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[摘 要]在飞机机体结构件制造中，自动钻铆技术的应用越来越广泛，本文在对自动钻铆技术应用分析的基础上将之和传统铆接技术进行对比，分析自动钻铆技术的优势，参考国外应用情况分析探讨自动钻铆技术的发展趋势。
[关键词]自动钻铆技术 应用 发展趋势
中图分类号：U231.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0297-01
1.国外自动钻铆技术的发展与应用
国外自动钻铆技术发展较早，在几十年的发展中不断有新的技术和先进的自动钻铆设备投入使用。美国是最早应用自动钻铆技术的国家，在上世纪五十年代美国就开始致力于自动钻铆机的研究与生产，并应用到飞机制造当中。在自动钻铆技术发展的过程中，自动钻铆设备的更新与发展起到了决定性的作用。目前钻铆设备的典型结构主要有三种：一是配有数控托架的自动钻铆系统，这种系统中最为典型的是美国GEMCOR公司的G2000和G8；二是龙门式自动钻铆系统，这种系统最为典型的是美国EI公司的E4000-E6000系列；三是机器人自动钻铆系统，这种系统是最近几年研制发展出来的。
国外航空制造企业特别是波音和空客这两大公司，在飞机制造工艺规范或手册中直接规定了自动钻铆技术的使用要求，正是为了使飞机结构之间的连接质量得以保障，在对飞机进行设计、装配时应尽可能的利用自动钻铆技术。
2.自动钻铆技术对比传统铆接技术的优势
自动钻铆技术的工艺流程为定位、夹紧、制孔、涂胶、插钉、铆接/铣平，这一系列动作通过设备上下工作头的多工位移动一次性完成。自动钻铆技术在对飞机中的结构进行铆接前会利用CNC程序对铆接的过程进行路径控制，保证制孔的位置精度，再利用钻铆设备各工位主轴的高精度往复运动，制出高精度的孔与窝，保证孔的尺寸精度。一般孔位精度在±0.03mm，孔径公差不超过±0.01mm，埋头窝的深度也比较精确，一般不会超出±0.01mm。另外被系统控制的上下铆接工作头，通过丝杠传动与自动测厚，保证了铆钉墩头或螺纹紧固件的伸出量在尺寸上是一致的。
传统铆接技术通常采用人工完成。工艺流程为定位、制定位孔、定位孔预连接、制初孔、制终孔、锪窝、分解去毛刺、清洗、涂胶、恢复定位、终孔紧固件涂胶、连接、补加工。由于采用人工操作，孔的位置精度靠画线、导孔或钻模来保证，在0.5mm左右；孔的尺寸精度由制孔工具夹持不同的刀具来完成，孔径公差在±0.04mm左右。同时人工制孔受操作工人技能水平影响较大，容易产生超差故障。
相比传统手工铆接技术，自动钻铆技术的优势明显，具体有以下几点：
（1）节省操作时间，效率提升3-5倍
自动钻铆技术在应用时定位、夹紧、制孔、涂胶、插钉、铆接一次性完成，每个循环耗时约8s，减少了制初孔、扩孔、铰孔、锪窝反复换刀的过程，减少成孔操作次数。自动钻铆技术在工作循环中的夹紧功能可以避免各结构之间产生毛刺，出刀口处的毛刺高度也可以通过调整制孔主轴转速和进给量来控制，减少了产品分解、去毛刺、恢复定位等工作，节约了时间。
（2） 制孔质量提高
使用自动钻铆技术制孔孔径波动范围较小，一般不会超过士0.01mm。因自动钻铆过程中主轴高速切削，孔壁粗糙度较小，可保持在Ra3.2um。机体结构夹层之间不产生毛刺，出刀口处毛刺高度不会超过0.12mm。
（3） 铆接质量显著提高
使用自动钻铆技术的产品结构，其铆钉镦头尺寸公差可控制在0.2mm以内。埋头铆钉的表面齐平度由主轴进给和法相传感器控制，可控制在0-0.08mm以内。自动钻铆技术铆接的铆钉存在铆后干涉量，并且可以均匀控制。
（4）提高疲劳寿命
自动钻铆技术可以精确控制紧固件制孔和安装质量，这使高锁螺栓、铆钉等铆接结构的疲劳性能得以提高，延长飞机使用寿命。
（5） 降低劳动成本
自动钻铆技术在效率上明显高于传统手工铆接技术，又可以减少操作工人数量，这就使生产劳动成本得到大幅降低。
3.自动钻铆技术的发展趋势
随着自动钻铆技术的发展和应用，在世界范围内各大航空制造企业的产品设计和生产已经和自动钻铆技术紧密结合起来，尽可能的大规模应用自动钻铆技术进行产品制造。这样也推进了自动钻铆技术在设备研究发展和扩大产品应用两方面的发展趋势。
（1）设备研究与发展
自动钻铆设备由最初的单台设备配备手动托架，进行半自动化加工，发展到如今全自动数控托架、柔性钻铆工装等全自动数控加工，成为自动钻铆系统，生产效率与设备精度都得到了大幅提高。设备类型也由单一的C型框架，发展出D型框钻铆机、环形框钻铆机、龙门式钻铆机以及近年来出现的轨道机器人钻铆机等等。
立式钻铆工装配合龙门钻铆机的结构，是为了加工大型机翼壁板而专门设计制造的，避免了传统托架式钻铆围框自身产生的变形，例如美国EI公司为A380机翼壁板生产的E4000系列钻铆系统。随着载人航空器向着大型化发展，此类钻铆设备配合柔性定位系统也将成为研究应用的重点。
钛合金材料的发动机吊舱唇口、发动机尾喷口，飞机舱门、机翼翼盒前缘等在制造过程中对工艺方法要求严格的零组件，其生产制造也将逐渐被自动钻铆技术所取代。美国GEMCOR公司已经在这一方向上研究设计制造了E型框钻铆机以及配套的机器人定位夹持系统。此类特型设备也将随着航空产品的特殊要求而不断发展壮大。
此外，随着互联网技术的发展，工业生产大数据时代的到来。围绕网络互联，集成化的自动钻铆生产线成为可能。
（2）扩大产品应用
机翼、机身壁板是最早应用自动钻铆技术的飞机组部件，也是自动钻铆技术发展的基础，这种尺寸大、外表面平缓、重复工作量大的产品结构，也最适用于自动钻铆技术。
近年来国外航空企业和设备制造商在对自动钻铆技术多年研究的基础上，产品应用范围又开始逐步扩大，向着部件级和零件级两个方向细分。
飞机外翼翼盒和中央翼翼盒是飞机机翼制造中连接结构最复杂的结构，紧固件数量多，连接质量要求高，易发生人为质量问题。波音和空客公司为降低成本提高效率，已先后将自动钻铆技术成功用于翼盒部件生产，实现了找正、制孔、涂胶、插钉等一系列自动钻铆标志性动作。另外在机身桶段对接、机翼翼盒对接等领域，自动钻铆技术业已开始应用并快速发展。
机身壁板剪切角片位于蒙皮与长桁的90度垂直面，角片与机身加强框的连接以往由操作工人手工完成。为提高产品机铆率，提升产品质量，近年来这一区域已被自动钻铆技术所关注。角片与隔框的自动制孔、紧固件连接由机器人和小型钻铆工作头联合系统所完成，说明钻铆技术也可以在更小的空间发挥作用。
现代航空器对于对产品性能和疲劳寿命不断提高的技术要求，使得自动钻铆技术在将来的应用前景更加广阔，角片类零件的连接、壁板类组件的加工、机身机翼部件级的钻铆与对接，新型材料如钛合金、复合材料的钻铆加工也已开始，这些都将是自动钻铆技术应用与发展的趋势。
4.结语
国外自动钻铆技术的应用与发展十分迅速，我国在这方面还仅限于通过购买设备来引进技术，进行壁板类组件和翼梁组件的钻铆加工，与国际先进水平的差距较大。我们需要从国内航空工业的生存与发展的角度出发，大力推进钻铆设备及配套产品研发。
参考文献：
[1] 王珉，陈文亮，郝鹏飞等.飞机数字化自动钻铆系统及其关键技术[J].航空制造技术，2013（Z1）：80-83.
[2] 周自敏.BA96自动钻铆机基本原理探讨及研究[J].航空制造技术，2010（22）：132-133.
[关键词]自动钻铆技术 应用 发展趋势
中图分类号：U231.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0297-01
1.国外自动钻铆技术的发展与应用
国外自动钻铆技术发展较早，在几十年的发展中不断有新的技术和先进的自动钻铆设备投入使用。美国是最早应用自动钻铆技术的国家，在上世纪五十年代美国就开始致力于自动钻铆机的研究与生产，并应用到飞机制造当中。在自动钻铆技术发展的过程中，自动钻铆设备的更新与发展起到了决定性的作用。目前钻铆设备的典型结构主要有三种：一是配有数控托架的自动钻铆系统，这种系统中最为典型的是美国GEMCOR公司的G2000和G8；二是龙门式自动钻铆系统，这种系统最为典型的是美国EI公司的E4000-E6000系列；三是机器人自动钻铆系统，这种系统是最近几年研制发展出来的。
国外航空制造企业特别是波音和空客这两大公司，在飞机制造工艺规范或手册中直接规定了自动钻铆技术的使用要求，正是为了使飞机结构之间的连接质量得以保障，在对飞机进行设计、装配时应尽可能的利用自动钻铆技术。
2.自动钻铆技术对比传统铆接技术的优势
自动钻铆技术的工艺流程为定位、夹紧、制孔、涂胶、插钉、铆接/铣平，这一系列动作通过设备上下工作头的多工位移动一次性完成。自动钻铆技术在对飞机中的结构进行铆接前会利用CNC程序对铆接的过程进行路径控制，保证制孔的位置精度，再利用钻铆设备各工位主轴的高精度往复运动，制出高精度的孔与窝，保证孔的尺寸精度。一般孔位精度在±0.03mm，孔径公差不超过±0.01mm，埋头窝的深度也比较精确，一般不会超出±0.01mm。另外被系统控制的上下铆接工作头，通过丝杠传动与自动测厚，保证了铆钉墩头或螺纹紧固件的伸出量在尺寸上是一致的。
传统铆接技术通常采用人工完成。工艺流程为定位、制定位孔、定位孔预连接、制初孔、制终孔、锪窝、分解去毛刺、清洗、涂胶、恢复定位、终孔紧固件涂胶、连接、补加工。由于采用人工操作，孔的位置精度靠画线、导孔或钻模来保证，在0.5mm左右；孔的尺寸精度由制孔工具夹持不同的刀具来完成，孔径公差在±0.04mm左右。同时人工制孔受操作工人技能水平影响较大，容易产生超差故障。
相比传统手工铆接技术，自动钻铆技术的优势明显，具体有以下几点：
（1）节省操作时间，效率提升3-5倍
自动钻铆技术在应用时定位、夹紧、制孔、涂胶、插钉、铆接一次性完成，每个循环耗时约8s，减少了制初孔、扩孔、铰孔、锪窝反复换刀的过程，减少成孔操作次数。自动钻铆技术在工作循环中的夹紧功能可以避免各结构之间产生毛刺，出刀口处的毛刺高度也可以通过调整制孔主轴转速和进给量来控制，减少了产品分解、去毛刺、恢复定位等工作，节约了时间。
（2） 制孔质量提高
使用自动钻铆技术制孔孔径波动范围较小，一般不会超过士0.01mm。因自动钻铆过程中主轴高速切削，孔壁粗糙度较小，可保持在Ra3.2um。机体结构夹层之间不产生毛刺，出刀口处毛刺高度不会超过0.12mm。
（3） 铆接质量显著提高
使用自动钻铆技术的产品结构，其铆钉镦头尺寸公差可控制在0.2mm以内。埋头铆钉的表面齐平度由主轴进给和法相传感器控制，可控制在0-0.08mm以内。自动钻铆技术铆接的铆钉存在铆后干涉量，并且可以均匀控制。
（4）提高疲劳寿命
自动钻铆技术可以精确控制紧固件制孔和安装质量，这使高锁螺栓、铆钉等铆接结构的疲劳性能得以提高，延长飞机使用寿命。
（5） 降低劳动成本
自动钻铆技术在效率上明显高于传统手工铆接技术，又可以减少操作工人数量，这就使生产劳动成本得到大幅降低。
3.自动钻铆技术的发展趋势
随着自动钻铆技术的发展和应用，在世界范围内各大航空制造企业的产品设计和生产已经和自动钻铆技术紧密结合起来，尽可能的大规模应用自动钻铆技术进行产品制造。这样也推进了自动钻铆技术在设备研究发展和扩大产品应用两方面的发展趋势。
（1）设备研究与发展
自动钻铆设备由最初的单台设备配备手动托架，进行半自动化加工，发展到如今全自动数控托架、柔性钻铆工装等全自动数控加工，成为自动钻铆系统，生产效率与设备精度都得到了大幅提高。设备类型也由单一的C型框架，发展出D型框钻铆机、环形框钻铆机、龙门式钻铆机以及近年来出现的轨道机器人钻铆机等等。
立式钻铆工装配合龙门钻铆机的结构，是为了加工大型机翼壁板而专门设计制造的，避免了传统托架式钻铆围框自身产生的变形，例如美国EI公司为A380机翼壁板生产的E4000系列钻铆系统。随着载人航空器向着大型化发展，此类钻铆设备配合柔性定位系统也将成为研究应用的重点。
钛合金材料的发动机吊舱唇口、发动机尾喷口，飞机舱门、机翼翼盒前缘等在制造过程中对工艺方法要求严格的零组件，其生产制造也将逐渐被自动钻铆技术所取代。美国GEMCOR公司已经在这一方向上研究设计制造了E型框钻铆机以及配套的机器人定位夹持系统。此类特型设备也将随着航空产品的特殊要求而不断发展壮大。
此外，随着互联网技术的发展，工业生产大数据时代的到来。围绕网络互联，集成化的自动钻铆生产线成为可能。
（2）扩大产品应用
机翼、机身壁板是最早应用自动钻铆技术的飞机组部件，也是自动钻铆技术发展的基础，这种尺寸大、外表面平缓、重复工作量大的产品结构，也最适用于自动钻铆技术。
近年来国外航空企业和设备制造商在对自动钻铆技术多年研究的基础上，产品应用范围又开始逐步扩大，向着部件级和零件级两个方向细分。
飞机外翼翼盒和中央翼翼盒是飞机机翼制造中连接结构最复杂的结构，紧固件数量多，连接质量要求高，易发生人为质量问题。波音和空客公司为降低成本提高效率，已先后将自动钻铆技术成功用于翼盒部件生产，实现了找正、制孔、涂胶、插钉等一系列自动钻铆标志性动作。另外在机身桶段对接、机翼翼盒对接等领域，自动钻铆技术业已开始应用并快速发展。
机身壁板剪切角片位于蒙皮与长桁的90度垂直面，角片与机身加强框的连接以往由操作工人手工完成。为提高产品机铆率，提升产品质量，近年来这一区域已被自动钻铆技术所关注。角片与隔框的自动制孔、紧固件连接由机器人和小型钻铆工作头联合系统所完成，说明钻铆技术也可以在更小的空间发挥作用。
现代航空器对于对产品性能和疲劳寿命不断提高的技术要求，使得自动钻铆技术在将来的应用前景更加广阔，角片类零件的连接、壁板类组件的加工、机身机翼部件级的钻铆与对接，新型材料如钛合金、复合材料的钻铆加工也已开始，这些都将是自动钻铆技术应用与发展的趋势。
4.结语
国外自动钻铆技术的应用与发展十分迅速，我国在这方面还仅限于通过购买设备来引进技术，进行壁板类组件和翼梁组件的钻铆加工，与国际先进水平的差距较大。我们需要从国内航空工业的生存与发展的角度出发，大力推进钻铆设备及配套产品研发。
参考文献：
[1] 王珉，陈文亮，郝鹏飞等.飞机数字化自动钻铆系统及其关键技术[J].航空制造技术，2013（Z1）：80-83.
[2] 周自敏.BA96自动钻铆机基本原理探讨及研究[J].航空制造技术，2010（22）：132-133.