自动钻铆

第一章 前言

1.1 前言

飞机制造中铆接装配占有十分重要的地位，据估算，飞机装配劳动量约占整个飞机制造劳动量的40%～50%，其中铆接占30%。随着对飞机性能要求的不断提高，人们愈来愈重视铆接质量，使其适应质量稳定、生产速率高、疲劳寿命长的要求。在这样的背景下，自动钻铆技术开发成功并首先在世界著名的航空企业波音、空中客车公司中得到应用，由此迈开飞行器装配自动化的步伐，并逐渐显示出其强大技术优势，促进了飞机装配的历史性变革。随着我国航空工业军民用飞机性能、水平等方面的不断提高，航空企业在铆接装配中也在不断地探索应用自动钻铆技术。

1.2 自动钻铆技术概述

自动钻铆技术从上个世纪50年代开始起步，经历了手动、半自动化、全自动化等阶段，在其发展过程中，不断吸收了其他技术，如自动控制、传感器、计算机仿真、计算机远程控制和远程通信以及机器人等领域中的新技术和新工艺。自动钻铆技术也因此成为一门综合多学科、多技术的专用技术，并逐渐向多任务集成、智能化、网络化方向发展。

当今世界飞机制造技术的发展趋势表明，在很长一段时间内，铆接技术仍将是飞行器结构部件最可靠的连接技术。然而旧的铆接方法手工作业劳动强度高，铆接质量差，己不能满足现代飞机生产制造的要求。自动钻铆技术已成为飞机制造业发展的必然趋势。

当代飞机制造技术的发展，对疲劳寿命、密封、防腐的要求越来越高，为了满足飞机对各种性能的要求，航空制造领域发展了各种先进技术，其中机械连接的干涉配合无头铆钉自动钻铆技术就是其中之一(图1-1为国外自动钻铆机)。

早期的自动钻铆技术仅限于单机的过程自动化，只能完成自动的切削加工和铆接等过程，尚不具备自动化定位的特点，可以看作是单台的加工机床。随着现代工程技术、自动化技术、数字制造技术和人工智能技术的日益完备和发展，自动钻铆技术实现了实质性的突破，已经初步形成了自动化装配系统。该系统的出现不仅大大提高了飞机制造的经济效益、社会效益和环境生态效益，而且对改进飞机设计方式和提高工艺技术水平也有明显的促进和推动作用，主要表现在

以下几个方面：

(1)通过数字化模型和智能化定位控制来完成飞行器组件的自动化装配。在

解决自动定位方式的过程中，逐渐克服了飞行器结构尺寸带来的影响，目前已经能实现超过180°机身超大型壁板的自动化铆接装配和15m以上整机机翼的自动化定位铆接装配。

图 1-1 国内自动钻铆机

(2)国外已经出现的自动精确引导对合定位装置，在自动化装配系统中起到了很好的协调作用。飞机的各个部分都有相应的专用自动装配设备与之对应，共用工艺数据库并传递飞机的数字化数据，完成部件制造，最终对分离的部件实现精确定位对合，完成总装。

(3)智能化机器人的发展也促进了自动钻铆技术向自动化装配系统的演变。目前，经过特殊设计的带颚式工作头的智能机器人可以进行如长桁、长桁夹和隔框之间等狭窄区域的连接以及剪切带的安装工作，可以达到很高的效率和自动识别精度。这为解决飞行器设计中的结构设计限制提供了新的解决方案。

(4)自动化控制技术的实现和突破大大提高了自动化装配系统的可靠性和实用性。飞机工艺技术也因此得到新的补充和发展。例如，由GEMCOR公司开发成功的无头铆钉挤压安装技术可以得到目前为止经实验证实的最好的干涉量，提高了铆接后的材料疲劳属性和密封性，可广泛应用于机翼部件和整体油箱部件。

(5)BR歍JE公司开发出的柔性托架系统可以自动适应任何形式的壁板形状且具有记忆功能，在铆接过程中，真空吸附头可在程序的控制下自动躲避下铆头的铆接和移动动作，极具智能性。

(6)自动钻铆技术今后的发展方向以及自动化装配需求将会使飞机设计技术与自动钻铆技术有机结合，在满足飞机自身功能和结构要求的前提下尽可能采用易于实现自动钻铆的设计结构，使其更加紧密地结合起来，发挥自动钻铆系统的

制造优势和技术特点。

未来的自动钻铆技术将向大系统方向发展，信息的网络化将使单一的设备有机地联系起来，进而形成自动化装配系统。在这个系统中，所有的数据资源被集中共享和处理，并能实现自动化调度，让所有具有不同结构和不同装配特点的自动化加工设备和自动化工装集中形成一体，自动完成从机翼、机身、发动机舱等部件到部件之间自动对合的工作，从而为最终实现数字化装配工厂打下基础。通过这种方式，可以达到远程设计、远程制造，从而为提高制造效率和充分应用制造资源提供基础平台。

但也要看到，要实现这种庞大的自动化装配系统，其投入费用是惊人的。目前只有少数发达国家的航空制造业与自动化科技公司在联合研制局部的自动化装配系统，以完成某一特定机型的自动化装配工作。但是可以相信，自动化装配系统技术应用方面的逐渐成熟，将会带动其他相关的智能化工装乃至智能化工厂方面的研究，最终实现真正意义上的飞机装配自动化。

1.3 国内外研究概况及发展趋势

1.3.1 国内自动钻铆技术发展简况

随着我国航空工业研制的新机52航空制造技术-2∞5年第6期种的性能、水平不断提高，在铆接装配中发展自动钻铆技术已经势在必行。我国自动钻铆机的研制起步较早，70年代初，原航空部曾组织有关单位研制过各种型号的自动钻柳机，但因种种原因没能坚持下去。分析其原因主要还是当时研制或生产的飞机机种对

图 1-2 G900自动钻铆机 图 1-3 G4026SXX-120型自动钻铆机

使用自动钻铆机没有迫切要求，由于没有型号需求的牵引，使得继续开展这项工作缺乏动力，加之当时研制的设备中所采用的元件、控制系统等均存在各种质量问题，致使工作被迫中断。到了80年代中期，各厂外协加工项目增加，开始承担一些民机小部件(如垂尾、平尾)的铆接装配，因国外要求进行这些部件的铆接装配时必须使用自动钻铆机，以保证达到所要求的质量，于是自动钻铆机又再度得

到应用。此外，我国的干线飞机研制也正在逐步开展，为了确保干线飞机的疲劳

图 1-4 加工A380的动钻铆机 图 1-5 加工波音737APU门的动钻铆机

寿命和安装质量要求，也迫切要求尽快发展我国的自动钻铆技术。此后，我国一些航空工厂先后引进了自动钻铆机。1985年，西飞公司引进一台从波音公司退役

图 1-6 西飞引进的GMECOR G400自动钻铆机 图 1-7 西飞与西工大联合制造的机翼托架

的二手设备G400，1992年引进G900。这两台机床均配以手动托架，分别加工美国波音和前麦道公司的垂尾平尾及法航、意航、加航的零件。随着国际间技术交流的不断深化，我国又同美国麦道公司合作生产干线机MD一90—30。西飞公司的两台自动钻铆机已满足不了生产的需求。1 9 9 3年又引进了GEMCOR公司的G4026SXX一120型自动钻铆机，用于麦道公司MD一90～30等飞机的机翼壁板的铆接装配生产。该机床引进时，未引进托架装置，1995年西飞公司同西工大联合研究、设计、制造了该机翼托架，采用了Z坐标两立柱支撑的结构形式。由于受当时工艺制造水平的限制，围框刚性不足，存在一定问题，而麦道干线机生产的下马使该项科研最终未进行下去。1998年西飞又引进APS公司的RMS335钻铆机，取代G400机床。与此同时，成飞公司先后引进了G4026、RMs335钻铆机，沈飞公司也引进法国的P R E C A 3 0 0和BR6TJE的BA96，2000年陕飞公司引进GEMCOR GRS6R30一120，配有自动送钉装置和法线传感器，但均未配置全自动定位系统。

飞机机械连接自动钻铆技术在国外发展极为迅速，而我国与国际先进水平差