先进的制造技术在航空领域的应用第8章.ppt

第1、8章，飞机机构装配技术通过自动化、灵活的方向开发、2、概论、飞机产品的三维数字定义和设计、制造协作等数字技术的应用，将飞机结构装配推向数字装配方向。通过将数字装配技术用于大型部件装配，可以简化车床，减少装配工具(包括机架)的使用，实现自动化、灵活的装配，从而提高生产效率和装配质量，降低制造成本，缩短制造周期。3，4，飞机装配是根据大小调整原则将飞机部件或组件连接起来，形成组合、更高层部件或整个装置的过程，具体取决于设计和技术要求。社会的需求、市场竞争及相关技术的持续发展促进了飞机装配技术的持续发展。到目前为止，飞机装配技术已发展到手动装配、半自动装配到自动装配，目前发展迅速的柔性装配将自动装配技术推向了新的高度。5，8.1国外先进装配技术的发展，通过近10多年国外飞机装配技术的快速发展，以B777、A340、A380、F-22、F-35等为代表的新军、民用飞机集中了国外飞机制造技术的现状和发展趋势，在装配技术中实施了基于单个产品数据源数字体积大小调整系统的数字尺寸工程技术；6、通过装配模拟优化装配工艺，灵活模块化工装技术、加工和测试单元应用，以及应用于一系列自动化装配系统的主体结构自动装配集成，广泛使用长寿命连接技术，实现长寿命飞机结构的高质量、高效率装配。下面分别介绍了国外先进的装配技术，包括自动化装配工具、自动化装配装置、自动化装配系统、自动孔、自动钻孔铆接、装配检查、数字装配管理技术等。与传统的装配工具不同，7，8.2自动化装配工具技术已发展为具有模块化、数字和自动化功能的CNC自动化工具，包括决定因素灵活装配工具、多光栅成型真空吸盘灵活装配工具、分布式机身灵活装配工具、自动对接平台等。8，1，决定因素柔性装配工装决定因素柔性装配工装包括壁板工装和翼梁工装。用于空中客车系列民机的机翼壁板装配，用于波音飞机(例如B-737、B-777、C-17)的翼梁装配。空中客车机翼壁板灵活装配工具完成A330/340、A319/320/321/A300系列飞机机翼壁板的装配。最新的A380飞机也使用这些装配工具。9，气总线飞机机翼的灵活装配系统，10，气总线系列飞机机翼壁板灵活装配工装和壁板尺寸，11，2，多光栅成型真空吸盘灵活装配工具环由一组柱吸盘组成，吸盘可在程序控制下指定三维移动位置，创建与装配表面完全一致、均匀分布的吸附光栅，可以准确、稳定地放置和夹紧壁板吸附光栅布局可以在产品外观更改时自动调整，以适应不同的部件外观。从12，90年代初期开始，这种基于多光栅成型真空吸盘的灵活装配工装技术广泛应用于戴姆勒-奔驰航空、波音、米洛、格鲁曼、英国航空航天、卡斯、CASA/航空乘客、庞巴迪宇宙等公司军队、民用飞机的灵活装配和生产，13，3，机身分布式灵活装配工装分布式机身灵活装配工具，由基于激光跟踪定位和CNC控制的一组工装单元组成，消除了传统大型装配机架的应用，促进了装配自动化和灵活性，具有简单结构、开放性、小安装面积、结构调整等优点，目前广泛应用于大型飞机机身的装配制造。14，组合体装配，15，4，自动对接平台自动对接平台由计算机控制自动插孔(或定位器)、激光测量系统和平台控制系统组成。与传统的坞站平台相比，车身安装质量明显提高，效率高，周期短，通用性好，可适应不同尺寸机身机翼结构。16，8.3自动装配装置技术，国外大型民用飞机结构广泛使用的自动装配工艺基于数控工装、加工检测装置、数字定位等技术。加工单元主要包括孔加工单元、孔强化单元、自动注射单元、自动进料单元、紧固件插入单元、铆钉单元、环槽钉安装单元、钉安装单元、铆钉铣削平整单元、焊接单元等；检测装置包括摄影测量孔定位装置、法线检测装置、孔检测装置等。17，(1)孔单元用于钻结构和钻孔。孔单元通常由钻头主轴、钻头卡盘、位置反馈线性编码器、伺服进给机构、安全机构等组成。(2)孔强化单元通过芯棒对缝套管的膨胀来挤压孔，完成孔强化，提高连接孔的疲劳耐受力。孔强化单位主要由美国疲劳技术(FTI)公司开发。18，(3)在安装铆钉或螺栓之前，用于向孔中注入一定量密封胶的自动注射单元，在沉头孔侧通过旋转将密封胶均匀地涂在孔上。(4)自动送料装置用于完成紧固件的自动送料，有两种类型：料斗和升降箱。升降箱供应装置包括脱机扣件填充站、扣件储物箱、进料自动选择装置、升降箱手动清洁装置等多个部分。升降箱供应装置可以完成无头铆钉、环槽钉、螺柱铆钉、冲孔铆钉、环等的自动供应。19，(5)紧固件插入装置用于测量紧固件长度、插入间隙紧固件和安装干涉紧固件。紧固件插入装置的主要组件包括进纸头、带编码器的气缸、用于插入和安装的驱动器等；通过线性光栅编码器(光刻英尺)进行轴向定位；监测和确认紧固件插入过程；紧固件长度、方向、直径、干涉级别和安装速度的实时反馈等；20，(6)电磁铆接单元动力头轻量化、铆接效率、铆接干扰均匀。铆接装置采用滚珠丝杠伺服进给技术，实现了高精度、重复性和无油污染的铆接功能。21，(7)在使用环槽钉安装单元时，首先插入环槽，然后在钉尾侧自动安装环，并确保铆接。美国EI利用电磁铆接技术实现了波音和空客大型民用飞机壁板自动装配常用铆钉环槽钉的自动安装。(8)复合结构截面螺钉拧紧的自动安装钉安装单元已应用于航空飞机复合平尾自动安装。22，(9)端面铣削单元铣削平头铆钉、补偿头铆钉、冠铆钉等成形螺柱和单面螺柱安装后的突出部分，以确保飞机的气动外形。(10)焊接装置用于飞机金属结构的自动焊接装配。目前使用的先进技术有激光焊接、搅拌摩擦焊接等。23，(11)照片检查装置用于机器直观地标记、确认和校准加工点的位置。(12)法线检测单元使用多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，并将反馈发送给机器控制系统，以保证孔的垂直要求。24，(13)孔检测装置使用伺服控制探针测量孔的直径和同心度。在测试中，通过接近开关防止碰撞，保护实验室壁板或探针不受损坏。孔的数据通过机器反馈来识别分散情况。25，8.4自动装配系统、外国飞机自动装配技术已从单CNC自动铆接机和数控托架组成的自动铆接机发展到包括柔性装配工具、模块化加工设备、机器人在内的CNC定位系统、自动供应系统和数字检验系统的灵活装配系统。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、复合尾部柔性装配系统、机身壁板柔性装配系统、机器人柔性装配系统、机身环铆钉自动装配系统和自动对接平台等。26，(1)柔性壁板装配系统已广泛应用于空中客车系列飞机机翼壁板装配。大部分波音翅梁大部件自动装配中使用的柔性翼梁装配系统集成了电磁铆接技术和运动轭装配机械技术，最新发展内容为E5000(ASAT4)C-17第4代自动翼梁柔性装配系统。上述柔性装配系统最重要的特点是采用电磁铆接动力头和决定因素高速柱阵列柔性装配工装，可适应各种规格和尺寸的壁板或翼梁的柔性装配。27，(2)德国brons TJE开发的机身壁板柔性装配系统，在A380，B-737，C-17等飞机机身墙板上应用了自动环铆钉(铆钉)技术。(3)复合提升舵柔性装配系统完成后端测量和校准、壁板钻孔和铲、铆钉选择和供应、注射、铆钉、壁板表面波纹度测量等过程。28，空中客车飞机升降机灵活装配系统，29，(4)EI公司和空中客车英国公司共同开发了用于机翼壁板和骨架装配的机器人灵活装配系统。该系统的主要功能包括搭接壁板、壁板厚度测量、钻孔、孔检测、螺栓和环槽插入和安装。西班牙塞拉开发了一套用于自动装配A380尾翼扭转箱的Tricept805虚拟轴机器人装配系统(孔制造和剖面紧固件安装等)。德国开发了用于组合复合机身的机器人装配系统。30，8.5灵活的孔技术，采用现代产品，特别是大型飞机复杂的整体结构，寿命长，质量高，效率高，气动等要求，装配孔比以前更时尚、更严格；与此同时，现代飞机的复合材料、钛合金的比重大幅提高等飞机组装，尤其是大型飞机的情况下，通过自动柔性孔，出现了相当大的需求。31，32，用于海外飞机结构的灵活自动化孔技术及其开发包括：机器人孔、自动孔系统、灵活孔系统、并联机床灵活钻孔设备、便携式自动孔系统等。机器人孔是F-16复合垂直尾部壁板使用辛辛那提milcon T3机器人的钻孔、使用C-130飞机梁腹板的机器人自动孔、跟随波音F/A-18E/F超级大黄蜂后襟翼的单次cellendeffector(ONCE)机器人，33，自动孔系统可以为批量生产的大型零部件实现高效、高质量、低成本的自动灵活孔。运载火箭阿里安娜5号在结构制造过程中使用了两套自动提供系统，提高了生产能力和质量，改善了工作条件，减少了零部件总数。34、35、波音公司B-747、C-17等飞机机舱底部均采用自动化孔系统。过去，在装配中，必须将难以重新定位点的所有部分放置到固定夹具中，然后手动创建孔。现在，您可以使用自动孔系统自动定位和创建孔，从而大大缩短了流程时间，提高了孔质量，减少了体力劳动和工具成本。36、自动孔系统的最新发展A380一级机翼壁板装配用轻型CNC自动孔装置grade(gearribautoatedwingdrillingdrillingdrilling quipment)和horizontalautomatedwingdrade(hawde)GRAWDE的特点是从可拆卸基座中分离出来，并可安装在安装工装的其他位置的孔。水平自动翼孔系统HAWDE的优点是可以沿着安装工装抬起，并在其他位置运行。该系统的最大特点是动态自动校准刀具轴，精度达到150m。37，张道柔性孔系统，具有可重构的柔性工具，可适应各种类型和规格的张道的自动孔。为了完成F-35机身的灵活装配，NorthropGrumman设计和制造了五种自动钻孔系统(ADS)，这些系统构成了F-35自动机身灵活装配系统的一部分。38，在制造和组装时实现孔自动化，同时降低成本是非常重要的。因此，满足低成本、灵活、高质量孔要求的便携式自动化孔系统与配备许多工具的复杂结构自动孔系统相比具有很强的竞争力。波音公司开发的FlexTrack模块化柔性导轨孔系统就是这样。39，8.6自动铆接技术、自动铆接技术从20世纪70年代开始被普遍采用，目前外国飞机制造商正在用具有半自动或全自动支架的传统自动钻孔铆接机进行相当大的装配工作，GEMCOR还开发了全电动铆接技术，为用电动辊杆线性动力头完成铆接提供压力。所有电动铆接代替液压铆接已成为自动铆接机的发展趋势。40、目前世界各航空产业发达国家广泛采用基于自动铆接技术的航空装配技术。air bus A380 saiding配备4条用于上下机翼之间的灵活装配线，boing C17生产使用自动梁组件系统(ASAT4)套，美国EI为air bus英国企业开发的E4150灵活自动钻孔铆钉系统A330，41，机身壁板铆接设备，42，在批量生产中提高生产率也是自动化装配技术的重要原因之一。相反，大型飞机的结构大小大，结构装配空间开放，便于自动装配。随着大型飞机性能和水平的不断提高，在铆接装配中开发自动铆接技术势在必行。43、我国的自动铆接技术研究起步晚，基础不高。分包商生产中，为了满足海外装配技术的要求，自动铆接机(轧机头、波音737尾、米洛90-30等飞机机翼壁板的铆钉装配生产都使用了自动铆接机，但没有使用CNC支架，不属于实际的自动钻铆机)。44、徐飞与为满足ARJ21机翼壁板干涉协调要求而引进的自动铆接机一起开发了CNC支架，实现了自动铆接功能，填补了中国自动铆接技术的空白，为在大型飞机开发中应用自动铆接技术奠定了基础。目前，徐飞公司订购了美国EI公司的自动电磁铆接系统，在大型飞机开发中起着重要作用。45、ARJ21机翼壁板装配的自动铆接系统、46、自动铆接数字化设计、自动控制、塑料力学等多方面的知识。虽然中国已经完成了ARJ21壁板的自动铆接技术，但是为了在大型飞机开发中顺利使用自动铆接技术，在数字装配系统研究、装配过程中装配、支架结构变形分析、自动铆接工艺模拟和优化、数字装配系统、柔性工具研究等方面存在很多基本问题。这些问题的成功解决是应用自动铆钉技术的前提。47、此外，对自动钻孔铆钉技术应用中的几个工程问题的研究应给予足够的重视。在ARJ21壁板自动铆接中，由于工具、技术和设备等问题，有些铆钉不符合质量要求，需要解剖地重新铆接。无头钉目前只能在自动铆接机上进行，这会导致壁板二次数控支架和二次定位问题。铆钉的数量不多，但二次车床和定位需要在自动铆接系统上浪费很多时间。用便携式电磁铆接设备可以进行这种铆钉铆钉的铆接工作，无需二次车床，提高了大型自动铆接系统的利用率，降低了制造成本。随着48，8.6.2钛合金等难成型材料铆钉的铆接、钛合金等新材料在大型飞机结构中所占比例的增加，钛合金紧固件的使用量大大增加，现有铆接工艺已难以满足这些新材料的工艺要求。钛合金冷塑性下降，钛合金铆钉使