航空大型复合材料加筋壁板自动化生产线：沈飞公司履行强军职责，助力航空强国建设

图1加筋壁板制造工艺流程产线布局。

图2长桁铺叠及坯料切割。

图3长桁热隔膜预成型。

图4自动翻转组合。

航空工业沈飞以民用飞机某型号机身下壁板为研究对象，开展了自动铺带、坯料超声切割、热隔膜成型、单根长桁翻转组合、整体长桁翻转定位组合、数控切割、激光雷达检测等一系列自动化制造技术研究，全部工装及自动翻转组合设备均由国内自主制造，验证了自动化制造技术方案，实现了大型复合材料加筋壁板自动化制造技术突破。

传统复合材料零件制造以手工铺叠为主，零件的铺叠、周转、组合都依靠人工操作完成，零件生产周期长且质量稳定性难以保证。因此，在复合材料制造行业，自动铺丝、自动铺带、热隔膜成型等自动化制造技术的应用越来越受到重视。针对大型加筋壁板如中央翼、机身壁板等复合材料零件中最典型的结构形式，搭建航空大型复合材料加筋壁板结构件自动化生产线，快速推动复合材料行业自动化制造进程，在提高装备自动化、智能化程度的同时，形成了自主可控的复材成型加工自动化技术，大大提高了加工效率，提升了成型质量。

航空大型复合材料加筋壁板结构件自动化生产线采用环型物流产线布局，如图1所示。按照制造产品的每一个工艺周转过程，设计出初步布局，然后通过建模仿真模拟出布局，再对布局根据各个关键项进行详细的评估，如果发现问题，则反复迭代，直到选择出最好的布局结构，最后按照选出的布局方案，进行实施。

壁板、长桁自动铺带工艺制造技术

自动铺带技术是复合材料成型自动化的典型代表，集机电装备技术、CAD/CAM软件技术和材料工艺技术于一体，其具有高效、高质量、高可靠性、低成本的特点，公司将自动铺带技术用于平面型或低曲率的曲面构件，或者说准平面型复合材料构件的铺叠制造，特别适合大尺寸和复合材料长桁构件的制造，减少了拼装零件的数目，节约了制造和装配成本，降低了材料废品率和制造工时。此外，在长桁自动铺带完成后，利用超声刀按照理论外形进行切割，如图2所示；切割后的长桁坯料通过热隔膜成型机预成型，如图3所示，通过长桁翻转组合夹具组合成完整的T型长桁并填充0°纤维。保证了壁板成型质量以及长桁定位准确。

长桁与蒙皮组合自动化技术

该项技术在国内应用尚属首次，对未来开拓研制民用飞机中机身翼盒具有突破性意义。蒙皮采用自动铺带工艺铺叠，铺叠完成后与长桁进行组合。该壁板零件通过翻转平台实现所有长桁整体翻转定位组合。翻转平台包括升降塔、长桁夹持与翻转组件、定位组件等部分，如图4所示。公司通过该项技术的运用摆脱了传统单根长桁的处理和定位。实现了所有长桁胶接面的统一处理以及芯材的填充。采用上述技术除了提高了制造效率和操作人员的劳动强度外，翻转系统还保证了所有长桁的定位精度，精度达到0.5mm以内，处于行业领先地位。

复杂结构外形柔性切割技术

复合材料壁板多为薄壁弱刚性零件，复材零件成型后都会存在一定的弹性变形，导致壁板轮廓存在一定公差，时常发生零件与铣切系统无法定位、零件与系统贴合较差、铣切力较大造成零件位置发生偏移，从而导致零件报废。沈飞公司通过复合材料专用的柔性铣切系统，综合考虑壁板制造过程中的定位基准、柔性夹持系统的理论定位以及固化变形后造成的形面曲率变化等因素，通过处理激光雷达所测量到的壁板数据并生产匹配度高的实际数模，对实际数模进行数控编程，利用此程序完成后续对复合材料壁板的数控加工工作。这种利用激光雷达测量结果逆向建模后再重新规划数控加工路径的方法兼顾高效和自动化的特点，极大地提升了复合材料壁板的加工精度问题。突破了大曲率壁板类零件外形切割技术，大大提高了壁板制件的外形尺寸精度，处于国内领先水平。

全尺寸高精度外形检测技术

为了实现零件外形的高效、精准检测，采用非接触式数字化检测手段—激光雷达对壁板外形进行检测。通过此项技术为后续复合材料制件的数字化检测提供了应用场景。激光雷达测量系统硬件由雷达主机、控制器、UPS电源和移动计算机工作站组成，软件为SA（Spatial Analyzer）软件。激光雷达可完成大尺寸远距离自动化测量，其距离测量范围一般为1m~30m，垂直角度范围测量+/-45°，水平角度范围测量+/-180 °，距离不确定度为10μm+2.5μm/m。壁板的测量状态为在铣切夹具铣切完成后的状态，壁板内型面朝上进行测量。通过此项技术为后续复合材料制件的数字化检测进一步提供了应用场景。

在生产线布局合理规划的基础上，打通了复合材料壁板制造自动化生产的核心技术壁垒，在提高生产效率的同时极大地保证了产品质量，可具备大型复合材料加筋壁板自动化制造能力，为未来国内复合材料生产提供了技术支持和实践途径，引领复合材料零件制造向智能制造迈进。