飞机自动钻铆技术探究

摘 要：飞机自动钻铆技术能够实现飞机机身、机翼等处壁板的自动钻铆装配，极大地提高飞机装配质量与装配效率。经过几十年的发展，自动钻铆技术在国外已广泛运用于航空航天制造领域，而国内在这一方面正处于起步阶段，技术水平普遍较低。为此调研国外先进自动钻铆技术的研究应用现状，以GEMCOR、Electroimpact、BROETJE三大国外自动钻铆设备供应商为代表，介绍各自技术特点及在自动钻铆技术方面最新的进展。同时，对国内自动钻铆技术的发展进行简要介绍，指出国内在这一技术发展中存在的问题。

关键词：航空壁板;自动钻铆

飞机壁板的连接质量对飞机的气动外形及其疲劳寿命有至关重要的影响，铆接作为一种传统的机械连接技术，由于其连接可靠、质量轻、成本低等特点被广泛用于航空航天领域，因此铆接质量对飞机的安全性能有重要的影响。影响铆接质量的主要因素有两个：制孔与铆接。

采用自动钻铆技术实现飞机壁板的制孔和铆接是提高飞机装配质量与效率的有效途径。自动钻铆设备按结构形式可分为龙门式自动钻铆系统、C型架式自动钻铆系统以及机器人自动钻铆系统。前两种设备刚性好，精度高，提供的铆接力大，可用于开敞性好的大型结构件的自动钻铆;机器人自动钻铆系统成本低，运动灵活，空间利用率高，可达性高，适用于开敞性差的壁板的自动钻铆装配。自动钻铆设备按铆接驱动方式又可分为气动锤铆、伺服压铆和电磁铆接。气动锤铆结构简单，体积小，铆接力小，易于集成，与工业机器人构成机器人自动钻铆系统已成为发展趋势。伺服压铆采用伺服电机驱动，行星滚珠丝杠传动，可实现高精度、大负载的伺服压铆，较传统的气动铆接具备更高的控制精度与柔性化的速度调节能力，能够按照设定的位移曲线或力曲线进行加载，目前已成功取代液压铆接广泛运用在飞机装配中。电磁铆接是在电磁成形工艺的基础上发展起来的一种新型铆接工艺，能够实现钛合金和复合材料的连接，以及大直径和难成形材料铆钉成形。

本文将以国外三大主要自动钻铆系统供应商的产品为例，论述自动钻铆技术研究现状，并对国内自动钻铆技术的发展、应用现状做简要分析。

一、国外自动钻铆技术研究应用现状

自动钻铆技术起源于20世纪50年代，经过几十年的发展，已成为能够自动完成定位、制孔、送钉、铆接及检测功能的先进制造技术。国外自动钻铆设备主要供应商以美国捷姆科（GEMCOR）、EI（Electroimpact）、德国宝捷（BROETJE）、意大利B&C（BISUACH&CARRU）为代表。此外，西班牙M.TORRES公司、法国ALEMA公司等在自动钻铆设备方面也有自己的产品[1]。

1.GEMCOR公司

GEMCOR（通用电气机械公司）是美国最早的自动钻铆设备制造商，已有超过75年的历史，也是世界各大飞机制造公司的自动钻铆设备主要供应商之一。经过几十年的发展，GEMCOR已研制出以机身、机翼、发动机吊舱等为加工对象的系列化自动钻铆系统。

此外，GEMCOR还研制了发动机短舱自动钻铆系统和机器人钻铆系统，发动机短舱钻铆系统能够实现对发动机短舱处多规格材料的铆接，包括铬镍铁合金、钛合金以及碳纤维复合材料等。GEMCOR机器人自动钻铆系统采用双编码器与视觉再同步技术提高机器人运动精度，从而满足飞机机身、登机门等飞机部件的自动钻铆装配。

2.EI公司

EI公司成立于1986年，以低压电磁铆接技术为核心，研制了一系列的自动钻铆系统，并已广泛运用在飞机装配中。经过30年的发展，EI已经成为世界自动装配领域最具竞争力的公司之一。其开发的自动钻铆系统包括E3000～E7000系列及机器人自动钻铆系统。

3.BROETJE自动化公司

BROETJE自动化公司是全球航空航天领域自动钻铆设备的主要供应商之一，其自动钻铆设备功能强大，种类齐全，广泛运用在空客、波音的装配生产线上，国产大飞机C919机身壁板装配采用的就是BROETJE的MPAC自动钻铆系统[2]。BROETJE公司已形成多功能自动钻铆设备体系，包括MPAC（MultiPanelAssemblyCell）通用壁板装配单元、IPAC（IntegratedPanelAssemblyCell）集成式壁板装配单、CPAC（C-framePanelAssemblyCell）C型架式壁板装配单元、RACe（RobotAssemblyCell）机器人装配单元、WPAC（WingPanelAssemblyCell）机翼装配单元等多种壁板自动钻铆系统。

BROETJE在机器人自动钻铆系统方面也实现了很大突破。2009年，BROETJE采用标准关节机器人，为欧洲直升机公司（Eurocopter）研制了一台飞机货舱门自动钻铆装配系统RACe。RACe在KUKAKR360工业机器人的基础上，通过机器人校准及压力补偿、网格补偿、温度补偿，使得机器人的定位精度提高到±0.3mm。采用新型多功能末端执行器，集自动制孔、涂胶、送钉、铆接功能于一体，实现飞机货舱门高效率自动钻铆装配。该系统最大压铆力达到3t，自动钻铆循环时间为10.25s。

二、国内自动钻铆技术发展现状

我国早在20世纪70年代初就对自动钻铆设备进行了相关研制工作，包括沈飞、哈飞及北京航空制造工程研究所等，但受限于工业水平，所研制的自动钻铆设备存在诸多缺陷，使得其无法在航空制造领域广泛运用。80年代后期随着改革开放与转包生产模式的发展，国内各大航空制造厂开始引进国外的自动钻铆设备，并在此基础上与国内高校合作进行自主研发，取得了一定的成果。如西飞公司引进了GEMCOR公司G4026SXX-120自动钻铆机，并在1995年与西工大联合研制了机翼托架系統。成飞公司在引进G4026型自动钻铆机后，与西南交大联合开发了数控托架系统。随着新支线客机ARJ21、国产大飞机C919等新飞机的研制与生产，以及更广泛的国际合作，国内自动钻铆技术迎来新的发展机遇[3]。

总地来说，虽然我国在自动钻铆技术领域经过多年的发展取得了显著的进步，但由于缺乏对自动钻铆技术的系统研究及高精度机床制造水平较低，所研制的自动钻铆设备精度低、稳定性差、可靠性无法保证，因此还没有广泛应用到实际的飞机装配中，国内自动钻铆技术从研制到实际应用还有很长的路要走。

参考文献：

[1]张辉.飞机装配设备及供应商一览[J].航空制造技术，2008（11）：71-73.

[2]陈文亮，姜丽萍，王珉，等.大型客机铝锂合金壁板自动钻铆技术[J].航空制造技术，2015（4）：47-50.

[3]赵向伟.计算机辅助自动钻铆技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2012.

作者姓名：

于国栋（19871025），男，籍贯：辽宁大连，职称：工程师，研究方向：飞机装配.