圖1加筋壁板制造工藝流程產線布局。

(相關資料圖)

圖2長桁鋪疊及坯料切割。

圖3長桁熱隔膜預成型。

圖4自動翻轉組合。

航空工業沈飛以民用飛機某型號機身下壁板為研究對象，開展了自動鋪帶、坯料超聲切割、熱隔膜成型、單根長桁翻轉組合、整體長桁翻轉定位組合、數控切割、激光雷達檢測等一系列自動化制造技術研究，全部工裝及自動翻轉組合設備均由國內自主制造，驗證了自動化制造技術方案，實現了大型復合材料加筋壁板自動化制造技術突破。

傳統復合材料零件制造以手工鋪疊為主，零件的鋪疊、周轉、組合都依靠人工操作完成，零件生產周期長且質量穩定性難以保證。因此，在復合材料制造行業，自動鋪絲、自動鋪帶、熱隔膜成型等自動化制造技術的應用越來越受到重視。針對大型加筋壁板如中央翼、機身壁板等復合材料零件中最典型的結構形式，搭建航空大型復合材料加筋壁板結構件自動化生產線，快速推動復合材料行業自動化制造進程，在提高裝備自動化、智能化程度的同時，形成了自主可控的復材成型加工自動化技術，大大提高了加工效率，提升了成型質量。

航空大型復合材料加筋壁板結構件自動化生產線采用環型物流產線布局，如圖1所示。按照制造產品的每一個工藝周轉過程，設計出初步布局，然后通過建模仿真模擬出布局，再對布局根據各個關鍵項進行詳細的評估，如果發現問題，則反復迭代，直到選擇出最好的布局結構，最后按照選出的布局方案，進行實施。

壁板、長桁自動鋪帶工藝制造技術

自動鋪帶技術是復合材料成型自動化的典型代表，集機電裝備技術、CAD/CAM軟件技術和材料工藝技術于一體，其具有高效、高質量、高可靠性、低成本的特點，公司將自動鋪帶技術用于平面型或低曲率的曲面構件，或者說準平面型復合材料構件的鋪疊制造，特別適合大尺寸和復合材料長桁構件的制造，減少了拼裝零件的數目，節約了制造和裝配成本，降低了材料廢品率和制造工時。此外，在長桁自動鋪帶完成后，利用超聲刀按照理論外形進行切割，如圖2所示；切割后的長桁坯料通過熱隔膜成型機預成型，如圖3所示，通過長桁翻轉組合夾具組合成完整的T型長桁并填充0°纖維。保證了壁板成型質量以及長桁定位準確。

長桁與蒙皮組合自動化技術

該項技術在國內應用尚屬首次，對未來開拓研制民用飛機中機身翼盒具有突破性意義。蒙皮采用自動鋪帶工藝鋪疊，鋪疊完成后與長桁進行組合。該壁板零件通過翻轉平臺實現所有長桁整體翻轉定位組合。翻轉平臺包括升降塔、長桁夾持與翻轉組件、定位組件等部分，如圖4所示。公司通過該項技術的運用擺脫了傳統單根長桁的處理和定位。實現了所有長桁膠接面的統一處理以及芯材的填充。采用上述技術除了提高了制造效率和操作人員的勞動強度外，翻轉系統還保證了所有長桁的定位精度，精度達到0.5mm以內，處于行業領先地位。

復雜結構外形柔性切割技術

復合材料壁板多為薄壁弱剛性零件，復材零件成型后都會存在一定的彈性變形，導致壁板輪廓存在一定公差，時常發生零件與銑切系統無法定位、零件與系統貼合較差、銑切力較大造成零件位置發生偏移，從而導致零件報廢。沈飛公司通過復合材料專用的柔性銑切系統，綜合考慮壁板制造過程中的定位基準、柔性夾持系統的理論定位以及固化變形后造成的形面曲率變化等因素，通過處理激光雷達所測量到的壁板數據并生產匹配度高的實際數模，對實際數模進行數控編程，利用此程序完成后續對復合材料壁板的數控加工工作。這種利用激光雷達測量結果逆向建模后再重新規劃數控加工路徑的方法兼顧高效和自動化的特點，極大地提升了復合材料壁板的加工精度問題。突破了大曲率壁板類零件外形切割技術，大大提高了壁板制件的外形尺寸精度，處于國內領先水平。

全尺寸高精度外形檢測技術

為了實現零件外形的高效、精準檢測，采用非接觸式數字化檢測手段—激光雷達對壁板外形進行檢測。通過此項技術為后續復合材料制件的數字化檢測提供了應用場景。激光雷達測量系統硬件由雷達主機、控制器、UPS電源和移動計算機工作站組成，軟件為SA（Spatial Analyzer）軟件。激光雷達可完成大尺寸遠距離自動化測量，其距離測量范圍一般為1m~30m，垂直角度范圍測量+/-45°，水平角度范圍測量+/-180 °，距離不確定度為10μm+2.5μm/m。壁板的測量狀態為在銑切夾具銑切完成后的狀態，壁板內型面朝上進行測量。通過此項技術為后續復合材料制件的數字化檢測進一步提供了應用場景。

在生產線布局合理規劃的基礎上，打通了復合材料壁板制造自動化生產的核心技術壁壘，在提高生產效率的同時極大地保證了產品質量，可具備大型復合材料加筋壁板自動化制造能力，為未來國內復合材料生產提供了技術支持和實踐途徑，引領復合材料零件制造向智能制造邁進。

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