 技術(shù),在A(yíng)380、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(guò)程。
(4)EI公司與空客英國公司聯(lián)合開(kāi)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(kāi)發(fā) 了一套用于A(yíng)380尾翼扭力盒的自動(dòng)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(kāi)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(dòng)制孔技術(shù)
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(dòng)化柔性 制孔技術(shù),以滿(mǎn)足結構的長(cháng)壽命、隱身、互換性的要求。自動(dòng)制孔系統包 括機艙地板制孔系統、機翼壁板制孔 系統、長(cháng)桁柔性制孔系統、柔性跟蹤 制孔單元、小型移動(dòng)式自動(dòng)制孔單 元、機器人制孔系統等。
5自動(dòng)鉆鉚技術(shù)
自動(dòng)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大的裝配工作由常規的配有半自動(dòng) 或全自動(dòng)托架的、以液壓為動(dòng)力的自動(dòng)鉆鉚機完成,GEMCOR公司還開(kāi)發(fā)了全電動(dòng)鉚它依靠電動(dòng)滾 柱絲桿線(xiàn)性動(dòng)力頭提供壓力來(lái)完成鉚 接。用全電動(dòng)鉚接取代液壓鉚接已成為自動(dòng)鉆鉚機的發(fā)展趨勢。
6裝配的先進(jìn)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、復合材料裝配件的自動(dòng)化無(wú)損探 傷、紅外照相檢測、飛機密封結構先 進(jìn)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(dòng)化裝配技術(shù),只是在自動(dòng)化難以實(shí)現的情況下,部分采用人工裝 配。
根據國內飛 機裝配技術(shù)的發(fā)展現狀,參考國外軍、民機自動(dòng)化裝 配技術(shù)的總體應用狀況,提出國內飛 機裝配技術(shù)的發(fā)展建議:
(1)積極組織開(kāi)發(fā)和配置自動(dòng)托架系統,加強自動(dòng)鉆鉚技術(shù)的研究, 提髙自動(dòng)鉆鉚設備的應用水平。
(2)發(fā)展柔性裝配技術(shù),包括:
柔性裝配工裝技術(shù)
自動(dòng)化加工單元技術(shù)
裝配自動(dòng)化檢測技術(shù);
自動(dòng)化裝配系統集成技術(shù);
裝配數字化定位技術(shù)
數字化裝配工工藝規劃技術(shù)
(3)以國內研制為主,結合引進(jìn) 國外先進(jìn)技術(shù),實(shí)現柔性裝配工裝、 加工單元和檢測單元的國產(chǎn)化,以滿(mǎn)足國內航空工廠(chǎng)對飛機柔性裝配系統 所提出的大量需求。
 
 
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