機器人技術與航空制造業

摘 要：各種工業機器人投入到航空制造業當中是一種航空航天領域的新興趨勢。我國各大航空制造企業紛紛通過向國外采購、自主研發、與科研機構聯合研制等方式來獲取各種航空制造的工業機器人。利用機器人制造航空部件是時代發展的必然趨勢，也是航空制造業邁向智能化和自動化的一大標志。我國應當積極研究機器人技術，順應時代發展的趨勢，提高我國航空制造業的工藝水平和技術含量。文章將介紹幾種機器人技術在航空制造業當中的應用。

關鍵詞：機器人；航空制造；智能化

前言

隨著全球經濟的發展，航空制造業的要求和標準也在發生變化。降低飛機的生產成本，提高飛機的綜合性能，是每一家航空制造企業都要考慮的問題。目前，機器人技術成為了各航空制造企業廣泛認同的發展方向。利用工業機器人制造航空部件，能夠提高航空部件的工作效率和精細程度。我國的各大航空企業已經開始展開相關研究，并且向國外的機器人制造商購買成品機器人，以求借鑒世界各國的成熟經驗。

1 機器人自動制孔

以往的生產模式當中，主要是利用風鉆鉆孔來進行制孔。但是風鉆鉆孔要花費大量的時間，而且對于孔位的精度難以實現有效控制，影響了飛機的整體性能。而機器人技術就能夠解決這一問題。利用多軸機器人進行自動制孔，首先保證了孔位的精度、孔口徑的精度還有锪孔的深度都能夠符合飛機性能上的要求，確保飛機的結構更加穩固，使用壽命更加長久。多軸機器人能夠在高精確度測量設備的幫助下進行精準定位，通過光學傳感器進行控制，并且對制孔過程中出現的動態誤差進行補償。自動化制孔需要及時對刀具進行冷卻潤滑，還要隨時監控刀具的磨損情況，末端的執行器也需要在制孔過程當中隨時進行壓緊、法矢測量、锪窩深度控制、鉆削軸向力檢測、吸排屑等過程，這些功能都可以通過多軸機器人的自動制孔來實現。另外，制造現代飛機的碳纖維復合材料和鈦合金材料都具有比較高的加工難度，在加工過程中會出現振顫、疊層間有間隙、復合材料發生分層等現象。這些現象也可以通過機器人的自動制孔來避免[1]。

2 表面噴涂

由于航空飛機的體型巨大，表面積大，噴涂復雜。所以飛機表面的噴涂是制造飛機的各個環節當中消耗時間最多的。比如一家空客A380飛機，表面需要噴涂的面積高達3150平方米。按照人工噴涂的方式進行折算，需要30名工作人員工作十天才能夠完成。在如此漫長的一段時間里，飛機表面的噴涂質量很難得到保證。另外，還要考慮到各種涂料容易對工作人員造成身體上的危害。而采用機器人進行自動化噴涂，就能夠確保噴涂的工作效率，保證噴涂的工作質量，還避免了損害工作人員的身體健康。我國在這一方面取得的主要成果有以下幾個方面：

一是大型、復雜曲面的噴涂規劃技術。這種技術為了應對表面結構復雜的航空產品的噴涂工作，將飛機表面劃分為若干區域，考慮到噴涂機器人的行動方式、各個區域之間的噴涂軌跡的銜接、機器人的分布位置，來指導各個噴涂機器人共同完成飛機的表面噴涂工作。

二是快速離線編程和運動仿真技術。由于航空產品的生產往往不是大批量的，所以噴涂機器人的作業對象經常會發生變化。運用這種技術能夠讓機器人適應不同的工作對象和工作流程，減少工作所需要的時間。

三是對涂層厚度的精確控制技術。在噴涂之間進行大量實驗，確定最佳的噴涂軌跡和涂層厚度，從而能夠實現對涂層厚度的精確控制，節省涂料的用量，減少補噴和打磨的次數。

3 柔性裝配

航空制造中以往的大型、固定的裝配型架已經被自動化的對接裝配系統所代替了，這是柔性裝配這一概念深入航空制造業的必然結果。自動化的對接裝配系統由自動化定位器、激光測量裝置和電氣硬件共同組成，指揮工業機器人進行裝配工作。自動化的對接裝配系統能夠控制機器人進行定位、裝夾、連接、固定、檢驗等工作，提高了飛機機體的裝配質量[2]。實現柔性裝配，首先需要在作業之前進行虛擬仿真，考慮在實體裝配的過程中哪里會發生碰撞，從而進行避免。其次，在進行裝配的過程中，要利用視覺傳感器監控各個配件、設備的位置，防止發生錯誤；還要通過力傳感器了解配件之間的接觸狀態，保證配件之間的柔性接觸。最后，要形成數字化的裝配生產線，規范機器人的工作流程，形成良好的工作秩序。

4 復合材料加工

飛機上的復合材料主要是指碳纖維復合材料。這種材料由于重量輕、強度高、抗腐蝕、抗疲勞、制造成本低等特點成為了飛機機體的主要材料之一。無論是民航客機還是軍事上用的戰斗機，都采用了大量的碳纖維復合材料。但是，碳纖維復合材料的編織、縫合、鋪放、膠粘劑及密封劑圖層等工序極為復雜，需要應用機器人技術來進行。利用工業機器人進行復合材料的加工時，機器人的末端執行器必須具備快換功能。這樣在縫合復合材料的時候，可以通過快換功能，縮短更換縫紉頭的時間。工業機器人能夠在線頭打結或者針尖磨損的時候，停止工作進行故障排除，在故障排除之后從原來的停止的位置繼續進行縫紉工作。

5 零部件搬運

在制造飛機的過程中，離不開大量零部件的搬運過程。利用移動輔助平臺，機器人能夠高效、準確地把零部件搬運到工作地點。移動輔助平臺幫助實現零部件搬運的方式有兩種：一種是大范圍搬運，在自動行走的小車或者氣墊車上安裝機械手臂，抓住要搬運的零部件以后，通過線路或者全球定位導航來尋找零部件的搬運位置，將零部件送到合適的地點；另一種是小范圍內的零部件搬運，主要是在工業機器人身上加裝高精確度的測量設備，通過測量設備定位零件的搬運地點，調整機器人的運動狀態，將零部件送到合適的地點。

6 連接、切割與檢測

航空產品的制造過程中，焊接是主要的連接方式。目前的航空制造已經開始利用機器人實行點焊、弧焊、激光焊等焊接形式[3]。傳統的人工焊接需要笨重的設備和較大的工作空間，在一些狹窄的部位難以進行。而工業機器人具有靈活性，通過離線編程技術和虛擬仿真技術完成焊接的過程。

另一方面，工業機器人在各種切割環節當中也有良好的表現。傳統的切割環節要采用笨重的切邊機，切割的精確程度也不夠。機器人的體型遠小于切邊機，而且利用火焰切割、等離子切割和激光切割，能實現高精度的切割程序。

在飛機的制造過程當中，為了確保飛機的整體性能，必須要進行各種性能參數的測試。在飛機各個部位設置檢測點，機器人通過末端的測量頭便可進行飛機各項性能參數的檢測，而且不會發生檢測重復和檢測遺漏，確保飛機的整體性能符合使用要求。

7 結束語

我國的航空制造業正在飛速發展當中，新材料、新技術、新工藝層出不窮。為了滿足未來社會對于航空產品高質量、低成本、高精度、高強度的要求，我國必須提升工業機器人的技術水平，并且投入到航空制造的生產當中。通過在各個航空制造環節當中的實際應用，將大大提升航空制造的工作效率和工作質量，促進我國航空制造業的智能化與現代化。

參考文獻

[1]王國磊，吳丹，陳懇.航空制造機器人現狀與發展趨勢[J].航空制造技術，2015（10）：26-30.

[2]黃奇偉，章明，曲巍崴，等.機器人制孔姿態優化與光順[J].浙江大學學報（工學版），2015，v.49；（13）：2261-2268+2275.

[3]張興振，李小強，李東升，等.新型鋁鋰合金2060T8板材銑削試驗研究[J].航空制造技術，2015，（3）：46-50.