自动制孔技术浅析

侯海龙

【摘要】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。现代飞机结构设计中复合材料及钛合金的使用日益广泛，对制孔质量及制孔效率的要求更高，相应的装配制孔技术随之发展，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。针对飞机装配过程制孔技术的发展及应用，本文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些许参考。

关键词：自动制孔；飞机装配；；机器人制孔；

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，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。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。近年来，国内飞机制造生产线大量引入自动化技术，尤其是机器人自动制孔技术凭借数字化和柔性化的优势迅速发展。

自动制孔设备

1.1螺旋铣孔设备

螺旋铣孔是近年来在飞机制孔中采用的新工艺，主要特点是：刀具的直径比孔径小；刀具的切削刃与孔壁是断续接触的；切削时形成的切屑小，轴向力小。由于上述特点，使得在切削时切屑易于通过真空吸尘的方式排除，从而防止了热量的积累，消除了在加工金属时过热或在加工复材时基体熔化的风险；且由于切屑小可及时排除的原因，消除了切屑对孔壁的损伤；切削时的轴向力小，使得在切削金属时很少产生毛刺，在切削复合材料时很少产生分层。根据螺旋铣孔的特点并通过试验表明，螺旋铣孔适用于加工钛、因科镍合金（Inconel）及不锈钢金属材料和碳纤维复合材料以及由这些材料组成的复杂材料叠层结构。在国内针对钛合金螺旋铣孔的相关研究中，其孔径一般可达到IT6~IT8的精度等级。

1.2自动钻铆机

近年来，自动钻铆机逐渐的开始应用于飞机壁板自动铆接中，能够根据飞机特殊的结构和工艺要求，实现机身壁板产品的自动压紧、自动测量标定、自动制孔、涂胶、自动送钉，并实施自动铆接，能够一次完成手工需要多次操作的工作，可满足飞机装配高质量、高效率的自动化装配需求。自动钻铆机的优点是技术成熟、工作稳定、效率高，特别适用于机翼/机身壁板、机身半壳体等结构的制孔及紧固件安装，自动钻铆已成为飞机数字化装配最成熟及应用最广泛的领域，其缺点是设备成本高，一般适用于开敞的壁板及半壳类构件制孔及紧固件安装。

1.3柔性自动钻孔设备

飞机的制造中，机身的对接、机翼的装配等往往需要钻制大量的孔，传统的制孔设备多为大型落地式设备。这种设备不仅体积和重量庞大，造价也高，而且多为专机专用，缺少柔性，大大增加了制造成本。为此，现代飞机制造业的发展对轻型、柔性设备的需求日益迫切。柔性轨道制孔设备就是波音公司为满足这种需要而发明的。与一般的大型落地式制孔设备相比，柔性轨道制孔系统这种设计理念的最大特征是设备自身经由真空吸盘吸附在工件上，柔性轨道贴合工件的外形，完全附着在工件上制孔。这样做的优点是：首先，柔轨系统的加工精度不需要工件在工装型架上精确定位就能保证。由于设备在工件上，设备对工件的相对位置与工装没有关联，这样可以大大降低工装的刚度和精度要求并减少工件的安装时间，当然对于机身对接来说，其本身有精度要求。其次，轨道具有适应不同曲率型面的柔性，可以用同一设备加工不同形式和外形的零件（如机身和机翼）。柔性轨道制孔系统可用于机身对接部位的自动钻孔，也可用于机翼蒙皮与肋或长桁以及机翼与前后梁的连接、翼身对接、机身壁板拼接、机身筒段框装配、门框装配等部位的自动制孔。柔性的轨道经由真空吸盘吸附在工件上，一般能实现4~5轴的钻孔功能，成本低于大型专用制孔机。目前应用比较成熟的厂商有美国的Electroimpact公司（EI）和美国的AdvancedIntegrationTechnology公司（AIT）；

柔性轨道自动制孔系统适合机身间对接的自动制孔，并且其装配工艺较手工装配简单，可以实现高效、高质量、低成本自动钻孔。在机身对接的过程中采用柔性轨道进行自动制孔，可以大大提高装配效率和生产质量。

结束语：

数字化、自动化、柔性化是当前国外飞机制造技术水平的一个重要标志，也将是国内飞机装配技术发展的方向和目标。自动制孔系统的应用，不但能使飞机装配周期大大缩短，而且能够提高装配质量、降低制造成本，推动和加速我国大型客机的研制工作。