柔性导轨制孔系统在现代飞机装配中的应用研究.pdf

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1、SPECIALTOPlC柔性导轨制孔系统在现代飞机装配中的应用研究球魏超(中航工业北京航空制造工程研究所，北京100024)[摘要】柔性导轨制孔系统作为轻型自动制孔设备的代表，具有大柔性、自主移动、安装方便、低成本等特点，受到了世界各大飞机制造厂商的青睐，在现代飞机装配中的应用越来越广泛。通过总结柔性导轨制孔系统在国内外现代飞机装配中的应用与研究现状，介绍了其组成部分，分析了相关关键技术，为今后我国加快发展柔性导轨制孔系统指明了方向。关键词：柔性导轨；自动制孔；飞机装配DOI：10．16080／j

2、．issnl671-833x．2016．22．078魏超硕士，工程师。主要研究方向为飞机先进装配技术．机器人技术。现就职于中航工业北京航空制造工程研究所数字化制造与柔性装配技术研究室。先后承担了国防基础科研．民用飞机科研专项．航空基金等多项课题的研究工作。+基金项目：柔性导轨制孔系统关键技术研究民用飞机专项课题(MJZ一2014一G一37)；飞机大部件外表面行走机器人自动制孔方法及单元结构研究航空基金课题(2012625008)。78航空制造技术·2016年第22期精益制造在现代飞机生产中已占有越

3、来越重要的地位。精益制造就是要求大幅度降低生产制造成本，实现制造过程柔性化，同时满足生产要求【l】。轻型自动制孔系统用于飞机装配的精确制孔，与大型自动制孔设备相比，可以有效减少工件的搬运安装和设备占用空间，节约人力，最大限度降低飞机的制造成本，是实现飞机精益制造的重要技术途径之一。目前，飞机装配中应用较多的轻型自动制孔系统以柔性导轨制孔系统、爬行机器人制孔系统为代表。其中，柔性导轨制孔系统凭借自主移动、便携性强、操作灵活、模块化、成本低的特点在飞机装配领域得到了较为广泛的应用，受到了国内外飞机制造

4、商的重视。国内外应用与研究现状1国外应用与研究现状基于柔性导轨的制孔系统概念，最早由波音公司于2000年前后提出。随着这一概念的提出，波音公司率先研发了世界首套柔性导轨制孔系统原型机，如图1所示。该系统导轨跨距203．2mm，能够沿着垂直于导轨的横向(】，向)移动101．6mm，通过加工在导轨卜的齿形槽实现沿导轨图1柔性导轨制孑L系统原型机Fig．1PrototypeoffIextrackdri¨ingsystem这一长轴方向的驱动，完成制孔【2】。此后，波音公司以其为载体，进行了大量的验证试验，

5、为后续系列产品的研制奠定了理论基础。本质上说，柔性导轨制孔系统主要适用于机身段对接区制孔，机翼蒙皮和翼梁、肋的制孔。相较于传统制孔方式，柔性导轨制孔系统的效益十分显著，如图2所示。据统计，波音777飞机应用柔性导轨制孔系统后，生产速度提升了80％一90％，质量提高了80％～90％，安全改进了40％～60％。目前，国外从事柔性导轨制孑L系统开发的厂商已有多家，比较著名的除EI(Electroimpact)外，还有AIT(Adv锄cedInte刚ionTechnology)以及WCI(WestCo鹊t

6、Industries)等公司。上述公司均相继推出了多种形式的柔性导轨制孔系统，以满足飞机不同部件区域的制孔需求。按照柔性导轨的配置不同，这些系统大致可以分为双轨式(DRFT)、宽轨式(WCFT)、偏置轨式(OFT)和高扭矩式(HTFT)。下面以EI公司的产d^为代表，对上述类型系统进行介绍jj分析。其中，双轨式柔性导轨制孔系统是基础型产品，主要用于机翼蒙皮和翼梁、蒙皮和桁条的制孔，如图3所示。该系统工作范围一般为50．8mm×1828．8mm，定位精j：!：!：士0．254mm，主轴转速3000—

7、600011／min，配备HSK32c型刀柄，可以快速人工换刀。通过横向(y向)移动，加之配置用以校正法向的B轴(转角范围一5。一50)，系统一次铺设能够先成连接蒙皮和内部结构件的2列平行孔的加工。制孔能力方面，针对钛材料，制孔直径可达8mm；针对复合材料或铝材，制孔直径可达11mm。宽轨式柔性导轨制孔系统最初研制于2005年，是通过大跨距的导轨，包络更大范围的制孑L区域，以减少系统的安装次数，提升制孔效率，特别适用于多列孔的机身段接合区制孑L，如图4所示。该系统横向(y向)行程可达508mm，配

8、以每段1828．8mm长的可延伸导轨(x向)，能够保证在一次铺设安装的情况下，就拥有很大的作业范围。但鉴于导轨跨距较大，系统采用彳轴摆角进行法向校准，这一点与双轨式柔性导轨制孔系统略有不同。偏置式柔性导轨制孑L系统主要是为了满足工件边缘区制孔的需求，应用范围包括机翼边缘、肋、机身框和舱门附近。面对上述范围，一般双轨式柔性导轨制孔系统受到结构限制根本无法进行铺设，而如图5所示的偏置式柔性导轨制孔系统，因其结构的特殊性，能够实现导轨内101．6mm，导轨外101．6mm的区域制孔。同时