飛機數(shù)字化裝配自動鉆鉚技術(shù)及其發(fā)展.pdf

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1、論壇FoRUM————飛機數(shù)字化裝配自動鉆鉚技術(shù)及其發(fā)展陳修強1。田衛(wèi)軍2，薛紅前1(1．西北工業(yè)大學機電學院，西安710072；2．西北工業(yè)大學明德學院機電工程系，西安710124)[摘要】簡述了國外自動鉆鉚技術(shù)發(fā)展歷程，介紹了我國自動鉆鉚技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，簡要分析了自動鉆鉚技術(shù)工藝過程，指出自動鉆鉚技術(shù)在保證飛機制造壽命、提高裝配效率等方面的意義；對自動鉆鉚關(guān)鍵技術(shù)組成，如柔性工藝裝備技術(shù)等進行了概述分析。針對國內(nèi)飛機自動化裝配尚處于起步階段的現(xiàn)狀和大飛機研制生產(chǎn)的需求，提出了我國自動鉆鉚技術(shù)向數(shù)字化、柔性化方向集成發(fā)展的建議。關(guān)鍵詞：飛機裝

2、配；數(shù)字化；柔性化；自動鉆鉚DoI：10．16080“．issnl671．833x．2016．05．052陳修強西北工業(yè)大學機電學院碩士研究生，主要從事大型飛機裝配與連接技術(shù)研究。業(yè)中，出現(xiàn)了許多新型連接方式(膠接、復合連接)，但機械連接(鉚接、螺接)仍是現(xiàn)代飛機制造的主要連接形式，約占70％，而80％的疲勞損傷發(fā)生在機械連接部位，所以改善飛機的裝配連接技術(shù)可以有效減少飛機故障率。隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展，飛機數(shù)字化裝配技術(shù)得到迅速發(fā)展，空客、波音等大型飛機制造公司廣泛應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)?，我國大飛機研制項目的實施必然引領(lǐng)飛機

3、數(shù)字化裝配連接技術(shù)的迅猛發(fā)展。自動鉆鉚技術(shù)作為數(shù)字化裝配技術(shù)的重要組成部分，可以大幅提高飛機裝配效率，有效保證飛機裝配質(zhì)量，提高疲勞壽命，在飛機裝配工藝中得到廣泛應(yīng)用。大型飛機通常是指起飛總重量超過100t的軍民用大型運輸機和自動鉆鉚技術(shù)150座及以上的大型客機，其中大型1國內(nèi)外發(fā)展歷程客機飛行壽命長達90000h，這種長壽20世紀50年代以來，自動鉆鉚命、高可靠性設(shè)計對飛機裝配連接技技術(shù)得到了廣泛發(fā)展，現(xiàn)代自動鉆鉚術(shù)提出了更高要求?，F(xiàn)代飛機制造技術(shù)已發(fā)展成為自動完成定位、鉆52航空制造技術(shù)·2016年第5期孔、送釘及鉚接等工序的集電、液、汽、

4、自動控制為一體的先進制造技術(shù)。國外自動鉆鉚技術(shù)發(fā)展已有幾十年的歷史，其中典型的產(chǎn)品型號及應(yīng)用狀況如表l所示f2】?？梢钥闯?，美國是自動鉆鉚技術(shù)發(fā)展最好的國家，其他航空工業(yè)發(fā)達國家的自動鉆鉚技術(shù)基本上是從美國引進再生產(chǎn)，諸如德國BROTJE公司已發(fā)展成為除美國之外最具潛力的自動鉆鉚系統(tǒng)制造商。目前，美國GEMcOR、EI公司以及德國BROTJE公司代表著當今世界自動鉆鉚技術(shù)的發(fā)展水平。國外自動鉆鉚技術(shù)正在向著柔性化以及集成化的方向發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)在各大先進機型上成功應(yīng)用，提高了鉚接裝配工藝水平。比如，美國GEMCOR公司生產(chǎn)的G2000全數(shù)控式

5、七軸自動鉆鉚系統(tǒng)，可鉚接弧度大于1800機身壁板，并能完成一半機身鉚接【31；美國EI公司為土耳其航空航天工業(yè)公司設(shè)計了新型E7000自動鉆鉚系統(tǒng)，可同時實現(xiàn)自動鉆鉚代飛機數(shù)字化裝配的要求下，傳統(tǒng)工裝設(shè)備必須向柔性化方向發(fā)展。柔性工裝是指在飛機裝配中采用的一種基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系的模塊化、可自動調(diào)整重構(gòu)的裝配_丁裝，可以降低工裝制造成本、縮短工裝準備周期【8】。在自動鉆鉚系統(tǒng)中通過集成數(shù)控系統(tǒng)、傳感檢測設(shè)備以及控制測量軟件等數(shù)字化的柔性工裝，形成自動化的裝配單元，是飛機數(shù)字化裝配模式的一個鮮明特征。目前自動鉆鉚系統(tǒng)柔性工裝主要有兩種：一種

6、是與專用的柔性T裝設(shè)備結(jié)合，比如機翼壁板自動化鉚接裝配行列式柔性工裝，該工裝設(shè)備開敞性好，通過數(shù)控系統(tǒng)調(diào)控可以實現(xiàn)大型飛機機翼壁板和翼梁自動化鉚接裝配；另一種是提高自動鉆鉚系統(tǒng)本身裝備柔性，如為應(yīng)對波音商用飛機機身段單側(cè)表面超過1200個大孑L徑復合材料鉚接裝配孑L而設(shè)計的輕量級可移動拆裝的自動鉆鉚一次裝配系統(tǒng)19l(圖3)，該裝配系統(tǒng)可一次性完成多種機身段表面孑L的鉚接裝配，保證裝配質(zhì)量。在發(fā)展上述自動鉆鉚系統(tǒng)柔性工裝的同時，柔性]一裝正向著低成本化方向發(fā)展，比如機器人自動鉆鉚系統(tǒng)通過減少甚至消除工裝專用設(shè)備達到工裝無型架裝配，大大降低了裝配

7、成本．圖3自動鉆鉚一次裝配系統(tǒng)Fig．3OnetimeassemblysysfemOfautomalicdri¨ingandriVeting2托架系統(tǒng)變形分析與誤差補償技術(shù)托架系統(tǒng)作為自動鉆鉚機的重要組成部分，擔負著飛機壁板的支撐、夾緊、移動、定位等作用，基本結(jié)構(gòu)如圖4所示【l01。在進行部件連接54航窄制造技術(shù)·2016年第5期時，由于自身及工件重力作用，自動鉆鉚機上的數(shù)控托架會發(fā)生變形，造成加工點位置偏差，影響鉚接質(zhì)量，必須對托架變形誤差進行修正補償。針對托架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變形與補償，需要從結(jié)構(gòu)變形量建模、計算以及控制與補償3方面進行突破。圖4

8、托架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式Fig．4StructurefOrmoflhebrackelsystem自動鉆鉚托架變形分析與誤差補償主要基于CATIAV5平臺的二次