自动钻铆技术的发展及在生产中的应用

自动钻铆技术的发展及在生产中的应用

向军 张斌 胡轶新 李少华 付倩

航空工业陕西飞机工业有限责任公司   陕西西安   710089

  摘要：随着现代飞机制造技术的发展，对疲劳寿命和耐腐蚀性的要求越来越高。为了满足飞机的性能要求，航空工业正在开发各种尖端技术，包括机械连接和自动钻铆。自动钻铆技术不仅是实现工艺机械化和自动化的关键，也是提升飞机性能的关键。目前，在发达国家，自动钻铆技术广泛应用于航空工业，提高

了飞机的性能和水平，自动钻铆技术也在不断发展。

  关键词：自动钻铆技术；发展；应用↵

  在飞机制造中铆接装配非常重要，铆接装配估计占飞机装配的40%至50%。随着飞机条件的改善，铆接质量越来越受到重视，要满足质量、稳定性、高性能

和长寿命的要求。在此背景下，国际领先的航空公司波音和空客成功开发并应用了自动钻铆技术，实现了飞机装配自动化的突破，展示了强大的技术优势，推动了飞机装配历史性变革。

  一、发展现状

  机械连接技术是航空工业中使用的众多技术之一，机械连接、钣金和制造是飞机业的三大技术支柱。最初，连接占机械制造的40 %至50%。随着新技术的发展，如飞机复合材料的整体结构、胶接蜂窝、可扩超塑成形等技术不断提高，飞机连接部件的数量不断减少。由于铆接和螺接等它不能被其他结构所取代这对连接技术提出了更高的要求。随着计算机的发展自动钻铆系统已经从单台发展成为多台的自动钻铆系统，包括自动钻铆机或钻铆、托架、钉传递、真空集屑、传感控制等。例如，波音公司为B-767引入了自动机翼安装系统。该系统有4台装置组成，可以实现自动定位零件、定位孔、测量厚度，钻铆，整个循环工作8秒完成。

  二、自动钻铆技术的发展趋势↵

  飞机制造业实施数字装配技术的必然趋势。如果没有先进的自动钻铆，数字装配技术就无法成功，将自动钻铆应用于飞机结构是明智之举，呈现以下自动钻

铆技术趋势：

  1.在数字装配中，机翼壁板、翼梁等部件自动装配，壁板和翼梁的自动钻铆系统集成到柔性装配系统中，实现柔性的数字装配。对于新开发的装配，不建议

使用现有的自动钻铆机全自动托架，它们仍然与型架装配技术相关，与数字化装配不协调。↵

  2.工作柔性装配，低电磁/全自动铆接，数字定位系统。这为自动化钻铆技术在数字装配中的应用奠定了技术基础。

  3.第三级装配结构中装配机身机翼壁板与骨架技术是在安装过程中开发的，并越来越迫切地要求通过在先进飞机设计中壁板使用金属和复合材料，因此第三

级装配对自动钻铆/装配有极大的需求。

  4.为了充分挖掘钻铆机的潜力，提出了半自动托架系统。

  三、自动钻铆关键技术

  自动中钻铆作业是确定自动钻铆系统和壁板的相对位置，并按照规定的程序进行钻孔、送钉、插钉、涂胶和铆接等。钻铆自动系统拥有一系列关键技术，如

专用数字控制或终端机器人，包括设计布局优化、功能终端设计、数字辅助测量、自动匹配控制、编程和仿真。

  1.结构布局优化自动钻铆系统。国内外的自动钻铆系统具有不同的特点。C和D型制孔和铆接使用数控托架调平姿态角度。由于数控托架具有跨度大，易引

起颤振，因此刚度必须足以保证钻铆质量，并且在调整零件时具有较小的振动。龙门式结构主要采用末端执行器定位钻孔系统，使多轴联动钻铆机适应加工点，

比c型和D型自动钻铆更有效。然而，龙门式系统并未固定工装限制，壁板产品仍然需要使用上下架吊装等装配技术，结构非常复杂。现有的三大类自动钻铆必须配备数控托架或柔性工装，产品必须上下架吊装，且壁板尺寸限制，不能充分利用自动钻铆的最大性能。为了解决这个问题，浙江大学引入了内外侧铆头分离

式对称配置，提供了一种开放式地板产品，该产品可以采用双机双五轴联动设计，并集成到AGV系统中，实现产品的自动分配，将空心结构转化为装配线。

  2.多功能设计末端执行器。控制是自动钻铆系统的核心，直接决定着系统的效率和质量。根据自动钻铆系统的架构，每个系统都有两个内部/外部或上/下任

务头，这些任务头集成在多个功能模块中。多功能单元设计应采用模块化设计理念，研究机械性能，优化结构设计。对应自动C型D型，开发的系统可在小的刀库中控制12刀具或插钉头，以优化空间配置并降低刀具频率。由GEMCOR开发的自动钻铆系统具有高速线性电机转换器，转换速度为每分钟19固件，为系

统提供了柔性化。

  3.辅助测量技术。基于多场合数字协同控制是自动钻铆技术的基本要求，而基于数字协同方法的数字测量技术为高质量高效的自动钻铆提供了重要的技术支持。在自动钻铆系统中广泛使用的数字测量方法主要包括激光、视觉测量。激光跟踪器是一种非接触精密球坐标测量系统，基于角度编码器、续光在续和激光

技术，可实时跟踪空间目标。位于瑞士Lecia激光跟踪仪用于航空制造和装配。

  4.离线编程和仿真。编程和仿真技术处于自动化生产状态，根据产品的数字模型提取钻孔信息和元素类型，利用计算机软件进行在线建模和生产状态仿真，

创建在线运动控制程序，提高生产的安全性和效率，编程和仿真有三个主要组成部分。首先，对产品信息和分类系统进行3D建模和提取，考虑加工设备精确移动的安全性、稳定性和限制。优化运动路径和姿势，规划加工设备，为特定的加工产品和设备创建运动控制程序，最后进行运动模拟和干涉测试，以验证过程的合理性。

  5.自动控制压铆。主要特点是制孔精度，铆接力、铆钉墩头符合相应的质量要求。目前，影响铆接质量的主要工艺参数之一的压铆力。高质量铆接取决于控

制精度，自动控制下力控制模式压铆是有效控制的关键。自动钻铆技术是飞机装配实现的唯一途径，可以大大提高装配质量和效率。经过几十年的发展，已经形成了一个成熟的研究体系，广泛应用于自动装配。↵

  国内仍有一些重要技术尚未随着大型飞机方案的实施而发展起来，中国钻铆

技术将在现有研究的基础上引进国外先进设备，研究国外核心技术，发展国内钻

铆技术，使我国飞机实现自动化装配。

  参考文献：

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