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先進飛機裝配技術及發展
作者:北京航空制造工程研究所 刘善国 点击数:21832
      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飞机装配技术已经历了从人工装配、半自动化装配到自 动化装配的发展历程,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。
      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,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,大量米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、自自动化装配单元、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。
1、自動化裝配工裝技術
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、自动对接平合等几类,它们具有模块化、数字化和自动化的特点。
(1) 行列式柔性裝配工裝
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一 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/ 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。
(2)多点阵成形真空吸盘式柔性 装配工装
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。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裝配工裝技術已广泛应用于戴姆勒一奔驰宇航、波音、麦道、格鲁门、英宇航、CASA、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
(1) 機身分散式柔性裝配工裝。
      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。
(2) 自動化對接平台
      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。与传统对接平台相比,机质量大幅提高,效率高,周期短,通用性强,能 适应不同尺寸的机身机翼结构。
2自動化裝配單元技術
      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、家共和检测单元、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、环槽钉 安装单元、抽钉安装单元、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
(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。孔強化單元主要由美國疲勞技術(FTI)公司開發。
(3)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。
(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。
(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3种。元动力头轻巧, 铆接效率髙,铆接千涉量均匀。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。
(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 装环圈并实现铆接助 电磁铆接技术实现了环圈的自动安装,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中应用。
(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。
(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。
(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P数据通过机器反馈以便识别超差情况。
3   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。
(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及技术,其最新的发展是E 5 0 00 (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
(2)德国BROTJE公司开发的机身壁板用了自动环铆 技术,在A380、B—737、C一 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。
(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:压紧壁板、壁板厚度测 量、钻孔、}检测、插入,栓和环槽 钉并安装公司开发 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。
4自動制孔技術
现代飞机结构大量采用复合材 料、钛合金等难加工材料,大型飞机 还对大尺寸孔的制备精度提出了更高 的要求,因此普遍采用了自动化柔性 制孔技术,以满足结构的长寿命、隐身、互换性的要求。自动制孔系统包 括机舱地板制孔系统、机翼壁板制孔 系统、长桁柔性制孔系统、柔性跟踪 制孔单元、小型移动式自动制孔单 元、机器人制孔系统等。
5自動鑽鉚技術
自动钻铆技术从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。
6裝配的先進檢測和試驗技術
目前国外在装配检测和试验方面 采用了激光跟踪定位和几何尺寸检 测、复合材料装配件的自动化无损探 伤、红外照相检测、飞机密封结构先 进泄漏检测等技术。
为了保证连接的质量,提高机体 的疲劳寿命,提高 生产效率,国外 军、民机普遍采用 自动化装配技术,只是在自动化难以实现的情况下,部分采用人工装 配。
根据国内飞 机装配技术的发展现状,参考国外军、民机自动化装 配技术的总体应用状况,提出国内飞 机装配技术的发展建议:
(1)积极组织开发和配置自动托架系统,加强自动钻铆技术的研究, 提髙自动钻铆设备的应用水平。
(2)發展柔性裝配技術,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劃技術
(3)以国内研制为主,结合引进 国外先进技术,实现柔性装配工装、 加工单元和检测单元的国产化,以满足国内航空工厂对飞机柔性装配系统 所提出的大量需求。
 
 
 
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