移動式工裝夾具在A350XWB飛機裝配中的開發與應用

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tags: 工裝夾具    時間:2014-03-12 10:35:43
移動式工裝夾具在A350XWB飛機裝配中的開發與應用簡介
隨著A350XWB大飛機的生產,許多飛機裝配供應商都在專用工裝、夾具和固定裝置等方面作了重大投資。如何才能更高效地提升飛機裝配的質量和速度,是所有裝配供……
移動式工裝夾具在A350XWB飛機裝配中的開發與應用正文

隨著A350XWB大飛機的生產,許多飛機裝配供應商都在專用工裝、夾具和固定裝置等方面作了重大投資。如何才能更高效地提升飛機裝配的質量和速度,是所有裝配供應商都想解決的一個重要課題。這種背景下,一種加速飛機裝配的移動式生產工裝應運而生。
概念及優勢
移動式工裝夾具,是通過夾具本身在專用加工設備及工作台上運動,而實現裝配的一種流動式夾具。這種移動式夾具系統包含了單個夾具的定位功能,即完成一項定位和加工內容之後,通過自動引導裝置在加工台之間進行定位與加工的轉換。這種夾具系統通過配用3D激光掃描技術可測量連接斷面間的確切尺寸,並將測量信息轉換為確切的NC加工程序,還可配備激光跟蹤系統自動進行水平校訂,以保證裝配連接的最佳性。


移動式工裝示意圖飛機的複雜主子系統的裝配製造,傳統上使用的是靜態夾具。這種方法由於專用裝置不能100%得到利用,導致過程非常低效。移動式夾具系統的最大好處就是「柔性」。與傳統方法不同,移動式夾具所在的裝配線不是某個產品專用的,任何能夠匹配在加工及工作台之內的相似的航空結構都能夠應用該裝配線。這使得其他項目引入這種生產線時不會增加新的成本和交付時間。
開發與應用
隨著飛機項目對生產速度的要求越來越高,夾具及加工裝置的置辦和使用也將成倍增長。A350XWB這種大飛機的生產,已經使許多飛機裝配供應商在專用工裝、夾具和固定裝置等生產能力方面做了重大投資。這一方面是由於碳纖維複合材料部件用量的增加,另一方面也體現了主要的一級供應商和主承包商之間密不可分的關係。供應鏈的不可剝離性使得承包商和供應商之間為了謀求利益的最大化而共同努力。
移動式工裝設計圖度量方法、工裝材料以及裝配方法的創新推動著大型複合材料結構製造容差管理能力的發展。這對貫穿整個供應鏈上不可再現的生產工程、裝備的大量技術開發及投資追蹤成為可能。A350的部裝及系統集成中已經應用了很多這樣的新技術,像GKN航宇公司在Filton工廠的自動測量技術,普利耶母航空技術(PremiumAerotec)公司在諾登漢姆(Nordenham)以及奧格斯堡(Augsburg)的脈衝式移動裝配線,以及Spirit航空系統歐洲公司(SpiritAeroSystemsEurope)在Prestwick的低熱膨脹工裝。GKN航宇公司目前正在引入一種流動裝配線方式,通過這種方式,夾具本身可以在專用加工設備及工作台上運動。BrötjeAutomation已經同GKN合作來為A350的固定式機翼后緣開發這種新式的先進裝配技術。這種技術在每側通過三個可移動夾具將內側、中心和外側翼梁段固定在一起。這種移動式夾具系統已經包含了單個夾具的定位能力,可對內側翼梁的連接進行定位和鑽孔,然後通過自動引導裝置在加工台之間進行轉換。這種技術採用3D激光掃描技術來測量內側翼梁兩個連接斷面間的確切尺寸,並將測量信息轉換成確切的NC加工程序。機翼后緣三個部段在裝配台上的裝配連接要通過一種激光跟蹤系統來自動進行水平校訂,以保證三個部段的最佳裝配。
移動式機械手在普利耶母航空技術公司的奧格斯堡和諾登漢姆工廠的機身蒙皮項目也同Brötje合作,正在使用一種拼成的預裝配台和脈衝式移動裝配線(PML)。在這種裝配線上,工件一步步脈衝式沿著裝配線序列前進,在不同的連接單元將手工裝配和全自動機器人相結合一起工作,這與汽車工業的裝配線非常類似。
面臨的技術問題
這些應用體現了移動式工裝夾具的柔性、高效性,尤其是它的非專有性,但要達到精細應用還需要解決很多的技術問題。首先,為了滿足質量需求,必須開發和引入新的專利型鑽孔技術,使得機器人可以對多種不同的材料進行鑽孔,包括對17mm厚的鈦材的鑽孔。其次,這種高度機械化方法已經取消了裝配前人工布置部件位置時發生干涉的可能性,但為了真正能夠做到這一點,還必須對所有裝配供應商的部件容差和設計實施改進。另外,對於工裝夾具在移動時熱膨脹的考慮也是一個亟需解決的問題。
像Spirit航空系統公司在Prestwick工廠的機翼前緣裝配線,考慮工裝在傳統箱形鋼結構上移動的熱擴展以及在高熱敏感區域使用不脹鋼成為必然。Spirit在採用這種技術時識別出了重大的風險,因為這種技術對航空結構裝配來說是一種完全不成熟的概念。但是通過與其供應鏈夥伴Acrosoma、ManufaxEngineering和Assystem英國公司合作,分析其工程細節,共同設計出一種適用於A350固定式機翼前緣裝配需求的方案。Acrosoma公司的3D編織層壓複合材料與複合材料翼梁及J型板部件的熱特性非常相似,採用這種材料可以使裝配廠在40m長的夾具裝置上將幾何容差控制在±0.25mm,而不需要採用額外的溫度控制手段。儘管如此,還有很多其他的批產技術需要開發,以便實現最終的方案。
應用前景及價值
以上討論的所有這些開發技術都是伴隨著飛機設計而產生的。也就是說,這些技術的產生突出了產品與生產過程發展之間的緊密關係,也突出了頂級供應商對整個設計及製造業務所負有的責任。因此,隨著「移動式」概念的不斷衍生和「自動化」裝配需求的推進,移動式工裝夾具系統技術作為一種輔生技術,其發展需求也將會得到促進,並且將有可能推動飛機裝配業進入嶄新的一頁。隨著設計和製造過程的不斷協同,移動式工裝夾具系統技術的創新將有更大的空間。    
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