制造飞机翅膀的高速机器人。

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工业机器人主要用于工业生产,如搬运、焊接、喷漆等。目前,应用最广泛的领域是汽车制造。然而,如今自动化生产的需求促使工业机器人进入飞机制造领域。为了制造波音777 X巨大机翼的复合材料部分,美国的Electroimpact公司在波音公司的参与下,设计制造了新一代机器人,准备用这种最新的自动化技术来生产飞机零部件和组装飞机。

2016年2月5日,《西雅图时报》航空航天记者多米尼克·盖茨首次报道了将在埃弗雷特飞机制造厂制造的波音777X机翼的关键技术进展。“机器人的头部以很大的速度飞行和旋转,然后回到原来的位置。在它的前面,就像一条消防线在闪烁,所以填充了环氧树脂的碳纤维一根接一根地铺设。”


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。”Inpark公司项目经理托德·拉德伯格(Todd Ladberg)表示,尽管制造复合材料零件的类似机器已经存在了几年,但他的团队已经将机器人的速度、规模和精度提升到了一个新的水平。“我们有数据支持。在我的大楼里,我有两台世界上最好的机器同时运行,这非常了不起。”

一种是所谓的自动铺纤机(AFP),将注有环氧树脂的碳纤维条一层一层精确铺在机身旁,形成长33.4米、宽6米的复合材料机翼蒙皮。第二台AFP机器做的工作稍微复杂一点:它把这个碳纤维条铺在一个有两个90度角的U型结构表面,也就是一个翼梁上。因为这种复合材料制造技术可以做出精确的轮廓,波音工程师可以设计出新的、细长的、空气动力学完美的机翼。

目前,Inpark已经向波音公司新的复合材料机翼中心交付了第一台AFP翼梁机。今年夏天,波音公司将开始使用该机器人为777X制造机翼蒙皮和翼梁。制造如此巨大机翼的蒙皮和翼梁是一项新技术。因为没有连接器,这有助于降低制造成本和减轻重量。当初,由于777 X的生产速度还很低,波音每种机型只需要两台。然而,当产量在2020年达到顶峰时,每种类型可能有六种甚至更多。

据说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,空客户的供应商GKN公司使用AFP机器制造A350的翼梁,该翼梁也分为三段。为了保护波音公司在采用新设备方面的竞争优势,Inpark和波音公司就777X所使用的机头签署了独立的知识产权协议。虽然未来Inpark会将AFP飞机出售给各个国家的竞争飞机制造商,但飞机中的关键技术只属于波音公司。

波音777 X的3.34米长的折叠翼尖是一个单独的结构,由圣路易斯的波音公司制造,送到埃弗雷特组装。

机翼蒙皮AFP机1.7吨重的机器人头部优雅地悬挂在12.8米宽的龙门架上,在弯曲的水平面上来回移动,铺设一条条碳纤维带,每一次移动都构成了另一层材料。每当机头轻轻接触其制造的表面时,其尖端的热加热元件会使基材变粘,因此下一层很容易被粘住。随着这种“催眠舞蹈”动作的发展,机头同时从20个像电影磁带卷盘一样的大卷盘中拉出磁带,每次铺设一条宽度为76.2厘米的磁带。机器工作时唯一的声音是气刹发出的轻微嘀嗒声,即机头改变角度铺另一层胶带时,或铺完一趟胶带被切断时。

翼梁AFP机半吨重的机器人头从16个大套中拉出半英寸(约1.27厘米)宽的细碳纤维带进行铺设。机头到机后,10分钟就可以沿翼梁铺设一层全长。以一定角度铺设另一层可在约25分钟内完成。一旦AFP机器开始生产机翼零件,波音公司将继续按照生产节奏日夜工作。停机时间必须控制在最短的时间间隔内。目前AFP机器不断监测零件是否有缺陷,停机时间相当于铺料时间。

29岁的AFP机翼蒙皮机头总工程师Brock Yana说,在设计所有这些新硬件时,每一个可以制造的新技术产品都是一个集成的自我测试系统。在铺设碳纤维条的过程中,机器会进行各种测量,如果碳纤维条的任何部分缺失或错位,机器会发出警告。顶部的激光探头会在需要注意的缺陷周围亮起绿灯,以便操作人员快速决定是否需要去除缺陷层并重新进行修补。为了提高效率,Inpark公司还在机器旁边设置了工作台,更换机头。当碳纤维带的卷轴无法完全放出纤维带时,提前准备好的机头可以在两分钟内更换。

除了上述为波音公司制造777 X复合材料机翼的设备外,Inpark公司的类似设备也被其他飞机制造商采用,如为空客机的机翼装配提供所有主要工装系统;加拿大庞巴迪还配备了由Inpark设计的总装线,用于装配其商用喷气式飞机和C系列喷气式飞机的机翼装配线;为巴西安博公司提供KC-390军用运输机的机翼工装;为西雅图仁顿波音公司生产的波音737窄体飞机整体机翼壁板提供自动钻孔和紧固设备,已成为提高月产量的关键环节;中国Xi安飞机公司获得了由Inpark公司开发的E7000机身铆钉枪,帮助其制造ARJ21机身。

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