飞机数字化自动钻铆系统及其关键技术.pdf

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1、钐论坛嗽uM飞机数字化自动钻铆系统及其关键技术AircraftAutomaticDrillingandRivetingSystemandItsKeyTechnology南京航空航天大学机电学院王珉陈文亮郝鹏飞上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所姜丽萍王宇波蒋红宇王珉南京航空航天大学机电学院航空宇航制造工程系教师。主要从事飞机自动化装配工艺、飞机自动化装配系统等方向的研究。飞机装配技术面临着自动化、数字化、集成化和柔性化的发展趋势，面对日益激烈的竞争，在研制飞机自动化装配系统时需要综合考虑装配效率、系统柔性和设备成本等因

2、素。作为最早实现的领域，壁板自动钻铆成为飞机自动化装配最成熟、应用最广泛的领域。随着自动化程度的提80航空制造技术·2013年第1／2期飞机装配技术面临着自动化、数字化和柔性化的发展趋势，面对日益激烈的竞争，在研制飞机自动化装配系统时需要综合考虑装配效率、系统柔性和设备成本等因素。作为最早实现的领域，壁板自动钻铆成为飞机自动化装配最成熟、应用最广泛的领域。随着自动化程度的提高，超级壁板拼接、甚至机身筒段装配也开始应用自动钻铆系统。高，超级壁板拼接、甚至机身筒段装配也开始应用自动钻铆系统【1卸。自动钻铆系统的发展和应用，体

3、现了飞机装配的自动化、数字化、柔性化和集成化趋势。其中主要体现在当前主流自动钻铆系统均采用数字量传递的数控技术，除了本身适应一定尺寸范围的产品装配以外，还可以配套柔性工装来提升整个系统的柔性，而工装本身也可以是数控的自动化工装，配合检测设备(激光跟踪仪等)与钻铆机集成为有机整体。本文将在论述当前典型的自动钻铆系统的基础上，总结其研制所需的主要关键技术。飞机自动钻铆系统及应用当前飞机自动钻铆系统主要由3种典型形式：基于全自动托架的自动钻铆系统(包括C型和D型钻铆系统)，龙门式自动钻铆系统(包括龙门卧式、龙门立式钻铆系统、机

4、身半筒段环铆系统)和内外双机器人筒段钻铆系统。1基于全自动托架的自动钻铆系统基于全自动托架的自动钻铆系舯山叼。觚。n大飞机数字化装配技术图1基于全自动托架的自动钻铆系统统，包括C框和D框2种形式，一般有基于全自动托架的五坐标定位系统和自动钻铆机组成，结构形式如图1所示。典型的五坐标全自动托架由x、】，、两个z轴和一个爿轴组合实现x、y、Z、A(绕x轴旋转)、B(绕】，轴旋转)五坐标定位功能。典型的自动钻铆机由设备本体(C框或D框)、上下钻铆功能执行器(末端执行器)组成，实现钻孔、锪窝、送钉、插钉、顶紧、连接(铆接或螺接)

5、和端头铣平等功能。基于全自动托架的自动钻铆系统主要系统供应商有美国的捷姆科公司(C型自动钻铆系统)、德国的宝捷公司(C型和D型自动钻铆系统)等。国外已经形成了比较成熟的产品，大量应用于波音、空客等飞机制造商。国内近年来各主机厂、研究所和高校合作也开展基于全自动托架的自动钻铆系统的研究，成都飞机工业(集团)有限责任公司、西安飞机工业(集团)有限责任公司、沈阳飞机工业(集团)有限公司、西北工业大学、南京航空航天大学等开展了相应的研究。但国内目前没有成熟的产品出现。基于全自动托架自动钻铆系统的优势为技术成熟，成本相对低，易于实

6、现较大铆接力。弱点为能加工壁板的弧度相对较小(一般小于600)；产品上下架时间设备闲置，不利于自动化设备效率的发挥。全自动托架自动钻铆系统适用于壁板装配，尤其是机翼壁板的装配。2龙门式自动钻铆系统龙门式自动钻铆系统，包括龙门式五坐标定位系统、末端执行器和柔性工装组成。根据工件摆放位置(也决定末端执行器的位置)可以分为卧式和立式2种。龙门式自动钻铆系统的末端执行器和基于全自动托架的自动钻铆系统类似，其柔性工装在钻铆的过程中保持固定，主要是龙门式五坐标定位系统实现x、y、z、彳(绕x轴旋转)、B(绕y轴旋转)五坐标定位。龙门

7、卧式钻铆系统有一种特殊的形式机身半筒段环铆系统，该系统龙门结构采用圆弧状环形龙门结构，适合壁板钻铆后组成机身半筒段的环铆。龙门式自动钻铆系统主要系统供应商有美国EI公司的龙门立式自动钻铆系统、德国宝捷公司龙门卧式自动钻铆系统(MPAC)【2】、德国宝捷公司机身环铆系统等。国内目前研制龙门式自动钻铆系统未见报道，目前南京航空航天大学在建的龙门式自动钻铆系统如图2所示。该系统由于场地高度的限制，龙门系统只实现了x、y、Z、A四坐标定位，B角由Pogo柱托架来实现。该系统主要用于教学和科研试验，从技术的角度可以增加一个B角摆动

8、实现龙门系统本身的五坐标定位，但尺寸和成本均会有明显的增加。优势为通过合理布置生产线，可以解决产品上下架时间设备闲置问题；龙门卧式钻铆系统能加工壁板的弧度较大(MPAC可达1800)，可以实现超级壁板的钻铆；机身半筒段环铆系统可以实现超过1800半筒段环铆。弱点为产品复杂、控制难度大、成本相对较高，龙门系统的彳、B角