弗劳恩霍夫IFAM实现了CFRP机身框架的自动预组装

自动化是提高生产效率的最重要战略之一。由德国联邦经济事务和能源部（BMWi）资助的 "脉冲 "项目和 "Tempo"（CFRP机身部件高效装配和生产技术）子项目开发了一种新型定位和钻孔末端效应器。

该终端效果器实现了在CFRP整体框架上自动预装加固元件（夹板），用于制造飞机机身。以前的手工生产也需要更多的工艺步骤。另外，紧凑的末端效应器也可以由标准的工业机器人拾取。这样既能在质量不变的情况下提高生产速度，又能降低成本。

这些自动化解决方案由合作伙伴空客汉堡（德国）和弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所（IFAM，Stade）开发，已经在近乎系列化的生产环境中的全规模样机上得到了验证。该项目已于2020年成功完成。

CFRP框架的预组装

机架是飞机机身中的横向加劲部件。空客A350采用CFRP和创新的整体式机身结构，可节省重量和生产步骤。需要额外的加强元件（夹板）来防止机身横向弯曲。这些肋条--最长可达6米--在几何上都是不同的，因此，为了给部件手工配备公差为0.2毫米的夹板，每根肋条都需要一个特殊的模具模板。这些模板价格昂贵，使用复杂。此外，手动夹板进给和预组装需要很大的差异。此外，还必须对连接部件进行广泛的测量步骤，以实现精确的位置对准。

"'Tempo'项目向我们提出了一个挑战，即以这样的方式实现工艺步骤的自动化，从而降低工艺的持续时间和复杂性，"来自Fraunhofer IFAM的项目经理Leander Brieskorn解释道。"夹板应自动拾取并送入框架。为了将框架和夹板铆接在一起，然后有必要对这两个组件进行钻孔。我们通过使用我们新开发的高精度末端效应器为框架配备夹板来实现这一目标。此外，在我们位于斯塔德的近系列机身装配厂里，机架与机身外壳的装配没有任何缝隙。"

定位和钻孔终端效应器，用于CFRP整体框架的自动化、高精度和高质量的预组装。

开发的定位和钻孔终端效应器可以完成接收不同夹板的任务，将它们定位在不同的整体框架上，同时对两个部件进行双钻。结构紧凑的末端效应器可以通过使用的门户系统以及标准的工业机器人来接收。选择门户系统是为了提高定位精度。整体框架被拉伸在门架下的高跷上，并可通过几种机械调整选项在空间中进行定位。终端效应器有一个对称的支架，它可以拿起不同方向的夹板，并将其夹在支架上。通过使用弹簧减震的机械止动装置，它以局部精度接近各自的连接位置。当夹板加强元件从上方放置在整体框架表面，并使用内置机构夹持两个组件时，钻孔过程从框架的背面进行，以防止CFRP磨损。一个抽吸系统将产生的钻孔粉尘收集起来。一旦组件被钻孔，夹板在框架上的位置就被确定了。然后可以将夹板铆接在框架上。

终端效应器可以通过系统PLC控制，并从导入的部件CAD数据中接收其全局位置数据。通过使用激光跟踪器进行快速的上游测量来适应新的装配情况。创新的技术实现了可靠的过程和高定位精度。除了在控制面板上按下启动按钮外，其他一切都自动运行。专门开发的用户友好型操作界面，通过不言自明的图像来方便输入，即使是没有经验的员工也能迅速熟悉系统的控制。

通过对夹板拾取器进行适当的修改，末端效应器还可以安装几何形状稍有不同的夹板类型，并将其精确定位在不同类型的整体框架上。自动锉刀的精度为±0.1毫米，从而超过200%的精度要求。

集成在定位和钻孔终端效应器中的测量技术准确记录了200牛顿的接触压力要求，以及许多其他参数，用于监测在整体框架上预装夹板的最佳条件。这保证了在线质量的保证。

Tempo "子项目的进一步研发工作

在弗劳恩霍夫-IFAM位于斯塔德的技术中心的 "Tempo "子项目中，在近系列机身装配系统中，将装有夹板的整体框架安装在机身外壳上。测量整体框架和机身蒙皮之间的连接间隙，结果显示它们都小于0.3毫米，因此无需额外填充间隙。

为框架的预装、定位和钻孔而开发的末端效应器，也可以通过调整安装系统，用于其他行业的部件装配，如风力发电机、轨道车辆、商用车、汽车或造船等。

经过三年半的时间，由BMWi德国联邦经济事务和能源部资助的研究项目 "Impuls"（"创新的、中期可实施的、节约成本的CFRP机身部件解决方案"）于2020年结束，其中包括子项目 "Tempo"；BMWi资助编号：20W1526F。弗劳恩霍夫IFAM感谢BMWi提供的资助。