国内外自动钻铆技术的发展现状及应用

2024年3月28日发(作者：生意好的祝福语)

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国内外自动钻铆技术的

发展现状及应用

西飞国际设备维修中心　　楼阿莉

自动钻铆技术不只是工艺机械化、自动化的要求，更主要的还是飞机本

身性能的要求。目前世界各航空工业发达国家都已广泛采用自动钻铆技

术。随着我国航空工业研制的新机种的性能、水平不断提高，在铆接装

配中发展自动钻铆技术已经势在必行

当代飞机制造技术的发展，对疲术。自动钻铆技术主要包含以下内

劳寿命、密封、防腐的要求越来越高，容：

为了满足飞机对各种性能的要求，航（１）　设备的研制、开发。以不同

空制造领域发展了各种先进技术，其

中机械连接技术的干涉配合无头铆钉

自动钻铆技术就是其中之一。国外铆

接装配技术几十年的应用证明，采用

自动钻铆机后装配效率至少比手工铆

接装配提高１０倍，并能节约安装成

本，改善劳动条件，更主要的是能够

确保安装质量，大大减少人为因素造

成的缺陷。现在采用自动钻铆机已成

为改善飞机性能的主要工艺措施之

一。

美国是最早发展自动钻铆技术的

飞机的结构为对象，发展多种型号的

数控自动钻铆系统，不仅能铆接壁

板，而且还可铆接各种组件，如肋、

框、梁、翼面、前缘等，从而使自动

钻铆系统的工作覆盖面大幅度增加，

使整个飞机的铆接工作有较大的改

观。

（２）　对各种干涉配合新型紧固件

进行自动安装。通过增加附件，可以

对两件型紧固件进行自动安装，如环

槽钉、高锁螺栓、锥形螺栓等，也可

对无头铆钉进行干涉配合铆接，从而

整个过程通过预先编程全部由ＣＮＣ

程序控制，自动钻铆工艺是在一台设

备上一次性地连续完成夹紧、钻孔、

锪窝、注胶、放铆、铣平等工序。由

于机床带有高速、高精度的转削主轴

头，一次进给即能钻出０．００５ｍｍ以

内高精度的孔，同时埋头窝的深度也

可精确控制在±０．０１ｍｍ以内，再加

上机床由数控系统控制各轴运动，并

采用精密自动化工装夹具，使得铆钉

镦头高度保持一致，不受人为因素的

影响。所有这些因素均使钉杆在孔中

充填质量大为改善，从而有利于提高

细节疲劳强度许用值。此外，由于钻

孔时铆接件处在高的夹紧力下，层间

不会产生毛刺和进入切削，可以减小

疲劳载荷下发生磨蚀损伤的程度，这

些均有利于提高接头的疲劳强度。

（４）　数字化铆接的实现。现代飞

国家，早在　５０　年代初就已在飞机铆提高铆接结构疲劳寿命５～６倍，对提

接装配生产线上应用了自动钻铆机，高飞机整体油箱的密封铆接质量有重

经过　５０　多年的发展，现在世界各航大意义。

空工业发达国家都已广泛采用这项技（３）　自动钻铆工艺。结构铆接的

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航空制造技术２００５年第６期

Automatic Drilling and Riveting Technology

自动钻铆技术

西飞引进的ＧＥＭＣＯＲ　Ｇ４００自动钻铆机

Ｇ４０１３、　Ｇ４０２６、Ｇ４０２６、Ｇ５０１３等配套组成自动钻铆

Ｇ５０１３。近几年无

头铆钉的工作原

理有所发展，机

床采用

ＧＥＭＣＯＲ专利

的ＳＱＵＥＥＺＥ／

ＳＱＵＥＥＺＥ双挤

铆方式，先预挤

铆，再进行挤铆，

不仅能保证上下

铆头同步成形上

下镦头，而且铆

系统。Ｇ８６的ＣＮＣ定位系统有独特

的低重心设计，这样可以保证即使在

高速运行的状态下也具有稳定性和可

重复性。托架可以通过宽度调节容纳

不同大小的夹具。目前，该机型已发

展成全电动自动铆接系统，铆接方式

也从液压镦铆发展为ＳＱＵＥＥＺＥ／

ＳＱＵＥＥＺＥ的双挤铆方式；１０／３２＂以

下的铆钉铆接驱动采用全电动方式，

用滚柱丝杠传动，并配有自动换刀装

置。近两年开发了脱机编程系统，可

与ＣＡＴＩＡ　Ｖ５进行数据交换，实现

数字化铆接。

（４）　ＲＯＵＳＩＥＲ机翼钻铆系统。

该钻铆机作Ｘ、Ｙ、Ｚ、ａ、ｂ向运动，

而工件的支持结构固定不动。Ｘ、Ｙ

轴的定位由数控系统控制，而Ｚ、ａ、

ｂ的运动则通过法向传感器／伺服系

统来控制。该系统用于钻铆波音

７４７／７６７机翼壁板。

世界各航空工业发达国家的自动

钻铆技术基本上都是从美国引进的，

然后再进行国产化，以适应本国航空

工业发展的需要。如原苏联在　７０年

代从美国引进ＧＥＭＣＯＲ的　Ｇ３００型

和Ｇ６６６型自动钻铆机，并在此基础

上研制出自己的系列自动钻铆机及数

控托架，并已广泛装备于各飞机工

厂，主要产品有ＡＫ－５．５－２．４、ＡＫ－

２．２－０．５等，用于飞机机身、机翼的

装配，机铆系数可达７０‰。但其自动

钻铆机的控制系统较落后，故其产品

未打入国际市场。此外，法国在从美

国引进各种型号自动钻铆机的基础

上，从　８０　年代起也开始进行国产

化，其产品曾打入国际市场与美国产

品竞争，法国自动钻铆机在国外推销

较多的产品为　ｒｅｃｏｕｌｅｓ　ｅｔ　ｆｉｌｓ公司

的ＰＲＥＣＡ３００和ＰＲＥＣＡ６００，其性

能与美国Ｇ３００相当，上动力头也为

机设计已实现数字化，开发应用脱机

编程系统使得飞机各组件的数模通过

脱机编程系统生成数控铆接程序，实

现各种组件的铆接数字化，对实现飞

机制造数字化具有重大意义。

目前，波音、空客的有关飞机结

构设计手册中明确规定：　为确保连接

质量，设计时应使自动化铆接获得最

大限度的使用。由此可以看出，自动

钻铆技术不只是工艺机械化、自动化

的要求，更主要的还是飞机本身性能

的要求。由于设计上的这一要求，就

使得自动钻铆技术的发展具有生命

力。所以近２０年来，自动钻铆技术得

到迅速发展。

接质量大大提高。各种型号机床可通

过改变下铆砧形状和尺寸来适应各种

结构的要求。ＧＥＭＣＯＲ　公司生产的

数控托架（也称自动定位系统）主要

型号有　Ｇ６３、Ｇ７９、Ｇ８６、７４７ＷＲＳ、

Ｇ２０００等。

（１）　Ｇ６３自动定位系统。Ｇ６３的

工作原理是：钻铆机固定不动，托架

的框架固定在两端的架车上，架车在

地面导轨上纵向移动，所有Ｘ、Ｙ、Ｚ

轴方向的运动由伺服控制的液压马达

通过滚珠丝杠来带动，而绕Ｘ向的旋

转则依靠伺服操作液压作动筒。该系

统应用于空客公司Ａ３００机翼壁板的

装配中，与Ｇ６６６Ｓｐ－１４５无头铆钉钻

铆机配套组成自动钻铆系统。在美国

ＶＯＵＧＨＴ公司的波音７４７机身壁板

美国自动钻铆机的最早制造厂商的装配中，它与Ｇ４００Ｂ／３９Ａ－１２０　钻

是ＧＥＭＣＯＲ（通用电气机械公司），铆机配套组成自动钻铆系统。

它是向世界各国飞机制造行业提供自（２）　Ｇ７９自动定位系统。它与

动钻铆机的主要厂商之一。该公司生

产的系列化产品质量可靠，并配套有

各种型号的数控托架。到现在为止，

销售的自动钻铆机数量已达　２０００台

以上，其中１９０台具有定位系统。公

司生产的自动钻铆机主要型号有

Ｇ２００、Ｇ３００、Ｇ４００、Ｇ９００、Ｇ６６６、

Ｇ３９Ａ、Ｇ４０１３、Ｇ４０２６、Ｇ５０１３。其

Ｇ４００ＢＨ／３９Ａ－１２０自动钻铆机配套

用于ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ公司转包生产波

音７６７机身段的装配。Ｇ７９为ＣＮＣ控

制、六坐标、中型自动定位系统。它

是　ＧＥＭＣＯＲ　产品中最通用、最多

功能的定位系统。铆接机作Ｘ向运

动，而托架作Ｙ、Ｚ和ａ、ｂ、ｃ向的

运动（ａ、ｂ、ｃ为绕Ｘ、Ｙ、Ｚ轴的转

国外自动钻铆技术发展简况

中　Ｇ２００、Ｇ４００　型是较早的型号，动）。所有的动作均由自动和手动控３个主轴。该公司现已倒闭。

Ｇ３００为比较通用的型号，而Ｇ９００型制的电伺服马达驱动。德国在发展自动钻铆技术方面走

的功能比较齐全。具有无头铆钉钻铆（３）　Ｇ８６自动定位系统。它可以的是另一条道路，在此项技术的应用

功能的型号有Ｇ９００、Ｇ６６６、　Ｇ３９Ａ　、与　Ｇ２００、Ｇ３００、Ｇ４００、Ｇ９００、Ｇ４０１３、与发展中，凭借其雄厚的资金、技术

２００５年第６期航空制造技术

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力量，一方面大量引进先进的自动钻

铆系统和柔性装配系统，另一方面自

己也积极研制开发高自动化的铆接装

配系统。故德国的自动钻铆技术虽然

起步较晚，但已比较先进，脱机编程

系统已应用成熟，可与ＣＡＴＩＡ　Ｖ５进

行数据交换，实现数字化铆接。目前

ＢＲ歍ＪＥ公司的机身铆接柔性工装和

柔性装配生产线在世界处于领先地

位。

种的性能、水平不断提高，在铆接

装配中发展自动钻铆技术已经势在

必行。

我国自动钻铆机的研制起步较

早，７０年代初，原航空部曾组织有关

单位研制过各种型号的自动钻柳机，

但因种种原因没能坚持下去。分析其

原因主要还是当时研制或生产的飞机

机种对使用自动钻铆机没有迫切要

音和前麦道公司的垂尾平尾及法航、

意航、加航的零件。随着国际间技术

交流的不断深化，我国又同美国麦道

公司合作生产干线机　ＭＤ－９０－３０。

西飞公司的两台自动钻铆机已满足不

了生产的需求。１９９３年又引进了

ＧＥＭＣＯＲ公司的Ｇ４０２６ＳＸＸ－１２０

型自动钻铆机，用于麦道公司ＭＤ－

９０－３０等飞机的机翼壁板的铆接装配

生产。该机床引进时，未引进托架装

置，１９９５年西飞公司同西工大联合研

究、设计、制造了该机翼托架，采用

了　Ｚ坐标两立柱支撑的结构形式。

由于受当时工艺制造水平的限制，围

框刚性不足，存在一定问题，而麦道

干线机生产的下马使该项科研最终未

进行下去。１９９８年西飞又引进ＡＰＳ公

司的ＲＭＳ３３５钻铆机，取代Ｇ４００机

床。与此同时，成飞公司先后引进了

Ｇ４０２６、ＲＭＳ３３５钻铆机，沈飞公司

也引进法国的ＰＲＥＣＡ　３００和

ＢＲ歍ＪＥ的ＢＡ９６，２０００年陕飞公司

引进ＧＥＭＣＯＲ　ＧＲＳ６Ｒ３０－１２０，配

有自动送钉装置和法线传感器，但均

未配置全自动定位系统。

求，由于没有型号需求的牵引，使得

美国ＥＬＥＣＴＲＯＩＭＰＡＣＴ（ＥＩ）继续开展这项工作缺乏动力，加之当

公司是一家１９８６年成立的、迅速发展时研制的设备中所采用的元件、控制

的研制开发高自动化卧式铆接装配系系统等均存在各种质量问题，致使工

统的有潜力的公司。公司生产的

Ｅ４０００型系列自动钻铆系统用于空客

公司的Ａ３２０、Ａ３４０、Ａ３８０机翼的铆

接。ＥＩ公司采用电磁铆接，特点是电

磁力大，速度快，更适合大铆钉、大

型机翼壁板的铆接。由于采用卧式主

轴结构，铆接时几乎没有后坐力，同

时工件不动，故铆接质量高。ＥＩ公司

作被迫中断。

到了８０　年代中期，各厂外协加

工项目增加，开始承担一些民机小部

件（如垂尾、平尾）的铆接装配，因

国外要求进行这些部件的铆接装配时

必须使用自动钻铆机，以保证达到所

要求的质量，于是自动钻铆机又再度

得到应用。此外，我国的干线飞机研

制也正在逐步开展，为了确保干线飞

机的疲劳寿命和安装质量要求，也迫

切要求尽快发展我国的自动钻铆技

术。此后，我国一些航空工厂先后引

进了自动钻铆机。１９８５年，西飞公司

引进一台从波音公司退役的二手设备

Ｇ４００，１９９２　年引进Ｇ９００。这两台机

床均配以手动托架，分别加工美国波

西飞与西工大联合制造的机翼托架

直接在ＣＡＴＩＡ　Ｖ５平台上开发的脱

机编程系统可实现数字化铆接。２００３

年，ＥＩ公司为空客建立了两条１６５ｍ

长的生产线，共８台Ｅ４３８０设备，分

别加工Ａ３８０上下壁板。

结束语

飞机机械连接自动钻铆技术在国

外发展极为迅速，而我国与国际先进

水平差距越来越大。我们应从整个航

空工业全局的生存和发展出发，从技

术经济综合效益考虑，努力逐步缩小

与国外先进水平的差距。我们认为应

首先大幅度提高飞机装配时的机铆系

数，否则就不可能实现自动钻铆，也

不可能使铆接结构达到飞机对疲劳寿

命、防腐、密封性和减轻结构重量的

要求。在转包生产中，通过引进国外

先进的数控钻铆系统及铆接生产线，

学习积累国外先进技术和工艺方法，

再结合型号研制，对引进的自动钻铆

机开发配套数控托架，从而降低制造

成本，探索出一条与我国国情相适应

的飞机装配工艺技术改造的新路。

　　　　　　　　　　　　　　　（责编　　宇迪）

国内自动钻铆技术发展简况

随着我国航空工业研制的新机

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航空制造技术２００５年第６期