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产品与技术面向飞机装配自动制孔系统研究现状分析成都航空职业技术学院机电工程学院 唐 越 郑金辉 张 冒飞机结构件机械连接主要采用机械连接方式，机械连接处质量对整个飞机的使用寿命有重要影响。
面向飞机装配的自动制孔系统应用于航空制造工程中的飞机数字化装配中，可以极大提高装配质量和效率。
对国外EI公司和宝捷公司，以及国内北航、南航、成飞、沈飞和上海交大等高校和科研院所制造的典型制孔系统的特点进行介绍，对制孔系统关键技术和发展趋势进行简要介绍，为自动制孔系统的研究提供参考。
飞机结构件的连接是飞机装配中重要的一环，目前主要以机械连接为主，最常用的形式为铆钉连接和螺纹连接。
飞机上有多达数百万连接处，而75%～80%的机体疲劳破坏发生在机身连接处，可见连接质量对飞机整体质量影响之大。
飞机零部件具有大尺寸、高精度、形状复杂等特点，传统飞机装配中的制孔以手工制孔为主，受到人工作业水平的限制，制孔精度差、效率低，难以满足飞机装配质量和效率要求。
以工业机器人技术为基础，加装制孔末端执行器，配合高精度在线检测设备组成的自动制孔系统越来越多地应用到飞机装配中。
制孔系统不仅工作空间大，操作灵活，制孔精度高，且大大提高了装配效率，降低了人工操作强度，是今后飞机装配的发展方向之一。
1.面向飞机装配的自动制孔系统研究现状近年来，航空制造业竞争愈演愈烈，尤其是在大飞机的制造装配行业中。
以波音、空客为代表的航空制造企业越来越多地将自动化和数字化技术应用到了飞机制造和装配中，进一步提高了产品质量，降低了生产成本，缩短了制造装配时间，国外飞机装配已基本实现自动化和数字化。
对传统飞机装配生产线进行改造，增强国家制造业核心竞争力，自动制孔系统有较大的研究价值和良好的应用前景。
（1）国外研究现状早在2001年，美国EI公司与空客公司联合设计了一套工业机器人制孔系统ONCE（one-sided end effector），该系统主要应用于波音公司超级大黄蜂机翼后缘襟翼的钻孔及锪窝工作，如图1所示，该系统可加工直径范围3.73~9.525mm，孔位精度±1.5mm，锪孔深度精度可达0.0635mm，空间绝对定位精度±0.508mm，制孔精度可以达到H8。
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。
飞机垂直尾翼自动制孔技术研究【内容摘要】本文简要阐述了自动制孔技术在某型机垂直尾翼中的应用，并对3种尾翼自动制孔方案进行了详细分析。
【关键词】垂直尾翼、装配工装、自动制孔1 引言随着中国民航的快速发展，对支线客机需求量日益增大，飞机产能的提高迫在眉睫。
因此如何提高产能问题成为了新机研制中重要的研究方向；而垂直尾翼作为飞机几大核心部件之一，壁板蒙皮制钻孔数量巨大，装配任务极其繁重，因此非常有必要针对垂直尾翼装配的新技术展开研究。
近年来基于机器人的自动制孔技术被广泛应用在航空制造业，极大的提高了生产效率和产品的交付质量，将自动制孔技术用于尾翼壁板蒙皮制钻孔会简化装配工序、提高尾翼装配效率，同时避免大量ADU钻模的应用，也会降低生产成本。
本文针对某型机垂直尾翼产品的自动制孔方案进行了研究和解析评估。
2 正文一、垂直尾翼自动制孔方案现根据垂尾产品制孔需要，制定了3种机器人制孔工作方案，分别是：固定式垂尾工装+固定式机器人制孔系统，固定式垂尾工装+移动式机器人制孔系统以及移动式垂尾工装+固定式机器人制孔系统，以下将对3种方案进行叙述和对比。
1 固定式垂尾工装+固定式机器人制孔系统:该种形式是在固定式垂尾工装左右翼面各设置一台固定式制孔机器人，该方案工装及制孔机器人系统稳定性好，制孔精度高，研发难度低。
但由于工装及机器人位置不可移动，这种方案基本属于专款专用，无法进行其他工装制孔的工作，而且算上平尾工装需要四台机器人才能完成左右翼面的制孔，因此该方案虽然能保证较好的制孔精度但是制孔系统适应能力差，成本非常昂贵。
2 固定式垂尾工装+移动式机器人制孔系统：该方案是垂尾工装固定，工装稳定性好，但制孔机器人系统需要围绕垂尾工装站位进行移动并且能够在完成垂尾工装制孔需求后行进到平尾装配站位进行平尾制孔作业，平尾工装与垂尾工装装配站位之间的间距有十几米远，因此该制孔方案虽然满足垂平尾制孔通用性要求并且研发成本相对1号方案低，但是机器人制孔系统的长距离移动会导致制孔精度及系统稳定性难以保证同时可移动机器人系统的研发难度相对较高，见图1。
第一章绪论【内容摘要】本章主要综述飞机数字化装配领域中自动化制孔技术在国内外的发展现状，介绍现场总技术的特点和发展现状，在此基础上阐明论文的研究背景和意义，提出论文的研究内容和总体框架。
１．１引言飞机装配是将零件、组件或部件按照设计和技术要求进行组合、连接形成高一级的装配件或整机的过程［１，２１。
由于产品结构尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多，飞机装配工作量大约占飞机制造总劳动量的４０％～５０％，与之相比，一般的机械制造只占２０％左右［３１。
而在飞机装配过程中存在内部空间紧凑，协调关系复杂，装配和安装的工作通路差等问题，使得飞机装配技术成为了制约我国飞机快速研制的巨大障碍【４］。
随着社会的进步和新技术的应用，航空制造业的竞争日趋激烈，市场对大型飞机的需求一般都是小批量多品种的，且产品的交货周期很短。
这对传统的基于型架和手工操作的装配工艺来说，无论是生产周期还是制造成本都无法满足现在的需求‘５１。
为了适应现代飞机制造业的发展，航空工业发达国家在飞机装配领域已广泛应用数字化柔性装配技术。
飞机数字化柔性装配技术是一种以数字化为基础，以自动化为依托，以敏捷化为目标，能够适应快速研制和生产及低成本制造要求、设备和工装模块化可重组的先进装配技术，是当前飞机装配的必然发展趋势［６，７１。
近一二十年来，以空客公司和波音公司为代表的航空制造企业大力发展数字化装配技术，率先从人工装配和半自动化装配进入自动化、柔性化、数字化装配时代，将飞机装配技术推向了一个新的高度。
飞机数字化柔性装配技术涵盖了数字化装配工艺设计、数字化柔性装配工装、虚拟装配、数字化自动钻铆、柔性制孔、装配集成管理控制和光学检测与反馈等多项技术【５１。
１．２自动化制孔技术研究与应用现状在飞机装配领域中，飞机结构件连接以机械连接为主，一架大型飞机上约有１５０～２００万个连接件。
据统计，飞机机体疲劳失效事故的７０％是源于结构连接部位，其中８０％的疲劳裂纹产生于连接孔处‘８，９１。
【⼲货】PDPS软件：机器⼈⼯作站⼯艺仿真操作流程前⾔PDPS是Process Designer & Process Simulate的简称，它们同是西门⼦公司Tecnomatix下的产品。
PD（Process Designer的简称），它的主要功能是数据管理与⼯艺规划；PS（Process Simulate的简称），它的主要功能是实现仿真验证与离线编程。
仿真操作时，⼆者需要协同配合共同完成仿真任务。
⼀、Process Designer操作1.创建项⽬创建新项⽬，设定项⽬根⽬录，项⽬名称与根⽬录的命名、根⽬录资源⽂件夹结构不同的⼚商会有不同的执⾏标准，参照执⾏即可。
创建新项⽬2.创建资源节点创建项⽬资源节点，⼀般情况下均包含Libraries（库⽂件）、Product（加⼯零件⽂件）、Process（⼯艺资源⽂件）、Working Folder（⼯作⽂件夹）、StudyFolder（程序⽰教⽂件夹）⼏个资源节点⽂件夹，当然仿真执⾏标准中会有对资源节点命名、⽬录结构的详细规定，这⾥暂不介绍。
创建项⽬资源节点3.导⼊资源数模在导⼊仿真资源数模前需要对数模⽂件格式进⾏转换，将其全部转换为带有*.cojt壳⽂件的*.jt格式⽂件，仿真资源均以库⽂件形式被导⼊，即带有Library后缀的库⽂件。
导⼊资源数模4.导⼊⼯件数模⼯件数模在导⼊之前也需要事先将其转化为带有*.cojt壳⽂件的*.jt格式⽂件，导⼊后的⼯件资源也是以库⽂件形式显⽰。
导⼊的⼯件资源需要被分配到Product⽂件夹下创建的⼯件数模资源节点下，以便后期进⾏仿真加⼯应⽤。
导⼊⼯件数模5.导⼊焊点数据PD中机器⼈焊点信息通常需要从外部导⼊，⽀持导⼊的数据⽂件格式包括：*.xml、*.ppd、*.csv。
其中，*.csv格式机器⼈焊点⽂件制作⽅法之前为⼤家介绍过了，这⾥不再赘述。
导⼊的机器⼈焊点数据同样以库⽂件形式显⽰，使⽤是需要将其投影到焊接板件上。
航空航天领域机器人化智能装配技术综述摘要：航空航天工业的发展直接代表和衡量了一个国家的科学技术水平和综合国力，而在航空航天产品制造领域除了先进技术、设计外，最为重要的就是装配制造，装配制造水平直接影响了航空产品的成本、投产周期和质量。
尤其航空航天产品结构复杂，精度要求高，对于装配制造提出了更高的要求和标准，而机器人化智能装配技术的出现，则为航空航天产品装配提供了更为有效的工具和方法，有效促进了装配效率、精度和质量的提升。
因此，文章就对航空航天装配中机器人化智能装配技术中的关键技术和相关应用进行了探讨分析，以供参考。
关键词：航空航天；工业机器人；智能装配；关键技术引言航空航天零件的结构非常复杂并且大小不同，在装配作业过程中难度较大，同时由于任务要求不同，经常会遇到狭小空间作业的情况，这就给利用通用工装设备开展自动化装配造成了困难。
所以在当下航空航天领域，零部件装配中多采用人工装配，而人工装配的精度、效率、质量等都难以得到有效保障，严重制约了航空航天工业的发展。
而随着现阶段机器人技术不断成熟，通过机器人装配可以获得更高的自动化程度和精准度，并且其在灵活性、适用性等方面也有了较大的提升，能够与大行程龙门行车、AGV作业平台等形成有效配合，进而实现高柔性、高自动化、高精度的智能化装配作业[1]。
所以在当下航空航天领域，对于机器人智能装配技术的研究也在不断增多，相关技术和设备也在不断成熟，为航空航天事业的发展做出了有效贡献。
1工业机器人简介工业机器人通常分为控制、驱动和主体三部分，主体部分主要模拟人体的动作，比如抓取、搬运等动作；控制系统则分为数据层，物理层和人机交互及部分；执行机构则包括机械臂、机械手等部分，机器人的功能性直接可以通过其动作的自由度进行体现，通常情况下机器人的自由度在三个以上，但是在现阶段部分高精度工业机器人自由度能够超过7个。
而控制系统则相当于大脑，其主要控制机器人按照提前编制的程序来进行各种动作；驱动系统则相当于人的肌肉骨骼，在获得控制系统的命令后，配合执行系统来完成各项操作[2]。
[摘要] 从分析影响孔质量的因素开始，总结了手工制孔的缺陷，从而引出自动化精密制孔技术的重要。
进一步论述了精密制孔的工艺和提高制孔质量的工艺措施，并列举了国外发达国家的一些精密制孔设备。
关键词： 孔质量 疲劳寿命 自动化 精密制孔[ABSTRACT] By analyzing the factors influenc-ing the holes quality, hand-drilling defect factors are sum-marised, and the importance of automatic percision drilling is pointed out. Percision drilling process and advance hole quality process are discussed, and some advanced percision drilling equipments from abroad are specialized.Keywords: Quality of hole Fatigue life Automat-ic Precision drilling在飞机的全部故障总数中，结构件损伤的故障数量一般占12％~13％，但是，因为机载成品系统在发生故障后能用新的成品代替，因此飞机结构件的寿命就决定了飞机的总寿命[1]。
目前飞机结构件采用的主要连接方法仍是机械连接，一架大型飞机上大约有150~200万个连接件[2]。
为了满足现代飞机高寿命的要求，可通过各种技术途径改善各连接点的技术状态（表面质量、配合性质、结构形式等），其中一个很重要的途径是通过自动化设备进行自动精密制孔，提高制孔质量。
1 制孔质量的影响因素1.1 圆度紧固孔的圆度是指孔的圆柱几何形状的正确程度。
只有孔的圆柱几何形状接近理论值，铆钉和螺栓安装后才不至于受到其他附加弯曲应力、挤压应力等的影响而降低其静强度和动强度。
飞机活动翼面自动制孔工艺装备设计技术发布时间：2022-05-30T05:30:07.893Z 来源：《工程管理前沿》2022年2月第3期作者：金钊代璠黄金波[导读] 根据飞机活动机翼表面自动钻孔的要求，结合车站更换要求进行自动钻孔，结合装配方案，形成了一套高强度、高定位精度的活动机翼表面设计方案金钊代璠黄金波陕西飞机工业有限责任公司723200摘要：根据飞机活动机翼表面自动钻孔的要求，结合车站更换要求进行自动钻孔，结合装配方案，形成了一套高强度、高定位精度的活动机翼表面设计方案，在家用机器中得到验证，工具附件降低50%以上，装配效率提高30%以上。
本文主要分析了飞机活动机翼表面自动钻井工艺设备的设计技术。
关键词：活动面；自动制孔；飞机装配；工艺装备引言活动翼面包括内翼、外翼、横向舵、升降舵以及方向舵，主要由上下翼面、梁、肋和关节组成。
传统的装配工艺是装配筋、梁、关节等部位，形成运动表面骨架，然后通过骨架定位完成墙板的装配。
伴随着飞机的发展，可以减轻飞机重量但难以装配的复合材料广泛应用于移动表面，给整个装配过程提出了更高的要求。
1、自动制孔的工艺程序1.1自动化制孔的站位布局从地面导轨型自动钻孔制造设备的高精度定位和大规模加工特点出发，通过使用运动模式工具实现了自动钻孔制造站，从而实现了灵活定位，提高了设备的钻孔成形效率。
其中，从预装配到自动孔加工，再到机架外部，必须使用相同的工具集运行移动表面零件，以确保装配过程的稳定性。
刀具的自动钻孔站采用杯锥系统，孔加工站底部设有一组定位孔，刀具框架底部设有与定位孔匹配的另一个连接。
此时，两个接头将一起工作，以完成工具的精确定位。
此外，安装移动曲面预安装工作站后，可以使用已登录的手推车将工具返回自动钻孔工作站，开始钻孔制造。
钻孔完成后，返回预装配站并开始机架下方的铆接工作。
1.2自动制孔的顺序当孔的制造顺序正确，订货方向顺利时，避免设备闲置，大大提高了产品质量和加工效率。
机器人自动制孔仿真工艺过程
作者：刘军刘胜张立安
来源：《环球市场信息导报》2013年第05期
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B787、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从事自动化装配（如喷漆、钻铆、焊接等）以及性能的检测与测试，从而极大提高了飞机生产的效率和质量的可靠性。
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。
采用机器人进行飞机结构件自动化钻铆工艺过程可以提高制孔、铆接质量，从而提高飞机制造装备的柔性和自动化程度，并保证飞机使用寿命，最终提高飞机制造的总体水平。
采用机器人进行飞机结构件自动化制孔在我国航空制造领域的应用还很不成熟，特别对于机器人自动制孔应用软件研究及制孔模拟仿真还没有完全掌握。
因此，对机器人自动制孔技术，特别是制孔仿真技术的研究至关重要。
自动制孔工艺流程设计
机器人制孔工艺流程设计主要是基于DELMIA-FASTIP机器人制孔方案，机器人制孔软件主要由DELMIARobotics V5（WL2+OLP）、FasTIP、PIK（BA-OLPS）或相当软件组成；利用DELMIA obotics V5（WL2机器人模拟+OLP机器人离线编程）软件的主要用途是建立起整个工作单元空间的位置关系，包括机器人自动加工系统，定位工装，产品零件，几何坐标工装，并且可以定义机器人的任务，进行仿真以及碰撞分析。
利用FasTIP软件制定钻孔离线编程解决方案。
利用PIK（BA-OLPS）离线编程系统用户化软件及机器人单元的CAD数模（简化的CGR模型），进行整体的运动过程仿真分析。
基于上述应用软件的功能，在Catia V5环境下，对机器人建立数字化模型，利用DELMIA的DPM建立工艺过程仿真环境，利用DELMIAIGRIP模块对制孔的过程进行规划、仿真及离线编程。
通过零件数模提取点位信息，采用FASTIP软件自动创建点的加工序列，补充中间点，根据加工要求创建机器人路径信息和加工程序，对机器人路径进行优化后，进行机器人运动仿真。
添加机器人约束的信号量和其他信号量，进行干涉及碰撞检查。
进行完整加工过程的方案后，生成机器人离线程序并将离线程序转化为机器人格式的代码，进行机器人的离线编程仿真及后置处理。
机器人仿真流程如图1所示。
自动制孔工艺过程仿真
基于达索公司开发的全底层共享的3D PLM解决方案，进行机器人自动制孔过程的模拟。
其中CATIA提供产品的设计解决方案，DELMIA提供工艺与资源的解决方案。
运用以工艺为
中心技术，针对关键性工艺实现端到端的解决方案，使用户能够利用数字化产品和资源模型，在产品投入生产之前，完成产品的工艺设计和验证。
仿真环境的创建。
装配仿真过程中，主要应用DELMIA的DPE（数字装配工艺设计过程）及DPM（数字工艺验证与装配过程仿真）模块。
前者是产品资源规划应用的平台，利用在产品设计初步阶段产生的数字样机或EBOM数据进行产品分析及工艺流程定义、制定总工艺设计计划、工艺路线制定、工时分析、车间设施布局及物流仿真。
DPM为工艺细节规划和验证应用的环境。
二者通过PPR Hub数据库共享数据。
在这里选用DELMIA DPM模块建立MRP仿真布局方案，如图2所示。
基于DELMIA将机器人六轴机械臂、末端执行器等进行整合，形成完整的机器人仿真模型，可在DELMIA里直接作为任务机器人进行调用。
创建机器人路径点信息。
CENIT FASTTIP模块在铆接和多层制孔等应用场合提供了规划、编程和验证新工件程序的增强功能以及强大的上传模块实现对现有部件程序的逆向工程。
在机器人自动制孔工艺过程中，机器人工具点TCP的路径规划关系到制孔位的准确程度，制孔点位的路径选择规划尤为关键。
利用CENIT软件的FASTIP模块，通过计算零件表面特征，自动生成路径点的矢量方向，提取工件中点位信息，生成加工路径点。
自动生成加工序列。
基于CENIT FASTIP，根据设定的序列规则将选定的路径点排序，生成加工序列在点序列生成的过程中，根据经验选取若干个典型的点序列规划规则，得到多个点序列规划，通过对比，选择效率最高的一组，根据机器人在空位上的具体的加工需求，指定接近/回撤距离，如图4所示。
机器人路径点优化。
根据CENIT FASTIP提取的点位，机器人末端执行器TCP点沿着所规划的路径运动，点位的矢量方向要与机器人工具点TCP矢量方向吻合。
受机器人手臂关节自由度的限制，TCP在两点之间运动经常会遇到不可到达的问题、或理论上与工件表面发生碰撞干涉现象，或者完成制孔动作后回撤动作。
对于这些问题需要调整路径点的矢量方向或增加过度点控制TCP可达区域如图5，对于机器人路径点优化我们前期已经积累一定的经验，这也是机器人离线调试中的关键技术。
机器人点位信号设置。
为了控制机器人运动及防止运动过程中多个设备发生干涉，需设置机器人信号，控制机器人末端执行器TCP运动的起始及终止条件。
根据工件工装布局的复杂情况，在某些点位设置信号如图6，与机器人之间通信，告之点位可达与非可达。
来有效控制机器人手臂的运动范围从而避免与工件设备碰撞。
机器人运动过程仿真。
通过Delmia 的OLP模块，进行整体的运动过程仿真，观察机器人在不同工位工作情况如图7所示，由于机器人采用6轴串联的结构，受到关节臂转动范围的影响，在某些空间上相邻点位的运动过程中，机器人手臂将会进行大幅度的转动或摆动，甚至会超过机器人关节转动角度范围。
在机器人运动仿真过程中，可通过Simulation Analysis Tool可
以发现这些问题，通过手动修改点序列的顺序，将这些相邻的点，划分到不同的加工路径上，避免在连续路径的点位加工中出现此类现象。
生成机器人离线程序。
模拟程序是指在虚拟控制器上运行程序，如同在真实的控制器上运行一样。
它是最完整的测试。
借助该测试，可以了解机器人如何通过事件和I/O信号与外部设备进行交互。
通过定制程序进行机器人离线程序后处理，将标准程序代码转换为符合机器人需求的离线程序。
通过机器人自动制孔流程设计和仿真分析，可以找到机器人制孔的路径分析和碰撞检查的仿真过程中，需要有长期的点位信号设置、和路径优化经验积累才能实现最优结果，而国内机器人自动制孔技术应用还不成熟，只能在实践中逐渐尝试，随着机器人自动制孔技术的逐渐应用和开展，此项技术也必将被国内航空制造业所掌握，大大提升我们的航空制造技术水平。
