基于自動鉆鉚機的飛機柔性工裝設計技術

◎馬吉川

在飛機制造中，鉆鉚裝配是一道重要工序。由于近年來對飛機裝配的效率、精度等各方面提出了更為嚴格的要求，原來的鉆鉚裝配方式已經無法滿足新時期的工作需要，在這一背景下自動鉆鉚機逐漸得到了推廣使用。本文提出了一種基于自動鉆鉚機的飛機柔性工裝系統，主要包括終端控制部分、動力系統、自動送釘模塊、定位監測模塊等，現就各個部分的設計技術和功能實現展開簡要分析。

一、飛機柔性工裝設計的發展現狀

1.自動鉆鉚機工裝結構進一步優化。

在飛機壁板裝配中，自動鉆鉚機是一種常用的設備。但是以往使用的設備體積較大、結構復雜，除了會占用較多的裝配空間外，還存在故障發生率較高的問題。在實際工作中，對飛機裝配的效率、精度等都會造成不同程度的負面影響。因此，為了更好的滿足飛機裝配需求，近年來對于自動鉆鉚機的結構設計進行了持續優化，包括使用精密度更高、體積更小的微型零部件，代替原來較大的零部件，以及進一步提高自動化控制水平等。目前，無架型的自動鉆鉚機基本上能夠滿足飛機裝配對于空間、效率和進度的要求。

2.預裝配技術的靈活應用。

常規的預裝配技術，需要人工將組件固定在工位上，然后完成制孔和鉚接。進行下一工件的預裝配時，由于形狀、體積發生了改變，需要重新調整工裝組件，這樣就增加了工序，而且也不利于對預裝配精度的控制。基于自動鉆鉚機的柔性工裝設計，可以根據組件的形狀、參數變化，自動完成定位與夾緊。這樣就避免了人工反復調整導致的誤差，并且在裝配效率上也有了明顯的提升。

3.柔性裝配系統的推廣使用。

在現階段的飛機裝配中，柔性工裝技術得到了推廣應用。現代飛機中使用的各類組件數量多、種類雜，柔性工裝設計能夠利用掃描設備，自動識別待加工、裝配的組件，然后柔性裝配系統的控制終端，從數據庫中找到與之匹配的模型數據。自動對組件進行夾緊、固定，最后完成加工或組裝。柔性工裝技術的推廣使用，明顯的減輕了飛機裝配的工作壓力，同時該系統與自動鉆鉚機等設備配合使用，也極大程度上改善了飛機生產能效，這對于維護飛機制造公司的經濟效益也有積極的幫助。

4.柔性工裝的模塊化設計。

在柔性工作設計中，如果對每一種類型的組件單獨進行設計，除了會延長整個裝機周期外，也會因為能效低下而影響經濟效益。基于自動鉆鉚機的柔性工裝設計，則采用了模塊化設計。將那些型號雖然不同，但是有一定關聯性、相似性的組件，劃分成獨立的功能模塊單元。經過模塊化設計處理，可以保證不同組件之間保持較高的兼容性，在進行組裝后，有利于增加飛機整體協調性，對提高制造質量方面效果顯著。另外，模塊化設計在降低組件的生產生本等方面也發揮了一定作用。

二、基于自動鉆鉚機的飛機柔性工裝系統設計

1.控制模塊的組成。

控制系統是對具體的鉆鉚機作業形式進行直接控制的系統，在具體設計時，是借助PMAC、GEFanuc和CNC控制系統共同實現對鉆鉚機裝配動作的控制。其中PMAC系統的主要作用是對鉆鉚機的循環作業動作進行控制，而GEFanuc系統則是對鉆鉚機的鉆鉚過程和定位過程實行的控制。最主要的就是CNC系統，可以在作業前期輸入壁板組件的裝配流程，在具體裝配作業中，起到控制裝配流程的重要作用。

2.動力模塊的組成。

鉆鉚機動力系統提供整個鉆鉚裝配工藝過程相應的液壓、氣壓及電力等各種源動力，用于液壓系統的結構主要有液壓缸，電液比例控制閥、蓄能器、下鉚頭及升降梯控制等，液壓系統提供大量的穩壓驅動動力。電氣系統應用結構主要有伺服電機、控制元件、液壓控制卡、上下鉚頭安裝、自動換刀庫的控制及自動送釘系統元件。氣壓裝置用于供應鉆鉚裝配系統所需的潤滑、注膠及鉚釘的運送等。

3.定位與夾緊模塊的組成。

鉆鉚機在柔性裝配中，除了要保證能夠夾緊工件外，在鉆孔過程中也需要保證自身的穩定性。因此，基于自動鉆鉚機的柔性工裝系統，可以根據工件位置、大小的變化，自動的對鉆鉚機的角度、位置等參數進行調整，確保自動鉆鉚機始終能夠精準定位。在工件夾持方面，在夾緊模塊中加入了壓力傳感器，用以判斷組件的夾緊情況。根據傳感器反饋的實施參數進行靈活調控。這樣既可以避免因為夾緊力不足，在鉆孔和鉚接時出現組件偏移而影響加工精度的問題，同時又能夠防止因為夾緊力過大，而造成組件表面受損、變形等問題。

4.鉆孔與鉚接模塊的組成。

鉆孔與鉚接系統是鉆鉚機主要執行機構，自動完成飛機壁板制孔與鉚接裝置，保證飛機壁板制孔質量。其主軸系統主要由伺服控制結構控制主軸的轉速、換位（涂膠/銑平/壓鉚）。在主軸制孔過程中實現全自動，潤滑系統與冷卻系統在主軸運轉前后啟動，通過精確控制潤滑液與冷卻液的時間和流量進行調節，保證刀具的耐用度和耐磨性。在制孔過程中吸碎屑系統及時收集產生的切屑，通過可編程控制器、輸出電路及手動控制。在飛機蒙皮部分緊固件有密封性要求時，在制孔完成后通過控制器控制自動涂膠裝置進行涂膠。最終通過自動送釘系統完成鉚釘的裝配，主軸由液壓控制系統變換上鉚頭，下鉚頭上升完成鉚接。

5.自動送釘模塊設計。

自動送釘系統由裝訂器，儲備柜和鉚頭送釘器設備共同組成。在裝備結構發生改變時，可以在系統內部完成對鉚釘型號的調整。根據實際作業需求，在自動送釘技術的基礎上，也支持人工手動送釘。采用這種組合方式，保證了能夠在自動送釘出現錯誤后，可以及時進行手動調整，保證了柔性工裝的連續性。另外，自動送釘模塊功能的實現，還需要與定位監測系統進行配合。這樣可以隨時檢測鉚釘裝配情況，然后調整自動送釘的速度。

三、結語

在現代飛機柔性裝配中，對技術創新提出了更高的要求。自動鉆鉚機的廣泛應用，在提升裝配效率、降低裝配誤差以及提高制造質量等方面，展現出了明顯的技術優勢。當前基于自動鉆鉚機的柔性工裝系統，基本上可以滿足飛機制造對于效率、精度等方面的需求。但是隨著飛機制造行業的革新與發展，今后還要繼續推進柔性工裝設計的創新。除了自動鉆鉚機外，也要嘗試其他新型裝配設備的研發和應用，在切實提高裝配質量的基礎上，推動我國飛機制造業的發展。