建造这架飞机的大型机翼结构需要开发独特的设备和工艺
为位于英国布劳顿的空中客车工厂提供自动化工具的主要承包商，该工厂正在组装将成为世界上最大的商用飞机 A380 是 Electroimpact Inc.（华盛顿州马科尔蒂奥）。机翼组装分几个阶段进行：
- 机翼面板组装（第 00 阶段），采用 4 条 165 米长的自动化机翼蒙皮生产线，使用 Electroimpact 的 E4380 铆接螺栓机；
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- 机翼面板机械手，使用伺服液压臂为下一阶段定位面板；
- 机翼组装生产（ Stage 01），它使用一个四层楼高的夹具，其中包含 Electroimpact 的 HAWDE（水平自动机翼钻孔设备）、便携式 CNC 钻孔机和液压操作的远程工具/工人访问平台。该设备协同工作与用于将起落架连接到下机翼的移动 GRAWDE（齿轮肋自动机翼钻孔设备）系统相结合。
Electroimpact 与博世合作Rexroth (Hoffman Estates, IL) 提供液压和直线运动解决方案，因为 Rexroth 可以满足必要的技术规范和进度要求。 Electroimpact 需要分阶段进行机械交付，因为该工厂正在加紧作业以定位和钻出生产单个空客 380 机翼盒所需的大约 180,000 个孔，然后插入铆钉和螺栓。更高水平的自动化使布劳顿工厂能够采用工艺流程模型，每月生产四对机翼。
当空中客车 A380 在 2005 年投入使用时，它将成为世界上最大的商用飞机世界上唯一的双层四通道喷气式飞机。基本客运设计将分为三个舱位 555 个座位，三层货机设计将运载 150 吨（165 公吨）。相比之下，美国军方的 C-5 Galaxy 运输坦克的最大有效载荷为 135 吨（149 公吨）。
A380 的翼展为 261 英尺（79.6 米），而 C-5 的翼展为 223 英尺（68 米）。每个机翼从翼尖到机身延伸 119' (36.3 m)；它们加在一起可容纳 41,000 加仑（155,197 升）燃油，外加起落架。机翼表面积大——9100 平方英尺（845 平方米）——提高了起飞和着陆性能。
A380 的机翼制造过程包括用翼梁和翼肋创建框架——机翼结构——最终被金属面板覆盖。翼梁贯穿机翼的长度。除了前后翼梁外，一根 21 英尺长 X 6 英尺宽（6.4 X 1.8 米）的翼梁沿着机翼中心向下延伸。肋骨穿过翼梁，从 wi 的前缘延伸到后缘ng.由纵梁加固的铝合金蒙皮组成的面板连接到该框架。
面板同时制作在单独的操作中。首先，蒙皮形成适当的曲率。然后通过 Stage 00 单元中的 E4380 铆接螺栓机将纵梁连接到蒙皮上。完成的面板被移动到结构中进行组装。在装入夹具后，将面板定位、钻孔、沉头、铆接或用钛锁紧螺栓固定在预钻孔的框架上。 A380 的上机翼使用最大的（111 英尺或 34 米长）单蒙皮。
这个过程是劳动密集型和自动化密集型的– 一个完整的“机翼盒”需要几周的时间才能生产出来，按照行业标准，这仍然是很快的。
A380 机翼的建造为位于布劳顿的空中客车制造团队和 Electroimpact 提出了多项重大挑战。
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对于空中客车项目，Electroimpact 选择与 Bosch Rexroth 合作以获取其液压和线性运动解决方案和应用专业知识，以及该公司的经销商 Pacific Power Tech（西雅图）。
“组装过程分两个阶段完成，”Electroimpact 的机械工程负责人 Ben Hempstead 解释道。 “对于 Stage 00，Electroimpact 提供了四行固定装置，用于构建上下翼板。这是一个高度自动化的过程，其中铆接螺栓机器穿过面板，将纵梁连接到蒙皮上。这个单元几乎不需要体力劳动。”
由 Electroimpact 定制，这种水平自动机翼钻孔设备 (HAWDE) 可加快机翼面板的生产。钻头的特写显示它处于工作位置在 Stage 01 机翼过程中。接下来，面板被转移到结构机翼组装过程。完成的面板的尺寸和重量——长达 111 英尺，重量高达 8818 磅（4003 千克）—— Electroimpact 的项目工程师西奥多·卡拉吉亚斯 (Theodore Karagias) 说：“使用起重机是行不通的。从起重机上悬挂下来时，翼板会变形。”
相反，Electroimpact 设计了一个多臂机械手来维护面板的正确形式并提供精确的位置控制，同时将面板呈现给机翼结构进行紧固。
Stage 01 结构机翼组装过程比之前的操作更加劳动密集。组装好的蒙皮面板定位由玛尼将推进器装入四层楼高的夹具中，其中包含其他机翼部件——翼肋、翼梁以及前缘和后缘。对于上机翼，需要在上机翼面板的大表面积上结合移动钻孔机械 (HAWDE) 和人力可及性。对于下机翼，钻了直径达 1.25 英寸（31.75 毫米）的孔，用于将下机翼蒙皮用螺栓固定到起落架加强件上。
为了制造蒙皮面板，空中客车英国公司和 Electroimpact 合作创建了一个高度自动化的设施。
“我们在这个项目中面临着几个挑战，”Hempstead 说，“即如何将纵梁夹具和机加工蒙皮面板以精确的构建配置组合在一起，同时自动化机床紧固
每个机翼表面由五个面板组件组成，总共包括 20 个面板。空客 Stage 00 工厂生产 16 个这样的面板。
传统上，平移el 组件是建立在手动夹具上的，需要许多熟练的工人来定位和钻孔，将组件拆开以进行去毛刺和清洁，涂抹密封剂，并插入两件式锁紧螺栓紧固件。然后将面板组件运送到铆接机进行最后的铆接安装。生产率受到生产中夹具数量、工人通道和速度以及孔质量和返工要求的限制。成品面板的质量还受到夹具将组件保持在适当轮廓的程度的限制。
“基于我们之前为 Broughton 工厂所做的工作，我们最终扩展了系统的性能范围和早期面板的准确性-生产机械，”亨普斯特德说。 “结果是新一代翼板机器。我们的设计目标是让一名操作员能够设置、加载 NC 磁带、验证精度和配置夹具。”
对于空中客车 A380 面板生产设施，Electroimpact 建造4 条生产线，每条生产线各有两台机器用于上下面板。每条线包括三个夹具，其中装载四个面板。夹具以准确的形式和位置固定组件，而自动化机器则将组件钻孔、铆接和螺栓连接在一起。在夹具加载过程中将密封剂涂在组件上。不使用临时紧固件，紧固后翼板总成就完成了。清洁和去毛刺不需要临时操作。
一次组装过程减少了处理损坏和定位不准确（基准错误）。这些机器可以安装直径为 1/4 – 1/2 英寸（6.4 – 12.7 毫米）的铆钉和螺栓，堆叠范围可达 2.5 英寸（63.5 毫米）。自动化冷加工、孔探测、埋头孔密封和轴环安装都包括在内。
采用高预紧滚柱滑块、预紧地面滚珠丝杠和笼式滚珠滑块，因为预紧确保了刚性
“准确估计供应商提供的产品提前期对于保持装配按时进行至关重要，”Hempstead 说。 “我很高兴地说，自运营开始以来，Stage 00 工厂一直在按时生产组件，而且速度、质量和准确性远高于手动和早期的自动化系统。”
在生产机翼面板后，必须将它们移至机翼结构夹具。它们的尺寸造成了一个主要的材料处理问题。
为了应对这一挑战，Alan Ferguson 的空中客车工程团队，高级工具设计师，第 01 阶段装配； Allan Ellson，高级工具设计师，stage 01 assembly；和制造工程师 Jim Rowe；拜访了 Electroimpact 的 Ted Karagias。他领导了一个被指派设计解决方案的团队。 Electroimpact 没有使用起重机，而是创建了一个由六个协调的伺服液压臂组成的阵列，这些臂沿整个长度与面板接合。
根据对 Karagias 来说，处理具有多个支撑点的翼板非常困难。 “基本上，你有一个超静定系统。当面板对起重设备施加的力作出反应时，面板会扭曲、弯曲和踢动。
“为了克服这个问题，六个臂中的两个控制面板的垂直位置，”Karagias 说。 “其他四只手臂充当奴隶，并在翼板上施加恒定的程序力。这样，当定位臂被命令向上或向下移动时，寻载臂会随之移动以保持面板的形状。”
运动的主轴在闭环伺服控制中保持不变通过 Rexroth HNC 100 伺服液压控制器。 HNC 集成了一个 SSI 线性标尺、一个称重传感器和一个 Rexroth 伺服电磁阀。这种配置通过位置和力控制之间的无缝过渡提供精细的位置控制。根据 Karagias 的说法，伺服轴提供控制面板位置，力士乐 HNC 控制器带来多项系统优势，即：
- 将静不定问题减少为确定问题，允许柔性翼板像刚性部件一样移动.
- 控制施加在机翼面板上的力的分布，以控制面板的形状及其呈现给机翼结构的方式。
- 简化系统级 PLC 逻辑和位置控制指令。
- 允许直接访问所有关键系统组件并使用模拟和数字 I/O、ProfiBus 和 CANbus 现场总线通过 SSI 端口提供伺服控制，无论 PLC 扫描速率或网络速度如何。
- 将机翼板固定到肋梁结构上，这需要自动钻孔、螺栓连接和定位，采用 Electroimpact 的 HAWDE 移动钻孔机；和
- 在通过使用 Electroimpact 的 GRAWDE 系统的下机翼蒙皮连接起落架加强件。
在 Stage 01 夹具中装载机翼板后，执行两个操作：
基于之前的成功经验，空中客车公司与 Electroimpact 接洽，以自动将机翼面板紧固到机翼结构上。传统上，这项任务是通过手动钻孔、螺栓连接和定位面板来完成的。自动化流程意味着通过独特的解决方案克服多项挑战。
“基本的挑战是如何在左舷和右舷机翼之间将设备从夹具运输到夹具，同时在所有垂直层面上进行必要的手动工作，”Ryan 说Haldimann，Electroimpact 的 HAWDE 团队的项目工程师。 “实际上，机床需要沿 Y（垂直）和 X（水平）方向移动，就像巨型 CNC 机器中的刀头一样。”
作为解决方案，Electroimpact 团队由机械工程负责人里克·卡拉瓦 (Rick Calawa) 领导的六人中的一员创造了 HAWDE 机器——一种便携式 u通过使用集成到每个夹具中的元素，可以绕面板部分移动的 nit。为了让工人能够进入机翼结构周围，夹具采用了“翻转”地板。每个翻转地板都包含一个供工人进入的小平台，当完成的机翼被移除时，该平台会向上旋转。一个夹具使用 150 个翻转地板，每个地板都使用一个液压缸进行驱动。最终，将使用四个夹具，需要 600 个 Rexroth 气缸。
由于 Electroimpact 负责夹具和 HAWDE 装置，因此实现了前所未有的集成水平。从最初的概念开始，机器的所有移动元件都集成到夹具中。运输起重机将 7000 磅（3178 千克）的机器从一个夹具移动到另一个夹具。 Level-to-level 移动采用升降机，能够将机床床身对齐到 0.005″（0.127 毫米）以内。
除了方便工人进入外，HAWDE 装置还必须在翻转地板所在的机翼。为了到达地板通常所在的机翼区域，机器执行 Y 偏移，机器的 Y 柱在其正常位置上方延伸约一米。这是完成的采用力士乐 45 号滚柱导轨系统进行导向，液压缸升降地板。
X 轴运动采用方轨导轨和齿轮齿条。所有其他轴采用传统的线性和旋转轴承。该机器包含多种工具：直径为 1/4 – 5/8″（6.4 – 15.88 毫米）的钻轴转速高达 7000 rpm，用于插入从属紧固件的螺栓插入器，用于测量孔径，以及用于将机器与机翼上的定位（基准）孔同步的摄像头。
与机翼面板并发附件，Stage 01 生产还涉及将起落架加强件和机翼蒙皮连接到起落架结构。直径达 1.25 英寸（31.75 毫米）的钛平头螺栓插入厚度达 4 英寸（102 毫米）的材料堆中。
“传统上，此操作是在机翼中手动完成的 -盒装配夹具，”机械工程主管 Brent Thayer 说，他是负责自动化该过程的 Electroimpact 工程师。 “但是手动钻孔需要大量的钻孔模板和大型正向进给钻孔电机。这项工作对体力要求很高。尽管有这些大型工具，但必须分多个步骤钻孔以减少推力载荷，这一过程会增加加工时间。此外，大多数机翼设计更改都需要新模板。考虑到所有变量，使用手动工艺实现所需的孔质量非常困难。”
英国空中客车公司要求 Electroimpact 探索一种自动化钻孔方法d.但是，设计能够钻这些孔的自动化钻孔设备，同时允许在翼盒装配夹具内进行手动操作，是一项挑战。
“在机翼的这个区域钻孔所花费的时间不到 10%总机翼盒建造时间，”Thayer 说。 “为了保持成本效益，钻孔设备必须灵活且可移动，以便在多个表面和组件上使用。他们使用它，然后移动它。”
Electroimpact 与空中客车英国团队合作，为 A380 起落架区域开发了移动式自动钻孔系统——GRAWDE。该计划涉及广泛的刀具开发工作。该机器可以在一次操作中钻出直径达 1.25 英寸的孔和埋头孔，总共可以钻出 12 个不同的机翼表面。
GRAWDE 的设计类似于五轴后铣刀，它使用力士乐滚柱导轨对于 X、Y 和 Zaxes。 Y轴和Z轴使用力士乐滚珠丝杆。
GRAWDE机器推动零件b用专门的压力脚钻孔以在钻孔时稳定机翼蒙皮。传感器或预编程角度确保钻孔垂直于弯曲的空气动力学表面。
与 HAWDE 一样，将机器与机翼夹具集成在一起非常重要。 “超过 90% 的翼盒构建是手动的，”Thayer 强调说。 “因此，必须采用便于手动工作进入的人体工程学设计。
“由于机器需要在工厂地面附近钻孔，因此床身顶部位于地面以下。工厂车间的双层甲板覆盖了机器床身，并为手动操作提供了符合人体工程学的工作区。”同样，液压系统（来自 Rexroth）用于向上移动地板以提供机器通道。
空客 A380 的多阶段机翼组装操作涉及四个程序——面板制造、机翼面板操纵、机翼-面板组件 (HAWDE) 和起落架加固 (GRAWDE)–a这一切都需要空中客车、Electroimpact、力士乐和其他供应商之间的广泛合作。
“我们的目标不仅是设计能够自动执行手动任务的机器，”Ben Hempstead 说，“而且还要提高质量并减少流程时间。”
