飛機自動鉆鉚技術(shù)探究

摘 要：飛機自動鉆鉚技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)飛機機身、機翼等處壁板的自動鉆鉚裝配，極大地提高飛機裝配質(zhì)量與裝配效率。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，自動鉆鉚技術(shù)在國外已廣泛運用于航空航天制造領(lǐng)域，而國內(nèi)在這一方面正處于起步階段，技術(shù)水平普遍較低。為此調(diào)研國外先進(jìn)自動鉆鉚技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀，以GEMCOR、Electroimpact、BROETJE三大國外自動鉆鉚設(shè)備供應(yīng)商為代表，介紹各自技術(shù)特點及在自動鉆鉚技術(shù)方面最新的進(jìn)展。同時，對國內(nèi)自動鉆鉚技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行簡要介紹，指出國內(nèi)在這一技術(shù)發(fā)展中存在的問題。

關(guān)鍵詞：航空壁板;自動鉆鉚

飛機壁板的連接質(zhì)量對飛機的氣動外形及其疲勞壽命有至關(guān)重要的影響，鉚接作為一種傳統(tǒng)的機械連接技術(shù)，由于其連接可靠、質(zhì)量輕、成本低等特點被廣泛用于航空航天領(lǐng)域，因此鉚接質(zhì)量對飛機的安全性能有重要的影響。影響鉚接質(zhì)量的主要因素有兩個：制孔與鉚接。

采用自動鉆鉚技術(shù)實現(xiàn)飛機壁板的制孔和鉚接是提高飛機裝配質(zhì)量與效率的有效途徑。自動鉆鉚設(shè)備按結(jié)構(gòu)形式可分為龍門式自動鉆鉚系統(tǒng)、C型架式自動鉆鉚系統(tǒng)以及機器人自動鉆鉚系統(tǒng)。前兩種設(shè)備剛性好，精度高，提供的鉚接力大，可用于開敞性好的大型結(jié)構(gòu)件的自動鉆鉚;機器人自動鉆鉚系統(tǒng)成本低，運動靈活，空間利用率高，可達(dá)性高，適用于開敞性差的壁板的自動鉆鉚裝配。自動鉆鉚設(shè)備按鉚接驅(qū)動方式又可分為氣動錘鉚、伺服壓鉚和電磁鉚接。氣動錘鉚結(jié)構(gòu)簡單，體積小，鉚接力小，易于集成，與工業(yè)機器人構(gòu)成機器人自動鉆鉚系統(tǒng)已成為發(fā)展趨勢。伺服壓鉚采用伺服電機驅(qū)動，行星滾珠絲杠傳動，可實現(xiàn)高精度、大負(fù)載的伺服壓鉚，較傳統(tǒng)的氣動鉚接具備更高的控制精度與柔性化的速度調(diào)節(jié)能力，能夠按照設(shè)定的位移曲線或力曲線進(jìn)行加載，目前已成功取代液壓鉚接廣泛運用在飛機裝配中。電磁鉚接是在電磁成形工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型鉚接工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)鈦合金和復(fù)合材料的連接，以及大直徑和難成形材料鉚釘成形。

本文將以國外三大主要自動鉆鉚系統(tǒng)供應(yīng)商的產(chǎn)品為例，論述自動鉆鉚技術(shù)研究現(xiàn)狀，并對國內(nèi)自動鉆鉚技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀做簡要分析。

一、國外自動鉆鉚技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀

自動鉆鉚技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已成為能夠自動完成定位、制孔、送釘、鉚接及檢測功能的先進(jìn)制造技術(shù)。國外自動鉆鉚設(shè)備主要供應(yīng)商以美國捷姆科（GEMCOR）、EI（Electroimpact）、德國寶捷（BROETJE）、意大利B&C（BISUACH&CARRU）為代表。此外，西班牙M.TORRES公司、法國ALEMA公司等在自動鉆鉚設(shè)備方面也有自己的產(chǎn)品[1]。

1.GEMCOR公司

GEMCOR（通用電氣機械公司）是美國最早的自動鉆鉚設(shè)備制造商，已有超過75年的歷史，也是世界各大飛機制造公司的自動鉆鉚設(shè)備主要供應(yīng)商之一。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，GEMCOR已研制出以機身、機翼、發(fā)動機吊艙等為加工對象的系列化自動鉆鉚系統(tǒng)。

此外，GEMCOR還研制了發(fā)動機短艙自動鉆鉚系統(tǒng)和機器人鉆鉚系統(tǒng)，發(fā)動機短艙鉆鉚系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)動機短艙處多規(guī)格材料的鉚接，包括鉻鎳鐵合金、鈦合金以及碳纖維復(fù)合材料等。GEMCOR機器人自動鉆鉚系統(tǒng)采用雙編碼器與視覺再同步技術(shù)提高機器人運動精度，從而滿足飛機機身、登機門等飛機部件的自動鉆鉚裝配。

2.EI公司

EI公司成立于1986年，以低壓電磁鉚接技術(shù)為核心，研制了一系列的自動鉆鉚系統(tǒng)，并已廣泛運用在飛機裝配中。經(jīng)過30年的發(fā)展，EI已經(jīng)成為世界自動裝配領(lǐng)域最具競爭力的公司之一。其開發(fā)的自動鉆鉚系統(tǒng)包括E3000～E7000系列及機器人自動鉆鉚系統(tǒng)。

3.BROETJE自動化公司

BROETJE自動化公司是全球航空航天領(lǐng)域自動鉆鉚設(shè)備的主要供應(yīng)商之一，其自動鉆鉚設(shè)備功能強大，種類齊全，廣泛運用在空客、波音的裝配生產(chǎn)線上，國產(chǎn)大飛機C919機身壁板裝配采用的就是BROETJE的MPAC自動鉆鉚系統(tǒng)[2]。BROETJE公司已形成多功能自動鉆鉚設(shè)備體系，包括MPAC（MultiPanelAssemblyCell）通用壁板裝配單元、IPAC（IntegratedPanelAssemblyCell）集成式壁板裝配單、CPAC（C-framePanelAssemblyCell）C型架式壁板裝配單元、RACe（RobotAssemblyCell）機器人裝配單元、WPAC（WingPanelAssemblyCell）機翼裝配單元等多種壁板自動鉆鉚系統(tǒng)。

BROETJE在機器人自動鉆鉚系統(tǒng)方面也實現(xiàn)了很大突破。2009年，BROETJE采用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)機器人，為歐洲直升機公司（Eurocopter）研制了一臺飛機貨艙門自動鉆鉚裝配系統(tǒng)RACe。RACe在KUKAKR360工業(yè)機器人的基礎(chǔ)上，通過機器人校準(zhǔn)及壓力補償、網(wǎng)格補償、溫度補償，使得機器人的定位精度提高到±0.3mm。采用新型多功能末端執(zhí)行器，集自動制孔、涂膠、送釘、鉚接功能于一體，實現(xiàn)飛機貨艙門高效率自動鉆鉚裝配。該系統(tǒng)最大壓鉚力達(dá)到3t，自動鉆鉚循環(huán)時間為10.25s。

二、國內(nèi)自動鉆鉚技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國早在20世紀(jì)70年代初就對自動鉆鉚設(shè)備進(jìn)行了相關(guān)研制工作，包括沈飛、哈飛及北京航空制造工程研究所等，但受限于工業(yè)水平，所研制的自動鉆鉚設(shè)備存在諸多缺陷，使得其無法在航空制造領(lǐng)域廣泛運用。80年代后期隨著改革開放與轉(zhuǎn)包生產(chǎn)模式的發(fā)展，國內(nèi)各大航空制造廠開始引進(jìn)國外的自動鉆鉚設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上與國內(nèi)高校合作進(jìn)行自主研發(fā)，取得了一定的成果。如西飛公司引進(jìn)了GEMCOR公司G4026SXX-120自動鉆鉚機，并在1995年與西工大聯(lián)合研制了機翼托架系統(tǒng)。成飛公司在引進(jìn)G4026型自動鉆鉚機后，與西南交大聯(lián)合開發(fā)了數(shù)控托架系統(tǒng)。隨著新支線客機ARJ21、國產(chǎn)大飛機C919等新飛機的研制與生產(chǎn)，以及更廣泛的國際合作，國內(nèi)自動鉆鉚技術(shù)迎來新的發(fā)展機遇[3]。

總地來說，雖然我國在自動鉆鉚技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)過多年的發(fā)展取得了顯著的進(jìn)步，但由于缺乏對自動鉆鉚技術(shù)的系統(tǒng)研究及高精度機床制造水平較低，所研制的自動鉆鉚設(shè)備精度低、穩(wěn)定性差、可靠性無法保證，因此還沒有廣泛應(yīng)用到實際的飛機裝配中，國內(nèi)自動鉆鉚技術(shù)從研制到實際應(yīng)用還有很長的路要走。

參考文獻(xiàn)：

[1]張輝.飛機裝配設(shè)備及供應(yīng)商一覽[J].航空制造技術(shù)，2008（11）：71-73.

[2]陳文亮，姜麗萍，王珉，等.大型客機鋁鋰合金壁板自動鉆鉚技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2015（4）：47-50.

[3]趙向偉.計算機輔助自動鉆鉚技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2012.

作者姓名：

于國棟（19871025），男，籍貫：遼寧大連，職稱：工程師，研究方向：飛機裝配.