機(jī)器人技術(shù)與航空制造業(yè)

摘 要：各種工業(yè)機(jī)器人投入到航空制造業(yè)當(dāng)中是一種航空航天領(lǐng)域的新興趨勢。我國各大航空制造企業(yè)紛紛通過向國外采購、自主研發(fā)、與科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合研制等方式來獲取各種航空制造的工業(yè)機(jī)器人。利用機(jī)器人制造航空部件是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢，也是航空制造業(yè)邁向智能化和自動(dòng)化的一大標(biāo)志。我國應(yīng)當(dāng)積極研究機(jī)器人技術(shù)，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢，提高我國航空制造業(yè)的工藝水平和技術(shù)含量。文章將介紹幾種機(jī)器人技術(shù)在航空制造業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；航空制造；智能化

前言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航空制造業(yè)的要求和標(biāo)準(zhǔn)也在發(fā)生變化。降低飛機(jī)的生產(chǎn)成本，提高飛機(jī)的綜合性能，是每一家航空制造企業(yè)都要考慮的問題。目前，機(jī)器人技術(shù)成為了各航空制造企業(yè)廣泛認(rèn)同的發(fā)展方向。利用工業(yè)機(jī)器人制造航空部件，能夠提高航空部件的工作效率和精細(xì)程度。我國的各大航空企業(yè)已經(jīng)開始展開相關(guān)研究，并且向國外的機(jī)器人制造商購買成品機(jī)器人，以求借鑒世界各國的成熟經(jīng)驗(yàn)。

1 機(jī)器人自動(dòng)制孔

以往的生產(chǎn)模式當(dāng)中，主要是利用風(fēng)鉆鉆孔來進(jìn)行制孔。但是風(fēng)鉆鉆孔要花費(fèi)大量的時(shí)間，而且對于孔位的精度難以實(shí)現(xiàn)有效控制，影響了飛機(jī)的整體性能。而機(jī)器人技術(shù)就能夠解決這一問題。利用多軸機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)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(jī)性能上的要求，確保飛機(jī)的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，使用壽命更加長久。多軸機(jī)器人能夠在高精確度測量設(shè)備的幫助下進(jìn)行精準(zhǔn)定位，通過光學(xué)傳感器進(jìn)行控制，并且對制孔過程中出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。自動(dòng)化制孔需要及時(shí)對刀具進(jìn)行冷卻潤滑，還要隨時(shí)監(jiān)控刀具的磨損情況，末端的執(zhí)行器也需要在制孔過程當(dāng)中隨時(shí)進(jìn)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(jī)器人的自動(dòng)制孔來實(shí)現(xiàn)。另外，制造現(xiàn)代飛機(jī)的碳纖維復(fù)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(xiàn)振顫、疊層間有間隙、復(fù)合材料發(fā)生分層等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象也可以通過機(jī)器人的自動(dòng)制孔來避免[1]。

2 表面噴涂

由于航空飛機(jī)的體型巨大，表面積大，噴涂復(fù)雜。所以飛機(jī)表面的噴涂是制造飛機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中消耗時(shí)間最多的。比如一家空客A380飛機(jī)，表面需要噴涂的面積高達(dá)3150平方米。按照人工噴涂的方式進(jìn)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(shí)間里，飛機(jī)表面的噴涂質(zhì)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(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化噴涂，就能夠確保噴涂的工作效率，保證噴涂的工作質(zhì)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(gè)方面：

一是大型、復(fù)雜曲面的噴涂規(guī)劃技術(shù)。這種技術(shù)為了應(yīng)對表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航空產(chǎn)品的噴涂工作，將飛機(jī)表面劃分為若干區(qū)域，考慮到噴涂機(jī)器人的行動(dòng)方式、各個(gè)區(qū)域之間的噴涂軌跡的銜接、機(jī)器人的分布位置，來指導(dǎo)各個(gè)噴涂機(jī)器人共同完成飛機(jī)的表面噴涂工作。

二是快速離線編程和運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)。由于航空產(chǎn)品的生產(chǎn)往往不是大批量的，所以噴涂機(jī)器人的作業(yè)對象經(jīng)常會發(fā)生變化。運(yùn)用這種技術(shù)能夠讓機(jī)器人適應(yīng)不同的工作對象和工作流程，減少工作所需要的時(shí)間。

三是對涂層厚度的精確控制技術(shù)。在噴涂之間進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，確定最佳的噴涂軌跡和涂層厚度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對涂層厚度的精確控制，節(jié)省涂料的用量，減少補(bǔ)噴和打磨的次數(shù)。

3 柔性裝配

航空制造中以往的大型、固定的裝配型架已經(jīng)被自動(dòng)化的對接裝配系統(tǒng)所代替了，這是柔性裝配這一概念深入航空制造業(yè)的必然結(jié)果。自動(dòng)化的對接裝配系統(tǒng)由自動(dòng)化定位器、激光測量裝置和電氣硬件共同組成，指揮工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行裝配工作。自動(dòng)化的對接裝配系統(tǒng)能夠控制機(jī)器人進(jìn)行定位、裝夾、連接、固定、檢驗(yàn)等工作，提高了飛機(jī)機(jī)體的裝配質(zhì)量[2]。實(shí)現(xiàn)柔性裝配，首先需要在作業(yè)之前進(jìn)行虛擬仿真，考慮在實(shí)體裝配的過程中哪里會發(fā)生碰撞，從而進(jìn)行避免。其次，在進(jìn)行裝配的過程中，要利用視覺傳感器監(jiān)控各個(gè)配件、設(shè)備的位置，防止發(fā)生錯(cuò)誤；還要通過力傳感器了解配件之間的接觸狀態(tài)，保證配件之間的柔性接觸。最后，要形成數(shù)字化的裝配生產(chǎn)線，規(guī)范機(jī)器人的工作流程，形成良好的工作秩序。

4 復(fù)合材料加工

飛機(jī)上的復(fù)合材料主要是指碳纖維復(fù)合材料。這種材料由于重量輕、強(qiáng)度高、抗腐蝕、抗疲勞、制造成本低等特點(diǎn)成為了飛機(jī)機(jī)體的主要材料之一。無論是民航客機(jī)還是軍事上用的戰(zhàn)斗機(jī)，都采用了大量的碳纖維復(fù)合材料。但是，碳纖維復(fù)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(fù)雜，需要應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)來進(jìn)行。利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行復(fù)合材料的加工時(shí)，機(jī)器人的末端執(zhí)行器必須具備快換功能。這樣在縫合復(fù)合材料的時(shí)候，可以通過快換功能，縮短更換縫紉頭的時(shí)間。工業(yè)機(jī)器人能夠在線頭打結(jié)或者針尖磨損的時(shí)候，停止工作進(jìn)行故障排除，在故障排除之后從原來的停止的位置繼續(xù)進(jìn)行縫紉工作。

5 零部件搬運(yùn)

在制造飛機(jī)的過程中，離不開大量零部件的搬運(yùn)過程。利用移動(dòng)輔助平臺，機(jī)器人能夠高效、準(zhǔn)確地把零部件搬運(yùn)到工作地點(diǎn)。移動(dòng)輔助平臺幫助實(shí)現(xiàn)零部件搬運(yùn)的方式有兩種：一種是大范圍搬運(yùn)，在自動(dòng)行走的小車或者氣墊車上安裝機(jī)械手臂，抓住要搬運(yùn)的零部件以后，通過線路或者全球定位導(dǎo)航來尋找零部件的搬運(yùn)位置，將零部件送到合適的地點(diǎn)；另一種是小范圍內(nèi)的零部件搬運(yùn)，主要是在工業(yè)機(jī)器人身上加裝高精確度的測量設(shè)備，通過測量設(shè)備定位零件的搬運(yùn)地點(diǎn)，調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將零部件送到合適的地點(diǎn)。

6 連接、切割與檢測

航空產(chǎn)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(jīng)開始利用機(jī)器人實(shí)行點(diǎn)焊、弧焊、激光焊等焊接形式[3]。傳統(tǒng)的人工焊接需要笨重的設(shè)備和較大的工作空間，在一些狹窄的部位難以進(jìn)行。而工業(yè)機(jī)器人具有靈活性，通過離線編程技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)完成焊接的過程。

另一方面，工業(yè)機(jī)器人在各種切割環(huán)節(jié)當(dāng)中也有良好的表現(xiàn)。傳統(tǒng)的切割環(huán)節(jié)要采用笨重的切邊機(jī)，切割的精確程度也不夠。機(jī)器人的體型遠(yuǎn)小于切邊機(jī)，而且利用火焰切割、等離子切割和激光切割，能實(shí)現(xiàn)高精度的切割程序。

在飛機(jī)的制造過程當(dāng)中，為了確保飛機(jī)的整體性能，必須要進(jìn)行各種性能參數(shù)的測試。在飛機(jī)各個(gè)部位設(shè)置檢測點(diǎn)，機(jī)器人通過末端的測量頭便可進(jìn)行飛機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)的檢測，而且不會發(fā)生檢測重復(fù)和檢測遺漏，確保飛機(jī)的整體性能符合使用要求。

7 結(jié)束語

我國的航空制造業(yè)正在飛速發(fā)展當(dāng)中，新材料、新技術(shù)、新工藝層出不窮。為了滿足未來社會對于航空產(chǎn)品高質(zhì)量、低成本、高精度、高強(qiáng)度的要求，我國必須提升工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平，并且投入到航空制造的生產(chǎn)當(dāng)中。通過在各個(gè)航空制造環(huán)節(jié)當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用，將大大提升航空制造的工作效率和工作質(zhì)量，促進(jìn)我國航空制造業(yè)的智能化與現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)

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