外形复杂是直升机的特征之一，同时还涉及到庞大的零件数量以及较长的安装周期。直升机装配技术是一项综合性较高的技术，难度较大，需要在综合各个领域知识的基础上完成。在飞机生产当中，装备工作始终占据核心位置，同时也是制约制造行业发展的难点问题，对直升机研制周期的缩短造成极大阻碍。因此，针对自动钻铆技术在直升机机身总装中应用展开的探究，具有十分重要的历史意义与现实价值。
一、明确直升机机身总装自动钻铆系统功能和结构
1.机身结构自动化定位子系统
机身结构自动化定位子系统即数字化定位工装，主要包括工装主体、旋转机构和保型机构，可以完成产品的定位、夹持、保型和旋转。其功能主要是在机身结构预连接完成后，拖车驱动机身进入旋转机构，调整位置；然后旋转机构、保型机构入位，保持机身外形；旋转机构驱动机身进行旋转，将机身旋转至工作位置。工装主体包括4个立柱底座和1套环形结构。环形结构采用分体式设计，分为上下两个圆弧部分，上部圆弧固定在工装主体上，下部圆弧固定在小车上。在机身进入上部圆弧后，下部圆弧在小车的驱动下与上部圆弧完成对接，从而完成环形结构的对接。圆弧导轨、圆弧齿条各分为两组，安装在环形结构的上部圆弧和下部圆弧处，与环形结构同步对接。
环形结构通过滑座(位于机身前后两组，每组4个)与旋转机构连接。旋转机构包括主体部分和驱动部分。旋转机构是通过电机配减速机驱动齿轮和圆弧齿条相互啮合，驱动旋转结构和机身同步在圆弧导轨上做轨迹运动，满足机身旋转至工作位置。保型机构主要分布在机身前后两组，每组3个。保型机构与机身之间采用球关节和铰链结构的方式连接，减少应力集中，防止机身发生大的变形。
2.机器人自动钻孔子系统应用
机器人、末端执行器以及真空吸尘是构成完整机器人自动钻控制系统的几部分内容，其中还涉及到执行单元、送料机构以及第七轴等。驱动末端执行器进行钻铆接工作是机器人的最终目标。底座、导轨滑块以及滑台等是第七轴不可缺少的组成部分，滑台运动需要借助伺服电机驱动齿轮齿条机构进行。从而推动机器人沿航向运动。各加工单元的搭载以及配置压脚工作都与末端执行器之间存在密切联系。法相测量机构的安装同要需要发挥末端执行器的作用与价值。
二、直升机机身总装自动钻铆系统工艺分析
1.系统初始化，测量基准点，建立坐标系。
2.机身结构预连接完成，拖车驱动机身结构进入工装主体，调整位置。
3.数字化定位工装保型机构人位，保持机身外形，旋转机构驱动机身在圆弧导轨上做轨迹运动，旋转至工作位置。
4.第7轴驱动机器人系统进入工作位置，末端执行器上的视觉单元，采集工艺基准孔信息，控制系统进行计算，拟合加工坐标系。
5.机器人自动钻孔子系统开始进行制孔、送钉以及铆接安装工作，并循环此部分工作，直至将该侧该区域的工作完成，第7轴驱动机器人进入该侧下一区域工作。
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6.旋转机构驱动机身结构进行旋转，将工作区域旋转至下一侧。
三、自动钻铆的关键技术
1.工装的数字化定位
直升机因为外形复杂，内部空间紧凑，所以设计一套数字化定位工装就显得非常关键。本文根据直升机制造过程、机身特点和工艺要求设计的数字化定位工装，克服了机身外形复杂、不容易定位的问题，可满足机身工况要求，实现工装的数字化和柔性化。数字化定位工装中的旋转机构可以保证机身旋转至所需要的姿态和角度。为达到机身要做圆周运动的要求，本系统采用力的作用点靠近输出扭矩(输出轴)的方式(即齿轮配合圆弧齿条)，齿轮安装在减速电机的输出轴，齿轮驱动圆弧齿条。
在直径方面，齿轮直径远远低于运动轨迹直径。对输出扭矩提出的要求会有所降低。电动驱动物空间在机身位于数字化定位工装中心当中存在的局限性问题，也可通过上述方式得到较为明显的改善。机身定位可利用保型机构得到有效保障，同时也可提升机身和旋转机构在圆弧导轨上旋转的同步性，最大限度减少对产品划伤的可能性。在应力集中不断下降的同时，机身结构的柔韧夹持目标得以逐步实现。
2.圆弧导轨的设计选型
本系统采用机身与旋转机构在圆弧导轨上同步旋转，所以圆弧导轨的设计选型就尤为重要。圆弧导轨固定在工装主体上，在圆弧导轨上安装滑座，机身前后两组，每组4个。滑座和旋转机构连接，滑座沿圆弧导轨做轨迹运动，带动旋转机构和机身转动。为了保证在过渡阶段滑座的顺利通过，对每根弧形导轨的两端进行了特殊的专门加工，角度比180°略微小些，靠近端部两边的v型导轨面经过精磨，形成特殊轨迹，确保相邻圆弧导轨结合的平滑，不会发生滑座脱离现象。
3.末端执行器
末端执行器是机器人自动钻孔子系统的核心部分。其机构形式直接影响整个系统的功能和作用。伴随着现代飞机装配对设备多功能需求日益强烈，末端执行器应在现有制孔的基础上开发面向送钉、涂胶、铆接等新型功能。本系统设计的末端执行器具有轻量化、多功能化的特点。末端执行器集成的执行单元有：制孔单元、压脚单元、插钉铆接单元和视觉单元。视觉单元主要在末端执行器的外壳上装配康耐视摄像头，当移动到视觉定位工位时，对产品上的已知目标，根据实际零件的几何形状调整机器人的理论轨迹。通过二维的相机和一维的激光测距仪组合，达到三维测量。
结语：柔性化、数字化以及模块化是直升机机身总装自动钻铆系统最为明显的优势。在相关技术不断普及与推广的背景之下，高质量以及高效率成为我国直升机装配技术发展的主要方向。通过不断加大探究与投入力度，我国直升机行业研制能力与西方发达国家之间的差距逐渐缩小，对我国整体竞争力以及竞争地位的提升都有重要作用。在技术上给予直升机研制工作应有的保障。
参考文献：
[1] 姜丽萍. 基于模型定义的中机身自动化装配关键技术研究[D]. 2016.
[2] 喻龙, 章易镰, 王宇晗. 飞机自动钻铆技术研究现状及其关键技术[J]. 航空制造技术, 2017(9).
论文作者:杨宇超,
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/24
标签：机身论文; 圆弧论文; 机构论文; 导轨论文; 工装论文; 直升机论文; 结构论文; 《中国西部科技》2019年第8期论文;