世界知名飛機制造企業信任Electroimpact公司研發的裝有Galaxie傳動裝置的高性能機器

航空航天工業對復合材料結構件生產的自動化步驟的復雜性、精密度和可重復性有最高要求。位于美國西雅圖附近的Electroimpact公司是一家世界知名的為航空航天工業提供機器和自動化解決方案的公司。該公司為滿足航空航天工業客戶對復合材料結構件生產的自動化步驟的高要求，選擇了Wittenstein SE(威滕斯坦集團)的具有扭轉剛性且無游隙的Galaxie傳動裝置。迄今為止，該結構尺寸的傳動裝置的性能數據還是超乎人們想象的，且該設備組合也是世界上獨一無二的。在此，也證實了Galaxie傳動裝置是Electroimpact公司制造的最新一代高性能機器的推手。

Galaxie傳動裝置基于傳動運動學技術的新專利。該創新的核心是：帶有全新研發的多邊形內圈的滾動軸承和一個分段的軸承外圈。由于采用了兩個最新研發的零件，使得該外徑同軸空心軸傳動裝置達到了新的技術水平，與可比較傳動裝置相比，這種Galaxie傳動裝置的最大扭矩最多可加大170%、過載安全性最大可提高3～6倍，空心軸的直徑最大可加大70%。這僅僅是新類型傳動裝置的幾個性能特性。正是這些性能特征為Galaxie傳動裝置的設計師們開辟出全新的前景，如新類型Galaxie傳動裝置在美國一家復合材料結構件的專門生產廠家Electroimpact公司的應用便是如此。

圖1 在Galaxie傳動裝置內將一個帶有動態調整的單齒的全新傳動裝置和一個新研發的高性能電機結合在一起，以確保空心軸傳動單元的結構極其緊湊

飛機制造業的自動化設備

Electroimpact公司項目涵蓋有民航飛機機翼的全自動化安裝系統、用于飛機機翼和艙體安裝帶有工具的鉚接機、高度發展的纖維放置機(Fiber Placement Maschinen、航天飛機的安裝機器人系統以及控制系統)。空客公司、波音公司、龐巴迪公司(加拿大國際交通運輸設備制造商)、安博威公司、川崎重工業株式會社、三菱重工、富士重工業株式會社、全球最大民用飛機結構件與系統公司(Spirit Aerosystems)、Vought公司、諾斯洛普·格魯門公司、以色列飛機制造工業公司、中國西安飛機制造公司、美國國家航空航天局和美國通用電氣公司等均是Electroimpact公司的客戶。

Electroimpact公司將成為航空航天工業的世界領先的自動化設備供應商視為自己的使命。除了其他解決方案外，該聚焦在工程技術方面的企業研發出了AFP(自動光纖放置)技術(Automated Fiber Placement)，可以按照客戶所要求結構件最終裝配的允許公差，以最大為2000 in/min的進給速度在復雜的結構件斜面上完成接合處和斷面材料涂層作業。結構件認證的層壓材料進給速度為4000 in/min。所有層壓過程全部是雙向實施的;操作人員可在對接合處精密度無任何影響的情況下操控層壓材料進給速度。

Electroimpact公司坐落在距離波音公司僅有幾公里之外的地方，波音公司這家著名的飛機制造生產廠家信任Electroimpact公司的高性能機器。為了研發和批量生產將來建造波音777X型飛機的復合材料輕結構件(Composite Leichtbauteilen)，Electroimpact公司以最新的技術標準設計出了4臺被稱作是AFP(自動光纖放置)的機器：此前，還未生產過最大長度為33.5 m的前后機翼翼梁。生產前后機翼翼梁需要3個工作步驟。將所采用的一個機器人集成到一個移動的寬為6 m的門式結構里，機器人的頂部重約0.5 t，以最大的精度將數百層環氧樹脂浸漬的碳纖維條和帶材料放置在基礎結構上。在安放一條碳纖維帶材料之后，機器人頂部轉動180°，進行重新定位，并在相反的方向上放置下一條碳纖維帶。為此，飛機機翼翼梁AFP(自動光纖放置)機器要能夠實現機器人頂部可轉動±90°，以便能夠在一個工序中就能夠完成U形結構的飛機機翼翼梁的加工制造。在飛機機翼翼梁的加工制造中，Electroimpact公司將一個重量約為1.5 t的機器人頂部集成在一個12.8 m寬的移動門式結構里。

圖2  在完成一條碳纖維材料帶的放置后，機器人頂部轉動180 °，重新定位并在相反方向放置下一條碳纖維材料帶

這種新制造工藝的優勢是多方面的。由于材料放置明顯加快，故加工流程周期明顯變短，機器的生產能力便大大提高。現在，可旋轉的機器人頂部能夠對像飛機機翼翼梁的類似作業條件，嚴苛的外形尺寸復雜的工件實施更加高效且省時的加工作業。可旋轉的機器人頂部可對類似單片式的外形尺寸復雜的飛機機翼翼梁實施加工作業，由此便提供了通過采用及其輕的結構形式對正式的飛機結構實現自由創新的最大可能性。值得注意的是，由于從兩部機器的16和20個卷軸里同時并行抽出僅幾厘米寬的碳纖維材料帶，并將其以迄今為止前所未有的精密度毫無漏洞的并排放置。由于碳纖維材料帶高精準度的并排放置，省去了再修整的作業。所加工制造的飛機機翼以及翼梁便具有重量更加輕以及結構更加纖細和空氣動力學性能更加優化的優點。

圖4 一個重量約為0.5 t的機器人頂部集成在一個寬6 m的移動門式結構里， 高精密度的將好幾百層環氧樹脂浸漬的碳纖維材料條和帶放置在當時作業的基本結構上

飛機部件制造流程高生產效率的前提是，移動式門式結構具有高運動精密性和重復準確性，且可旋轉的機器人頂部具有靈活性。Electroimpact公司的工程師們在AFP(自動光纖放置)機器里使用了Wittenstein(威滕斯坦集團)的Galaxie傳動裝置，從而采取了一個新的解決方案，該解決方案可完全滿足高技術要求，并由此提供潛在的可能性。Galaxie傳動裝置所具有的決定性優點是高旋轉性能和完全無游隙，在碳纖維放置流程中當材料放置方向發生變化時，這些性能夠確保所放置的碳纖維條和帶材料的準確定位。樞軸里的附件確保了結構的緊湊性，并確保運動控制具有更大靈活性。

圖3 Galaxie傳動裝置的運動技術特點是動態調整的單齒圍繞著一個多邊形編組

Galaxie傳動裝置使生產率提高

Galaxie傳動裝置通過特殊的結構原理實現了兩個精密性能。這些分段的單齒由滾針軸承安置在一個六邊形驅動器上，且分段單齒與內齒圈的內齒相嚙合。這樣的布置和專門的齒面幾何尺寸，與通常的傳動運動學裝置相比便形成了一個最多大6.5倍的齒面，便實現了彎曲長度的最小化以及齒面嚙合的寬負荷分布的最佳化。而且，堅實的分段軸承外圈與一個堅實的帶齒軸承托架相配合，使得該傳動裝置與市場上可對比的最佳傳動裝置相比，扭轉剛性可達到之前的150%。Galaxie傳動裝置的特有結構是Wittenstein(威滕斯坦集團)的專家們研發的單推力齒運動技術裝置，該裝置通過靶向的內嚙齒制成無游隙傳動裝置。與此同時，在接觸中形成的流體運動潤滑膜又使得定位傳動裝置在范圍內實現最高工作效率。

由于該驅動裝置在整個使用壽命中實現了零游隙，這樣，首先確保了門式結構的運動方向的反向回程以及機器人頭部運動的最大精準度。從AFP(自動光纖放置)機器的角度來看，Galaxie傳動裝置所具備的這些性能，首次實現了單批次生產作業僅生產一個高度復雜的飛機復合材料結構件，且生產達到了前所未有的高生產率。