浅谈柔性自动化钻铆系统在飞机部件制造中的应用

工业自动化中的自动化铆接技术随着科技的不断发展，工业生产领域也越来越注重提高生产效率，降低成本，并确保产品质量。

在此过程中，自动化技术又再次成为了工业界的热点话题。

而在众多自动化技术中，自动化铆接技术也开始引起了人们的关注。

一、自动化铆接技术概述自动化铆接技术是指利用先进的机器人和自动化设备来完成铆接过程的一种新型技术。

目前，自动化铆接技术已经被广泛应用在车辆、飞机、船舶以及建筑等领域。

这种技术在生产效率、产品质量和成本控制方面都有着显著的优势。

二、自动化铆接技术的优势1. 提高生产效率自动化铆接技术可以极大地提高生产效率。

由于自动化设备可以快速准确地完成铆接过程，生产线的铆接速度和输出量都可以得到大幅度提升，从而使生产效率得到了明显的提高。

2. 保证产品质量传统的手工铆接技术存在人为因素干扰的风险，而自动化铆接技术可以快速准确地完成铆接过程，从而消除了铆接中的人为误差。

此外，自动化铆接技术可以更加精确地控制铆接力度和接合密度，从而提高了产品质量并减少了因不良铆接引起的问题。

3. 降低生产成本传统的手工铆接需要大量的人工劳动，耗时且劳动力成本高。

而自动化铆接技术可以减少人工投入，从而降低人工成本，同时自动化设备的占地面积也相对较小，从而减少了工厂的租金和人员维护成本。

三、自动化铆接技术的应用1. 车辆制造自动化铆接技术在车辆制造领域得到了广泛应用。

在汽车生产领域，自动化铆接技术被用来完成车身和车门的铆接过程，从而提高了车辆的生产效率和产品质量。

2. 船舶制造在船舶制造领域，自动化铆接技术也得到了广泛的应用。

自动化铆接技术可以更好地应对铆接大型船体的问题，并且还可以提高船舶的强度和耐用性。

3. 飞机制造在航空领域，自动化铆接技术也是一个必不可少的环节。

传统的手工铆接技术不仅效率低下，而且难以保证铆接质量，容易引起事故。

自动化铆接技术可以减少人为因素的干扰，从而极大地减少了事故的发生概率，并且可以提高飞机的结构强度和耐用性。

飞行器钣金和铆装技术飞行器钣金和铆装技术是航空工程领域中重要的技术之一。

钣金工作是指用薄板金材料制造飞行器零部件的过程，而铆装工作是在钣金工作完成后用铆钉将各个零部件连接起来的过程。

本文将从以下几个方面展开讨论。

一、钣金技术钣金是指通过各种冲压、折弯、裁剪、压铸、拉伸等工艺对飞行器金属薄板进行成形。

飞行器钣金在制造过程中需要考虑多种因素，如轻量化、大小、强度等。

常见的钣金材料有铝合金、钛合金、锌合金、镁合金等。

其中，铝合金由于重量轻、耐腐蚀、加工性能好等特点，成为了航空工程领域中使用最广泛的材料之一。

钣金过程可分为以下几个步骤：1.设计：根据零部件的功能和彩图，设计出对应的模具，并结合材料特性和其他相关影响因素，进一步完善设计方案。

2.裁剪：将原材料按照尺寸要求进行切割，并计算出合适的裁剪量和裁剪方式。

3.冲压：将钣金加工成需要的形状，采用压力为材料施加外力，使其沿着模具形状变形而成。

冲压是钣金工艺中最常见的方法之一，可用于形状简单的零部件和大量生产的零部件。

4.折弯：将冲压好的零部件按照要求在指定位置折弯成形。

折弯通常需要在钳子、压辊或机械卷曲器中进行。

5.进一步加工：涵盖了打孔、切割、铣削等加工过程，根据零部件的需求将其进一步加工成所需的形状。

二、铆装技术铆装技术是将钣金成品组成的过程。

在飞行器钣金制造完成后，需要将各个零部件通过铆钉等连接件连接起来，形成整个飞行器的机身或部分机身。

铆钉作为连接件使用时需要经过以下几个步骤：1.钻洞：在需要连接的钣金零部件上钻相应的洞。

钻孔通常在整个过程中是最关键的环节之一。

专业的钻孔设备可以保证孔径尺寸和距离的精确量度。

2.调整：将所有零部件加工完成后，需要将其进行调整。

调整主要是通过螺栓、螺母进行的。

调整后的零部件可以保证在铆装过程中的位置相对稳定。

3.铆接：将铆钉插入洞中，然后在反面用铆钉枪将铆钉固定或穿过所有零件并固定。

铆钉连接通常具有以下几个特点：1.强度高：铆钉连接可以提供强大的力学性能，确保飞行器零部件的固定和连接。

飞机装配中自动制孔技术的应用与研究发布时间：2023-03-21T02:00:40.132Z 来源：《工程管理前沿》2023年1月1期作者：侯海龙[导读] 随着现代航空技术的发展与进步，用户对于飞机的安全性、舒适性、实用性等要求越来越高，如何高质量、高效率的准时性交付就成为了国内航空制造企业的核心竞争力。

与传统手工制孔工艺相比，自动制孔技术在飞机装配中的广泛应用已成必然趋势。

侯海龙（中航西安飞机工业集团股份有限公司，西安，710089）【摘要】随着现代航空技术的发展与进步，用户对于飞机的安全性、舒适性、实用性等要求越来越高，如何高质量、高效率的准时性交付就成为了国内航空制造企业的核心竞争力。

与传统手工制孔工艺相比，自动制孔技术在飞机装配中的广泛应用已成必然趋势。

为提高制孔工作效率和质量，本文重点介绍了半自动制孔和自动制孔技术众多高新科技与飞机制造行业的深度融合。

关键词：随着航空产品更新换代加速和对性能要求不断提升，飞机制造业对飞机装配技术提出了高质量、高效率、低成本的生产要求。

在航空产品的制造、装配过程中，机械连接是目前应用最广泛的连接方式[1]。

制孔质量的好坏则直接影响产品机械连接性能与服役寿命。

自动制孔技术是工艺机械化、自动化的需要，也是飞机自身性能提升的需要。

飞机自动钻铆技术是当今世界飞机自动化装配的先进技术之一，具有钻孔、铆接质量好，生产效率高，劳动条件好，操作者容易掌握等特点。

由于近年来机器人技术的迅猛发展，加之其投资降低、自动化程度高、工作性能稳定、可达性好等优势，在航空制造过程中正得到越来越多的应用。

以波音787、A340、A380、F-22、F-35等为代表的新型飞机，在其制造过程中大量采用机器人进行自动化装配及性能的检测与测试工作，从而极大地提高了飞机的生产效率和质量可靠性。

据国外统计资料表明，采用机器人对飞机部件进行钻孔加工，单台机器人每年可完成100万个紧固件的高质量制孔。

飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用【摘要】飞机装配是航空制造领域的重要环节，而传统的飞机装配方法面临着诸多挑战，如装配效率低、装配精度难以保证等。

为了解决这些问题，飞机柔性装配方法逐渐被引入。

本文从飞机柔性装配方法的发展历程、优势、关键技术、具体应用案例以及未来发展方向进行了探讨。

通过对比传统方法和柔性装配方法的优劣势，我们可以看到飞机柔性装配方法在提高装配效率、保证装配精度等方面具有明显优势。

未来，随着技术的不断进步，飞机柔性装配方法的应用范围将会更广，推动飞机装配工艺的不断完善。

飞机柔性装配方法的意义和可行性已经得到验证，具有广阔的推广前景，将为飞机制造带来更多的解决方案和发展机遇。

【关键词】飞机装配、柔性装配方法、发展历程、优势、关键技术、具体应用案例、未来发展方向、意义、可行性、推广前景1. 引言1.1 飞机装配简介飞机装配是指将飞机的各个部件按照设计要求组装在一起，形成完整的飞行器的过程。

飞机装配是整个飞机制造过程中的最后一道工序，也是最关键的一环。

在装配过程中，需要确保各个部件的精确配合，保证飞机的结构完整性和航空安全。

飞机装配的复杂性主要体现在以下几个方面：一是飞机的结构复杂，由大量不同的部件组成，需要确保每个部件的位置和连接都准确无误；二是飞机的尺寸巨大，涉及到大量的人力和物力资源；三是飞机的装配过程需要严格遵守航空标准和要求，对操作人员的技术要求很高。

面对这些挑战，飞机柔性装配方法应运而生，为飞机装配提供了新的解决方案。

通过引入柔性装配技术，可以实现自动化装配、智能化装配和高效率装配，提高飞机装配的精度和效率，减少人为因素的干扰，降低装配成本，提高装配质量。

飞机柔性装配方法的发展为飞机制造业带来了新的发展机遇和挑战。

1.2 飞机装配的挑战飞机装配是一项复杂而重要的工程任务，面临着诸多挑战。

由于飞机的结构复杂多样，每一架飞机几乎都是独一无二的，这就要求在装配过程中需要考虑到各种不同的设计要求和特性。

飞机数字化装配技术摘要飞机装配是飞机制造过程的主要环节,飞机装配过程就是将大量的飞机零件按图纸、技术条件等进行组合、连接的过程。

迄今为止,飞机装配技术已经历了从手工装配、半机械/半自动化装配、机械/自动化装配到柔性装配的发展历程。

随着计算机辅助设计,计算机辅助制造技术、计算机信息技术、网络技术的发展，数字化装配从根本上改变了飞机传统的设计与制造方式，大幅度地提高了飞机设计制造技术水平。

飞机装配协调技术从传统的以模线、样板、标准工装为主要载体的模拟量传递协调系统，发展到现在采用数字量传递的方法进行工装和零、组、部件的制造以保证其协调性,而且在装配过程中采用的数字化测量技术是飞机制造业的一次革命性的变革。

飞机装配工装技术伴随着飞机装配技术的发展而发展。

一般对于飞机装配产品尺寸较大、形状较为复杂,为了能够更好地保障飞机整体结构上的稳定性和可靠性,目前我国飞机制造企业纷纷采用数字化处理技术,实现对飞机装配整体结构上的加固。

本文通过对数字化装配技术的特点以及目前我国飞机装配技术现状进行简要分析,从而对飞机装配数字化应用和技术要点进行详细说明,为全面提高飞机装配协调性和稳定性提供坚实的基础。

关键词：飞机装配、数字化装配、数字化测量技术AbstractAircraft assembly is a key link in the aircraft manufacturing process, aircraft assembly process is the process in which the large number of aircraft parts were combined or connected according to drawings and technical conditions. So far, aircraft assembly technology has experienced from the manual assembly, a semi-mechanical / semi-automated assembly, mechanical / automation assembly to the flexible assembly. With the development of computer aided design, computer aided manufacturing technology, computer technology and network technology, digital assembly fundamentally changed the design and manufacture of traditional aircraft, and improved the aircraft design and manufacturing technology greatly. The coordination technology of aircraft assembly has changed from the traditiaonal ways which uses mold line as the main carrier, to the digital transmission and digital measurement technology used in the assembly process is the aircraft manufacturing industry is a revolutionary change.The aircraft assembly tooling technology developed with aircraft assembly technology. Generally for aircraft assembly product size, shape, were more complex, in order to better safeguard aircraft structure on the stability and reliability of the whole, at present, China's aircraft manufacturing companies to adopt digital processing technology, implementation of aircraft assembly on the overall structure of the reinforcement. This article through to the characteristics of digital assembly technology, and made a brief analysis of the present status of the aircraft assembly technology in China, which application and technology essentials of aircraft assembly digital detailed instructions, to improve the aircraft assembly coordination and stability provide a solid foundation.Keywords: Aircraft assembly, Digital assembly, Digital measurement technology一、概述近年来，随着亚太地区劳动力成本低廉，全球制造业迅速向亚太地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地。

飞机制造中的装配连接技术在飞机制造中，装配连接质量直接影响飞机结构抗疲劳性能与可靠性，高性能航空器连接结构必须采用先进的连接技术，如先进焊接技术、胶接技术、扩散连接技术以及先进的机械连接技术。

目前国外在装配连接技术上使用了激光辅助定位、计算机辅助光学经纬仪系统进行装配对接、应用计算机辅助钻削系统并采用机器人化的装配单元大大提高飞机结构抗疲劳性能，减少了操作人员数目，延长飞机的使用寿命。

其主要的连接技术发展主要表现在以下几个方面。

1、自动钻铆技术自动钻铆技术并不是一项新技术，但其发展一直未曾间断。

国外目前现役军、民用飞机的自动钻铆系数分别达到17%和75%以上，大量采用无头铆钉干涉配合技术，新型紧固件有无头和冠头铆钉、钛环槽钉、高锁螺栓、锥形螺栓以及各种单面抽钉等，80%铆接和100%的不可卸传剪螺栓连接均采用干涉配合，而且孔壁还要进行强化。

自动钻铆技术从70年代起就在国外普遍采用，如波音民机的壁板机铆系统已达60%-75%，麦道军机也已达17.5%，但是真正的全自动钻铆还需要解决工件定位和校平问题。

近年来，铆接正向机器人和包含机器人视觉系统、大型龙门式机器人、专用柔性工艺装备、全自动钻铆机和坐标测量机组成的柔性自动化装配系统发展。

如B767、B777采用了翼梁自动装配系统，提高效率14倍，费用降低90%，废品率降低50%。

而且由于进一步的改进使钻铆工具能够到达以前难以达到的部位。

如通过采用特制的紧固件，只在部件的单边需要工具，与通常的C型机在部件两边进行连接有所不同，克服了工具难以到达部位所产生的问题。

另外，军用飞机和民用飞机在自动连接方面有所不同，民用飞机由于部件大、紧固件种类少较易实现自动化，而军用飞机由于部件尺寸小且复杂、紧固件种类多而较难实现自动化装配，如麦道军用飞机公司的紧固件自动化装配程度只有大约17.5%，他们的努力的目标是达到20%。

以F-18为例，把一纵梁连接到四分之一板上需要三种铆钉，每一种铆钉都需要重新安装工具，这样在安装工具上要花费很多时间，而且大多数自动化装配设备都是固定在车间内的，不仅大且不具备柔性，鉴于这种原因，促进了手动钻孔、手动铆接机等工具的使用范围。

飞机装配自动进给钻应用及精度控制摘要：随着新型钛合金材料、复合材料、高硬度高强度钢等难加工材料在飞机制造中大量采用以及飞机装配工艺对制孔精度、效率要求的提高，传统的手动制孔逐步被半自动制孔和设备制孔取代。

由于自动进给钻制孔相比机器人、钻铆机等设备具有制孔空间需求小、操作简单、工具费用低等优势，在飞机装配中逐渐被推广应用。

目前，国内飞机装配领域使用的自动进给钻及自动钻应用技术均从国外引进，国内对自动进给钻应用技术及影响其制孔精度的配套刀具、钻套技术研究较少，ADU应用技术长期依赖国外工具供应商。

关键词：自动进给钻；刀具；导套；制孔精度；复杂孔系的制孔引言制孔加工是飞机装配过程中的重要工作之一。

生产效率的高要求，加工质量、精度的苛刻标准，以及复合材料、钛合金等难加工材料的大量使用，使得飞机装配制孔技术不断面临新的挑战。

而基于不同切削原理的制孔新方法与技术装备，成为解决当下飞机装配制孔难题的途径之一。

1自动进给钻应用选型自动进给钻主要部件包括动力部件、连接定位部件(钻模板、压紧钉、引导套)、切削刀具等。

在飞机装配制孔过程中，自动进给钻提供扭矩、转速、进给、冷却、碎屑等功能，关键参数包括结构、功率、进给、转速、行程等。

通常情况下，自动进给钻的应用选型原则如下。

（1）根据制孔空间和制孔要求，选择自动进给钻的结构，有转位卡口型、膨胀夹头型、C型、偏移头型等几种形式，不同的结构的制孔功能和空间需求不同。

在空间允许的条件下，一般选用转位卡口型，钻锪一体时选用膨胀夹头型，制孔空间狭小时，选用偏移头型。

（2）根据被加工材料及孔径大小确定自动进给钻的转速、进给。

在多种叠层材料制孔时，自动进给钻参数选用采用“就难”原则(如钛合金和铝合金叠层制孔，转速、进给以钛合金加工参数为准)。

（3）自动进给钻功率与制孔孔径大小、材料加工难易程度相关，通常选用涡轮马达且主轴输出功率大于1.3kW。

（4）根据材料厚度、钻模厚度、排屑空间、钻套系列及刀具结构，确定自动进给钻的加工行程。

飞机装配制孔装备的探究与分析飞机结构件通常尺寸庞大，结构复杂，装配制孔很难在通用数控加工设备上进行，往往需要开发大型专用数控设备。

经过几十年的发展，国内外开发出了多种专用制孔设备。

1.手工制孔。

手工制孔即工人通过手持工具完成制孔加工。

通常采用的制孔工具包括气钻、手电钻等，其中以气钻使用居多。

手工制孔对加工设备依赖性低，对工件的适应性强，有一定灵活性，是飞机装配中最为原始的制孔方法。

但由于其存在生产效率低，加工质量不稳定，操作者劳动强度大等缺点，已不能满足现代飞机装配的制孔需求。

2.半自动制孔。

半自动制孔是指采用带有自动进给功能的手持工具完成的制孔。

由于手工制孔方法存在很多不足，一些公司改进了手持气动工具，集成了自动进给机构与定位固定工装，实现了飞机结构件装配的半自动化制孔。

自动进给制孔工具需要配合专用工装夹具使用，制孔前在对应部位安装自动进给钻的工装（如钻模板等），再通过人工将自动进给钻与其对接，一个孔加工好之后人工移动自动进给钻到另一个位置。

和手工制孔相比，半自动制孔加工过程中不再需要人手把持，切削力和制孔工具自重由工装承受，加工过程更加平稳，制孔质量提高，一致性更好，劳动强度降低。

采用自动进给钻的半自动制孔技术在国内外飞机装配中，尤其是大直径孔加工中获得了较多应用，是当前的主要制孔方法之一。

瑞典NOVATOR公司开发了螺旋铣孔自动进给制孔工具，其操作方法与传统自动进给钻基本相同。

NOVATOR公司开发的螺旋铣孔设备已经被波音公司批量采购，用于波音787飞机的生产中，并取得了良好的加工效果。

与传统自动进给钻相比，采用螺旋铣孔原理的自动进给制孔设备对大直径孔的加工能力更强，无需“钻—扩—铰”的复杂工艺，一次加工即可达到精度与质量要求，生产效率更高。

半自动制孔方式自动化程度低限制了生产效率；但由于这种制孔装置相对简单、成本低、技术成熟，在今后相当长的时间内仍将是飞机装配中有推广应用价值的重要制孔方法。

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。