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科技前沿

制造机翼的高速机器人
来源:中国航空新闻网  2016-03-15 12:20:49
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=288&news_id=2762
核心提示: 为制造波音777 X巨大机翼的复合材料部分,美国因帕克电子公司(Electroimpact)在波音公司的参与下,设计和制造了新一代的机器人,准备用这种最新的自动化技术来生产飞机零部件和装配飞机。
 

 
 

 
 
 
 
 
 
  中国航空报讯:工业机器人主要用在工业生产方面,比如搬运、焊接、喷漆等,现阶段应用最广泛的领域是在汽车制造领域。但如今,自动化生产需求促使工业机器人开始走进飞机制造领域。
 
  为制造波音777 X巨大机翼的复合材料部分,美国因帕克电子公司(Electroimpact)在波音公司的参与下,设计和制造了新一代的机器人,准备用这种最新的自动化技术来生产飞机零部件和装配飞机。
 
  2016年2月5日,《西雅图时报》航宇记者多米尼克·盖茨第一次报道了即将开始在埃弗雷特飞机厂制造波音777X机翼的关键性技术进展。“机器人的头部以极大的速度飞逝、旋转,然后回归到原位,在眼前就像一根火线在闪动,就这样一条条铺设着中间灌有环氧树脂的碳纤维。”
 
  因帕克公司项目经理托德·拉德伯格介绍说,虽然类似的制造复合材料零部件机器的存在已有几年了,但他的团队把机器人的速度、规模和精密度提高到一个新的水平。“我们有数据在支撑着,在我的大楼里,我有两台世界上最好的机器同时在运行,这是极为了不得的。”
 
  一台是所谓的自动纤维敷设机(AFP),它精确地将注入环氧树脂的碳纤维条一层摞一层地敷设在机身旁,成33.4米长、最宽的地方跨度6米的777 X的复合材料机翼蒙皮。第二台AFP机做的工作就稍微复杂一点了:它将这种碳纤维条敷设在一个具有两个90度角呈U形的结构,即翼梁的表面上。由于这种复合材料制造技术能做出精确的外形轮廓,使波音工程师得以设计新的更为细长和气动力完美的机翼。
 
  目前,因帕克公司已经向波音新的复合材料机翼中心交付了第一台AFP翼梁机。今年夏天,波音就将开始使用该机器人为777X制造机翼蒙皮和翼梁。整幅制造这样巨大机翼的蒙皮和翼梁是新工艺。因为没有连接件,这样有助于降低制造成本和节省重量。开始时,由于777 X的生产速度尚低,每种机器波音只需要两台。但到2020年生产达到高潮时,每种可能要6台,甚至更多。
 
  据称,在日本三菱重工制造的波音787的复合材料翼梁是用完全不同的方法制造的,由三部分组成;在英国,空客的供应商GKN公司采用AFP机为A350制造的机翼翼梁也是分三段。为保护波音采用新设备的竞争优势,因帕克公司与波音签署了关于777X所使用的机器头的自主知识产权协议。尽管因帕克公司将来会把AFP机卖给互相竞争的各国飞机制造商,但机器内的关键技术只属于波音。
 
  波音777 X机翼3.34米长的折叠翼尖是一个单独的结构,由波音公司在圣路易斯制造,发送到埃弗雷特去装配。
 
  机翼蒙皮AFP机的1.7吨重的机器人头优雅地悬在12.8米宽的门架上,在曲线形的水平表面上往返运动,敷设着一条条碳纤维带,每一次运动都构成又一层材料。每当机器头轻轻地接触到它所制造的表面的地方,在其尖端灼热的加热元件就会使基质发黏,从而使下一层很容易地被粘住了。随着这种“催眠舞式”动作的展开,机器头同时从20个像电影胶带盘一样的大型卷轴拉出带子,每次敷设一条76.2厘米宽的带子。机器工作时唯一的声响是气压制动器发出的轻轻地嘀嗒声,也就是在机器头改变角度敷设另一层带时,或在一趟敷设结束后切断带子时才有声音。
 
  翼梁AFP机的半吨重的机器人头从16个大套管上拉出较薄的半英寸(约1.27厘米)宽的碳纤维带,进行敷设。当机器头走到翼梁边缘时,带子可以毫不停歇地按需要移位。每个机翼有前梁和后梁,沿着前缘和后缘有长长的弯曲的结构梁。
 
  该机器可在10分钟内沿翼梁完成一层的全长敷设。转一个角度的另一层敷设可在25分钟左右时间完成。AFP机一旦启动,开始生产机翼部件,波音就会根据生产节奏不分昼夜地连续作业。停机的时间必须控制在最短区间。在目前的AFP机上, 每时每刻都在监控着零件是否有缺陷,而机器停止所花费的时间与敷设材料的时间相当。
 
  年仅29岁的机翼蒙皮AFP机头首席工程师布洛克·亚纳说,在设计所有这些新硬件中,所能制造的每一件新技术产品都是一个集成的自检测系统。碳纤维条在进行敷设的过程中,机器就进行着各种测量,如果任何一部分的碳纤维条有缺失或没有对齐,机器就会发出警告。在上方的激光探头就会在需要注意的瑕疵周围照射出绿光,从而使操作者可以快速决定是否需要将瑕疵层取下重做。为了提高效率,因帕克公司还在机器旁搞了一个更换机头的工作台。当某个碳纤维条的卷轴不能完整地放出纤维条时,一个提前准备好的机头便可在两分钟内将其换下。
 
  除了以上介绍的为波音制造777 X复合材料机翼的设备外,因帕克公司的类似设备也被其他飞机制造商使用,如为空客飞机的机翼装配提供所有的主要工装系统;为加拿大庞巴迪也提供因帕克设计的总装线,来装配其公务喷气机和C系列喷气机的机翼装配线;为巴西安博威公司提供KC-390军用运输机的机翼工装;为波音公司在西雅图伦顿生产的波音737窄体飞机机翼整体壁板提供自动钻和紧固设备,成为提高月产量的关键部分;为中国西安飞机公司提供因帕克公司研制的E7000机身铆钉枪,助其制造ARJ21的机身。
文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=288&news_id=2762