表 1 人與機器兩種裝配系統的工作特性 Table 1 Characteristics of man assembly system and machine assembly system
配件裝配的需求。
(4)
現代大型飛機的裝配要求實現數字量協調 ,裝配過程實現數字化制造 ,滿足數字化設計 /制造一體化的需要 ,減少或消除實物模擬量協調工裝 ,降低成本。
(5)
適應復合材料及其混合結構裝配的需求。大型飛機上復合材料及其混合結構用量越來越大 ,自動化裝配技術是復合材料結構制孔和精確裝配的保證。
(6)
裝配的柔性化要求。實現柔性裝配可減少裝配工裝數量 ,降低研制成本、減少占地面積、縮短生產準備周期 ,實現快速研制 ,而柔性
v足≈80 m/ min 速度
v手≈180 (°)/s
加速度 a =01 2 g
過程數 有限 (10～100個操作 ),需要培訓記憶能力 定位精度有限 (需要引導 )抗疲勞能力容易疲勞
裝配需要自動化的柔性裝配工裝和裝配設備來保證。
圖 1反映了飛機裝配成本、產量、裝配自動化水平、裝配效率、裝配質量 (裝配精密度)、裝配系統投資諸因素之間的關系 [3]。如只考慮成本的因素 ,單架生產或少量生產會促使人們盡量采用人工裝配方法 ,而大批量生產的民機裝配實現低成本則需要盡量提高自動化水平。由于大型飛機裝配要綜合考慮裝配質量、裝配成本和裝配效率 ,從圖 1中可以看出 ,不斷提高裝配自動化技術水平是大型飛機制造的必然趨勢。
v線性 ≈300 m/ min
v旋轉 ≈360 (°)/s
a ≥2 g
無限 (取決于計算機存貯能力 )
很高 (可達 ± 01 02 mm,取決于運動機構 )
不易疲勞
圖 1 裝配自動化水平與單機成本的關系 Fig11 Relationship between automatic assembly level and cost of single aircraft
2 國外發展狀況
近十余年來 ,以 B777 ,B787 ,A340 ,A380 ,C2 17為代表的新型大型軍民用飛機集中反映了大型飛機先進裝配技術的現狀和發展趨勢 ,體現在采用基于單一產品數據源的數字量尺寸協調體系 ,實施數字化尺寸工程技術 ,通過裝配仿真和虛擬現實技術等虛擬制造技術實現裝配過程優化 ,應用柔性模塊化的工裝技術、加工和檢測單元并集成應用為一系列的自動化裝配系統進行機體結構的自動化裝配 [426] ,大量采用長壽命連接技術 ,實現了飛機結構高質量和高效率裝配 ,以滿足大型飛機長壽命、高可靠性、低成本和高效率制造的要求。
世界航空發達國家的飛機自動化裝配技術 ,動鉆鉚系統向由自動化裝配工裝、模塊化加工單元[7]、數字化定位和檢測系統、復雜多軸數控系統和離線編程與仿真軟件等組成的的自動化裝配系統發展 ,大部分基于 CA TIA平臺進行設計 ,保證了裝配系統與飛機產品的數字化協調。國外大型飛機自動化裝配技術基本上按裝配產品的結構形式和特點來發展 ,國外發展的自動化裝配系統主要有柔性機翼壁板裝配系統、柔性翼梁裝配系統、復合材料升降舵柔性裝配系統、機身壁板集成單元 ( IPAC)、機器人柔性裝配系統、機身柔性裝配系統等。圖 2和圖 3總結了國外在機翼和機身裝配自動化的應用情況 [3]。
機翼柔性壁板裝配系統以空客系列飛機機翼壁板柔性裝配系統為主 ,包括空客 A320/ E4000/
等機翼
圖 2 機翼的裝配系統 Fig12 Assembly systems of wing assembly tasks 圖 3 大型飛機機身結構及其自動化裝配應用情況 Fig13 Structure of large aircraft fuselage and assembly systems in use
柔性翼梁裝配系統源于波音公司的自動化大梁裝配設備 (ASA T)計劃。 ASA T計劃起始于 B767翼梁的自動化裝配系統 ,隨后不斷發展并集成到大多數波音民機 (B767/ ASA T1 , B777/ ASA T2 ,B737/ ASA T3)生產線上 ,而用于 C217大型軍用運輸機翼梁裝配的 E5000 (ASA T4)屬于第 4代自動化翼梁柔性裝配系統。這兩類柔性裝配系統最顯著特點是都采用了電磁鉚接動力頭和決定性柔性裝配工裝 ,能適應不同規格和尺寸
的壁板或翼梁的柔性裝配。德國 BR TJE公司開發的機身集成裝配系
;統 ,則采用了基于模塊化的 PO GO柱單元的柔性工裝系統、自動鉆鉚和環鉚技術 ,并在波音和空客等飛機機身裝配上得到了普遍應用。機器人裝配系統主要用于機體壁板裝配以上較高一級裝配水平如翼盒、機身段的裝配等。 Electroimpact公司與空客英國公司聯合開發了一種機器人柔性裝配系統 ,用于機翼壁板與骨架
的裝配 ,該系統集成了 4種主要功能 :壓緊壁板、探測壁板 (厚度 )并鉆孔、孔檢測、插入螺栓或環槽釘并安裝。西班牙 SERRA公司提供了一套基于
Tricept805虛擬軸機器人的裝配系統用于 A380復合材料尾翼扭力盒的自動化裝配 ,包括制孔和安裝單面緊固件等。
復合材料升降舵柔性裝配系統是空客公司為實現空客系列飛機復合材料平尾升降舵的柔性裝配而研制的。系統可自動完成后緣的測量和校準、上下壁板鉆孔和锪窩、鉚釘選擇和供給、注膠、鉚接、壁板表面波紋度測量等過程。
飛機復合材料結構自動化裝配系統的最新進展是 B787機身第 43段 (圖 4)的復合材料整體筒體與鈦合金框件的自動化裝配 [8]。該系統采用內外兩套獨立的裝置 ,在裝配時實現自動定位、夾緊、制孔、安裝環槽釘并完成環圈自動鐓鉚 ,鉚接驅動依靠電磁鉚接動力頭實現 ,目前已在日本三菱重工投入使用。圖 5是該系統的總體布局。
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