國內外自動鉆鉚技術的發展現狀及應用

2024年3月28日發(作者：生意好的祝福語)

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國內外自動鉆鉚技術的

發展現狀及應用

西飛國際設備維修中心　　樓阿莉

自動鉆鉚技術不只是工藝機械化、自動化的要求，更主要的還是飛機本

身性能的要求。目前世界各航空工業發達國家都已廣泛采用自動鉆鉚技

術。隨著我國航空工業研制的新機種的性能、水平不斷提高，在鉚接裝

配中發展自動鉆鉚技術已經勢在必行

當代飛機制造技術的發展，對疲術。自動鉆鉚技術主要包含以下內

勞壽命、密封、防腐的要求越來越高，容：

為了滿足飛機對各種性能的要求，航（１）　設備的研制、開發。以不同

空制造領域發展了各種先進技術，其

中機械連接技術的干涉配合無頭鉚釘

自動鉆鉚技術就是其中之一。國外鉚

接裝配技術幾十年的應用證明，采用

自動鉆鉚機后裝配效率至少比手工鉚

接裝配提高１０倍，并能節約安裝成

本，改善勞動條件，更主要的是能夠

確保安裝質量，大大減少人為因素造

成的缺陷。現在采用自動鉆鉚機已成

為改善飛機性能的主要工藝措施之

一。

美國是最早發展自動鉆鉚技術的

飛機的結構為對象，發展多種型號的

數控自動鉆鉚系統，不僅能鉚接壁

板，而且還可鉚接各種組件，如肋、

框、梁、翼面、前緣等，從而使自動

鉆鉚系統的工作覆蓋面大幅度增加，

使整個飛機的鉚接工作有較大的改

觀。

（２）　對各種干涉配合新型緊固件

進行自動安裝。通過增加附件，可以

對兩件型緊固件進行自動安裝，如環

槽釘、高鎖螺栓、錐形螺栓等，也可

對無頭鉚釘進行干涉配合鉚接，從而

整個過程通過預先編程全部由ＣＮＣ

程序控制，自動鉆鉚工藝是在一臺設

備上一次性地連續完成夾緊、鉆孔、

锪窩、注膠、放鉚、銑平等工序。由

于機床帶有高速、高精度的轉削主軸

頭，一次進給即能鉆出０．００５ｍｍ以

內高精度的孔，同時埋頭窩的深度也

可精確控制在±０．０１ｍｍ以內，再加

上機床由數控系統控制各軸運動，并

采用精密自動化工裝夾具，使得鉚釘

鐓頭高度保持一致，不受人為因素的

影響。所有這些因素均使釘桿在孔中

充填質量大為改善，從而有利于提高

細節疲勞強度許用值。此外，由于鉆

孔時鉚接件處在高的夾緊力下，層間

不會產生毛刺和進入切削，可以減小

疲勞載荷下發生磨蝕損傷的程度，這

些均有利于提高接頭的疲勞強度。

（４）　數字化鉚接的實現。現代飛

國家，早在　５０　年代初就已在飛機鉚提高鉚接結構疲勞壽命５～６倍，對提

接裝配生產線上應用了自動鉆鉚機，高飛機整體油箱的密封鉚接質量有重

經過　５０　多年的發展，現在世界各航大意義。

空工業發達國家都已廣泛采用這項技（３）　自動鉆鉚工藝。結構鉚接的

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航空制造技術２００５年第６期

Automatic Drilling and Riveting Technology

自動鉆鉚技術

西飛引進的ＧＥＭＣＯＲ　Ｇ４００自動鉆鉚機

Ｇ４０１３、　Ｇ４０２６、Ｇ４０２６、Ｇ５０１３等配套組成自動鉆鉚

Ｇ５０１３。近幾年無

頭鉚釘的工作原

理有所發展，機

床采用

ＧＥＭＣＯＲ專利

的ＳＱＵＥＥＺＥ／

ＳＱＵＥＥＺＥ雙擠

鉚方式，先預擠

鉚，再進行擠鉚，

不僅能保證上下

鉚頭同步成形上

下鐓頭，而且鉚

系統。Ｇ８６的ＣＮＣ定位系統有獨特

的低重心設計，這樣可以保證即使在

高速運行的狀態下也具有穩定性和可

重復性。托架可以通過寬度調節容納

不同大小的夾具。目前，該機型已發

展成全電動自動鉚接系統，鉚接方式

也從液壓鐓鉚發展為ＳＱＵＥＥＺＥ／

ＳＱＵＥＥＺＥ的雙擠鉚方式；１０／３２＂以

下的鉚釘鉚接驅動采用全電動方式，

用滾柱絲杠傳動，并配有自動換刀裝

置。近兩年開發了脫機編程系統，可

與ＣＡＴＩＡ　Ｖ５進行數據交換，實現

數字化鉚接。

（４）　ＲＯＵＳＩＥＲ機翼鉆鉚系統。

該鉆鉚機作Ｘ、Ｙ、Ｚ、ａ、ｂ向運動，

而工件的支持結構固定不動。Ｘ、Ｙ

軸的定位由數控系統控制，而Ｚ、ａ、

ｂ的運動則通過法向傳感器／伺服系

統來控制。該系統用于鉆鉚波音

７４７／７６７機翼壁板。

世界各航空工業發達國家的自動

鉆鉚技術基本上都是從美國引進的，

然后再進行國產化，以適應本國航空

工業發展的需要。如原蘇聯在　７０年

代從美國引進ＧＥＭＣＯＲ的　Ｇ３００型

和Ｇ６６６型自動鉆鉚機，并在此基礎

上研制出自己的系列自動鉆鉚機及數

控托架，并已廣泛裝備于各飛機工

廠，主要產品有ＡＫ－５．５－２．４、ＡＫ－

２．２－０．５等，用于飛機機身、機翼的

裝配，機鉚系數可達７０‰。但其自動

鉆鉚機的控制系統較落后，故其產品

未打入國際市場。此外，法國在從美

國引進各種型號自動鉆鉚機的基礎

上，從　８０　年代起也開始進行國產

化，其產品曾打入國際市場與美國產

品競爭，法國自動鉆鉚機在國外推銷

較多的產品為　ｒｅｃｏｕｌｅｓ　ｅｔ　ｆｉｌｓ公司

的ＰＲＥＣＡ３００和ＰＲＥＣＡ６００，其性

能與美國Ｇ３００相當，上動力頭也為

機設計已實現數字化，開發應用脫機

編程系統使得飛機各組件的數模通過

脫機編程系統生成數控鉚接程序，實

現各種組件的鉚接數字化，對實現飛

機制造數字化具有重大意義。

目前，波音、空客的有關飛機結

構設計手冊中明確規定：　為確保連接

質量，設計時應使自動化鉚接獲得最

大限度的使用。由此可以看出，自動

鉆鉚技術不只是工藝機械化、自動化

的要求，更主要的還是飛機本身性能

的要求。由于設計上的這一要求，就

使得自動鉆鉚技術的發展具有生命

力。所以近２０年來，自動鉆鉚技術得

到迅速發展。

接質量大大提高。各種型號機床可通

過改變下鉚砧形狀和尺寸來適應各種

結構的要求。ＧＥＭＣＯＲ　公司生產的

數控托架（也稱自動定位系統）主要

型號有　Ｇ６３、Ｇ７９、Ｇ８６、７４７ＷＲＳ、

Ｇ２０００等。

（１）　Ｇ６３自動定位系統。Ｇ６３的

工作原理是：鉆鉚機固定不動，托架

的框架固定在兩端的架車上，架車在

地面導軌上縱向移動，所有Ｘ、Ｙ、Ｚ

軸方向的運動由伺服控制的液壓馬達

通過滾珠絲杠來帶動，而繞Ｘ向的旋

轉則依靠伺服操作液壓作動筒。該系

統應用于空客公司Ａ３００機翼壁板的

裝配中，與Ｇ６６６Ｓｐ－１４５無頭鉚釘鉆

鉚機配套組成自動鉆鉚系統。在美國

ＶＯＵＧＨＴ公司的波音７４７機身壁板

美國自動鉆鉚機的最早制造廠商的裝配中，它與Ｇ４００Ｂ／３９Ａ－１２０　鉆

是ＧＥＭＣＯＲ（通用電氣機械公司），鉚機配套組成自動鉆鉚系統。

它是向世界各國飛機制造行業提供自（２）　Ｇ７９自動定位系統。它與

動鉆鉚機的主要廠商之一。該公司生

產的系列化產品質量可靠，并配套有

各種型號的數控托架。到現在為止，

銷售的自動鉆鉚機數量已達　２０００臺

以上，其中１９０臺具有定位系統。公

司生產的自動鉆鉚機主要型號有

Ｇ２００、Ｇ３００、Ｇ４００、Ｇ９００、Ｇ６６６、

Ｇ３９Ａ、Ｇ４０１３、Ｇ４０２６、Ｇ５０１３。其

Ｇ４００ＢＨ／３９Ａ－１２０自動鉆鉚機配套

用于ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ公司轉包生產波

音７６７機身段的裝配。Ｇ７９為ＣＮＣ控

制、六坐標、中型自動定位系統。它

是　ＧＥＭＣＯＲ　產品中最通用、最多

功能的定位系統。鉚接機作Ｘ向運

動，而托架作Ｙ、Ｚ和ａ、ｂ、ｃ向的

運動（ａ、ｂ、ｃ為繞Ｘ、Ｙ、Ｚ軸的轉

國外自動鉆鉚技術發展簡況

中　Ｇ２００、Ｇ４００　型是較早的型號，動）。所有的動作均由自動和手動控３個主軸。該公司現已倒閉。

Ｇ３００為比較通用的型號，而Ｇ９００型制的電伺服馬達驅動。德國在發展自動鉆鉚技術方面走

的功能比較齊全。具有無頭鉚釘鉆鉚（３）　Ｇ８６自動定位系統。它可以的是另一條道路，在此項技術的應用

功能的型號有Ｇ９００、Ｇ６６６、　Ｇ３９Ａ　、與　Ｇ２００、Ｇ３００、Ｇ４００、Ｇ９００、Ｇ４０１３、與發展中，憑借其雄厚的資金、技術

２００５年第６期航空制造技術

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力量，一方面大量引進先進的自動鉆

鉚系統和柔性裝配系統，另一方面自

己也積極研制開發高自動化的鉚接裝

配系統。故德國的自動鉆鉚技術雖然

起步較晚，但已比較先進，脫機編程

系統已應用成熟，可與ＣＡＴＩＡ　Ｖ５進

行數據交換，實現數字化鉚接。目前

ＢＲ歍ＪＥ公司的機身鉚接柔性工裝和

柔性裝配生產線在世界處于領先地

位。

種的性能、水平不斷提高，在鉚接

裝配中發展自動鉆鉚技術已經勢在

必行。

我國自動鉆鉚機的研制起步較

早，７０年代初，原航空部曾組織有關

單位研制過各種型號的自動鉆柳機，

但因種種原因沒能堅持下去。分析其

原因主要還是當時研制或生產的飛機

機種對使用自動鉆鉚機沒有迫切要

音和前麥道公司的垂尾平尾及法航、

意航、加航的零件。隨著國際間技術

交流的不斷深化，我國又同美國麥道

公司合作生產干線機　ＭＤ－９０－３０。

西飛公司的兩臺自動鉆鉚機已滿足不

了生產的需求。１９９３年又引進了

ＧＥＭＣＯＲ公司的Ｇ４０２６ＳＸＸ－１２０

型自動鉆鉚機，用于麥道公司ＭＤ－

９０－３０等飛機的機翼壁板的鉚接裝配

生產。該機床引進時，未引進托架裝

置，１９９５年西飛公司同西工大聯合研

究、設計、制造了該機翼托架，采用

了　Ｚ坐標兩立柱支撐的結構形式。

由于受當時工藝制造水平的限制，圍

框剛性不足，存在一定問題，而麥道

干線機生產的下馬使該項科研最終未

進行下去。１９９８年西飛又引進ＡＰＳ公

司的ＲＭＳ３３５鉆鉚機，取代Ｇ４００機

床。與此同時，成飛公司先后引進了

Ｇ４０２６、ＲＭＳ３３５鉆鉚機，沈飛公司

也引進法國的ＰＲＥＣＡ　３００和

ＢＲ歍ＪＥ的ＢＡ９６，２０００年陜飛公司

引進ＧＥＭＣＯＲ　ＧＲＳ６Ｒ３０－１２０，配

有自動送釘裝置和法線傳感器，但均

未配置全自動定位系統。

求，由于沒有型號需求的牽引，使得

美國ＥＬＥＣＴＲＯＩＭＰＡＣＴ（ＥＩ）繼續開展這項工作缺乏動力，加之當

公司是一家１９８６年成立的、迅速發展時研制的設備中所采用的元件、控制

的研制開發高自動化臥式鉚接裝配系系統等均存在各種質量問題，致使工

統的有潛力的公司。公司生產的

Ｅ４０００型系列自動鉆鉚系統用于空客

公司的Ａ３２０、Ａ３４０、Ａ３８０機翼的鉚

接。ＥＩ公司采用電磁鉚接，特點是電

磁力大，速度快，更適合大鉚釘、大

型機翼壁板的鉚接。由于采用臥式主

軸結構，鉚接時幾乎沒有后坐力，同

時工件不動，故鉚接質量高。ＥＩ公司

作被迫中斷。

到了８０　年代中期，各廠外協加

工項目增加，開始承擔一些民機小部

件（如垂尾、平尾）的鉚接裝配，因

國外要求進行這些部件的鉚接裝配時

必須使用自動鉆鉚機，以保證達到所

要求的質量，于是自動鉆鉚機又再度

得到應用。此外，我國的干線飛機研

制也正在逐步開展，為了確保干線飛

機的疲勞壽命和安裝質量要求，也迫

切要求盡快發展我國的自動鉆鉚技

術。此后，我國一些航空工廠先后引

進了自動鉆鉚機。１９８５年，西飛公司

引進一臺從波音公司退役的二手設備

Ｇ４００，１９９２　年引進Ｇ９００。這兩臺機

床均配以手動托架，分別加工美國波

西飛與西工大聯合制造的機翼托架

直接在ＣＡＴＩＡ　Ｖ５平臺上開發的脫

機編程系統可實現數字化鉚接。２００３

年，ＥＩ公司為空客建立了兩條１６５ｍ

長的生產線，共８臺Ｅ４３８０設備，分

別加工Ａ３８０上下壁板。

結束語

飛機機械連接自動鉆鉚技術在國

外發展極為迅速，而我國與國際先進

水平差距越來越大。我們應從整個航

空工業全局的生存和發展出發，從技

術經濟綜合效益考慮，努力逐步縮小

與國外先進水平的差距。我們認為應

首先大幅度提高飛機裝配時的機鉚系

數，否則就不可能實現自動鉆鉚，也

不可能使鉚接結構達到飛機對疲勞壽

命、防腐、密封性和減輕結構重量的

要求。在轉包生產中，通過引進國外

先進的數控鉆鉚系統及鉚接生產線，

學習積累國外先進技術和工藝方法，

再結合型號研制，對引進的自動鉆鉚

機開發配套數控托架，從而降低制造

成本，探索出一條與我國國情相適應

的飛機裝配工藝技術改造的新路。

　　　　　　　　　　　　　　　（責編　　宇迪）

國內自動鉆鉚技術發展簡況

隨著我國航空工業研制的新機

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航空制造技術２００５年第６期