基于自动钻铆机的飞机柔性工装设计技术

◎马吉川

在飞机制造中，钻铆装配是一道重要工序。由于近年来对飞机装配的效率、精度等各方面提出了更为严格的要求，原来的钻铆装配方式已经无法满足新时期的工作需要，在这一背景下自动钻铆机逐渐得到了推广使用。本文提出了一种基于自动钻铆机的飞机柔性工装系统，主要包括终端控制部分、动力系统、自动送钉模块、定位监测模块等，现就各个部分的设计技术和功能实现展开简要分析。

一、飞机柔性工装设计的发展现状

1.自动钻铆机工装结构进一步优化。

在飞机壁板装配中，自动钻铆机是一种常用的设备。但是以往使用的设备体积较大、结构复杂，除了会占用较多的装配空间外，还存在故障发生率较高的问题。在实际工作中，对飞机装配的效率、精度等都会造成不同程度的负面影响。因此，为了更好的满足飞机装配需求，近年来对于自动钻铆机的结构设计进行了持续优化，包括使用精密度更高、体积更小的微型零部件，代替原来较大的零部件，以及进一步提高自动化控制水平等。目前，无架型的自动钻铆机基本上能够满足飞机装配对于空间、效率和进度的要求。

2.预装配技术的灵活应用。

常规的预装配技术，需要人工将组件固定在工位上，然后完成制孔和铆接。进行下一工件的预装配时，由于形状、体积发生了改变，需要重新调整工装组件，这样就增加了工序，而且也不利于对预装配精度的控制。基于自动钻铆机的柔性工装设计，可以根据组件的形状、参数变化，自动完成定位与夹紧。这样就避免了人工反复调整导致的误差，并且在装配效率上也有了明显的提升。

3.柔性装配系统的推广使用。

在现阶段的飞机装配中，柔性工装技术得到了推广应用。现代飞机中使用的各类组件数量多、种类杂，柔性工装设计能够利用扫描设备，自动识别待加工、装配的组件，然后柔性装配系统的控制终端，从数据库中找到与之匹配的模型数据。自动对组件进行夹紧、固定，最后完成加工或组装。柔性工装技术的推广使用，明显的减轻了飞机装配的工作压力，同时该系统与自动钻铆机等设备配合使用，也极大程度上改善了飞机生产能效，这对于维护飞机制造公司的经济效益也有积极的帮助。

4.柔性工装的模块化设计。

在柔性工作设计中，如果对每一种类型的组件单独进行设计，除了会延长整个装机周期外，也会因为能效低下而影响经济效益。基于自动钻铆机的柔性工装设计，则采用了模块化设计。将那些型号虽然不同，但是有一定关联性、相似性的组件，划分成独立的功能模块单元。经过模块化设计处理，可以保证不同组件之间保持较高的兼容性，在进行组装后，有利于增加飞机整体协调性，对提高制造质量方面效果显著。另外，模块化设计在降低组件的生产生本等方面也发挥了一定作用。

二、基于自动钻铆机的飞机柔性工装系统设计

1.控制模块的组成。

控制系统是对具体的钻铆机作业形式进行直接控制的系统，在具体设计时，是借助PMAC、GEFanuc和CNC控制系统共同实现对钻铆机装配动作的控制。其中PMAC系统的主要作用是对钻铆机的循环作业动作进行控制，而GEFanuc系统则是对钻铆机的钻铆过程和定位过程实行的控制。最主要的就是CNC系统，可以在作业前期输入壁板组件的装配流程，在具体装配作业中，起到控制装配流程的重要作用。

2.动力模块的组成。

钻铆机动力系统提供整个钻铆装配工艺过程相应的液压、气压及电力等各种源动力，用于液压系统的结构主要有液压缸，电液比例控制阀、蓄能器、下铆头及升降梯控制等，液压系统提供大量的稳压驱动动力。电气系统应用结构主要有伺服电机、控制元件、液压控制卡、上下铆头安装、自动换刀库的控制及自动送钉系统元件。气压装置用于供应钻铆装配系统所需的润滑、注胶及铆钉的运送等。

3.定位与夹紧模块的组成。

钻铆机在柔性装配中，除了要保证能够夹紧工件外，在钻孔过程中也需要保证自身的稳定性。因此，基于自动钻铆机的柔性工装系统，可以根据工件位置、大小的变化，自动的对钻铆机的角度、位置等参数进行调整，确保自动钻铆机始终能够精准定位。在工件夹持方面，在夹紧模块中加入了压力传感器，用以判断组件的夹紧情况。根据传感器反馈的实施参数进行灵活调控。这样既可以避免因为夹紧力不足，在钻孔和铆接时出现组件偏移而影响加工精度的问题，同时又能够防止因为夹紧力过大，而造成组件表面受损、变形等问题。

4.钻孔与铆接模块的组成。

钻孔与铆接系统是钻铆机主要执行机构，自动完成飞机壁板制孔与铆接装置，保证飞机壁板制孔质量。其主轴系统主要由伺服控制结构控制主轴的转速、换位（涂胶/铣平/压铆）。在主轴制孔过程中实现全自动，润滑系统与冷却系统在主轴运转前后启动，通过精确控制润滑液与冷却液的时间和流量进行调节，保证刀具的耐用度和耐磨性。在制孔过程中吸碎屑系统及时收集产生的切屑，通过可编程控制器、输出电路及手动控制。在飞机蒙皮部分紧固件有密封性要求时，在制孔完成后通过控制器控制自动涂胶装置进行涂胶。最终通过自动送钉系统完成铆钉的装配，主轴由液压控制系统变换上铆头，下铆头上升完成铆接。

5.自动送钉模块设计。

自动送钉系统由装订器，储备柜和铆头送钉器设备共同组成。在装备结构发生改变时，可以在系统内部完成对铆钉型号的调整。根据实际作业需求，在自动送钉技术的基础上，也支持人工手动送钉。采用这种组合方式，保证了能够在自动送钉出现错误后，可以及时进行手动调整，保证了柔性工装的连续性。另外，自动送钉模块功能的实现，还需要与定位监测系统进行配合。这样可以随时检测铆钉装配情况，然后调整自动送钉的速度。

三、结语

在现代飞机柔性装配中，对技术创新提出了更高的要求。自动钻铆机的广泛应用，在提升装配效率、降低装配误差以及提高制造质量等方面，展现出了明显的技术优势。当前基于自动钻铆机的柔性工装系统，基本上可以满足飞机制造对于效率、精度等方面的需求。但是随着飞机制造行业的革新与发展，今后还要继续推进柔性工装设计的创新。除了自动钻铆机外，也要尝试其他新型装配设备的研发和应用，在切实提高装配质量的基础上，推动我国飞机制造业的发展。