發射筒前蓋定量涂膠工藝裝備研究

楊 波，何瑩瑩，趙海洋

（上海航天精密機械研究所，上海 210160）

發射筒前蓋定量涂膠工藝裝備研究

楊 波，何瑩瑩，趙海洋

（上海航天精密機械研究所，上海 210160）

針對發射筒前蓋涂膠效率低、涂膠質量參差不齊的問題，在分析產品結構特點和定量涂膠機理的基礎上，設計了一臺自動化涂膠工藝裝備，實現了涂膠過程的自動化以及涂膠量的全過程實時控制。初步工藝試驗表明，工藝裝備在總體結構、涂膠效率、涂膠質量等方面均滿足使用要求。

定量涂膠；工藝裝備；涂膠效率

0 引言

發射筒是某航天產品發射前的貯存裝置，發射前筒內充滿惰性氣體，以保證某航天產品處于適宜的溫度濕度環境中，有利于延長航天產品的貯存壽命[1,2]。發射筒的各部件連接處的氣密性是評價發射筒性能的重要指標。因采用膠粘工藝，發射筒前蓋是氣密性最薄弱的部位之一，而且膠粘過程屬于特殊工藝過程，如果前蓋涂膠量不均勻，則與蓋環粘結過程容易產生氣泡，降低膠粘的氣密性指標。

目前大部分發射筒前蓋的膠粘過程均采用手工涂膠方式（前蓋膠粘如圖1所示），現有的膠粘結過程為：兩個操作工同時操作，其中一個手扶著蓋環回轉，另一個用注射器吸膠后對準蓋環邊沿進行噴膠注射，注射后，將前蓋體和蓋環刻線對齊并稍微壓緊，并將溢出在蓋環四周的膠量刮除，最終將對接好的前蓋放在壓緊工裝上進行膠固化。手工涂膠方式存在以下問題：

圖1 前蓋膠結圖

1）涂膠工藝不具有可量化性，同批次產品膠粘質量參差不齊。注膠由工人憑靠自己經驗控制，受人的影響程度大，出膠量不可控，導致前蓋膠粘的氣密性質量不穩定。

2）生產效率和自動化程度較低，不適應日益增長的航天產品批產需求。一方面，點膠過程需兩個工人共同操作；另一方面，在實際的粘接過程中，通常為了保證前蓋的氣密和粘接強度，點膠量較多，使得需要增加刮膠操作，降低了生產效率。

為滿足航天產品批產需求，達到提高產品膠粘效率和膠粘質量的目的，本文在分析膠量均勻性控制方法的基礎上，提出了自動化涂膠工藝裝備的總體方案，并進行了大量的工藝試驗。

1 自動化涂膠原理分析

由上述前蓋膠粘存在的問題可知，自動化涂膠工藝裝備主要涉及軌跡規劃和膠量定量控制兩個功能。根據前蓋外形特征和生產現場條件約束，工藝裝備采用運動軌跡圓弧插補技術和低壓氣源壓力閉環控制技術實現涂膠過程的準確定量控制。

1.1 涂膠軌跡控制原理

涂膠軌跡控制技術此設計的關鍵技術之一，數字積分法是目前應用最廣泛的圓弧插補方法，它具有運算速度快、脈沖分配均勻、易于實現多軸聯動控制的優點[3,4]。

本文采用4段圓弧擬合的方式規劃整個圓環軌跡。以第一象限逆圓為例（如圖2所示），起始點在A（X0,Y0）,圓弧半徑為R，B（Xi,Yi）為圓弧上的任意一點，則圓方程為：

圖2 逆圓示意圖

設B點的移動速度為V，分速度分別為VX，VY。

單位時間內，X、Y方向的位移量分別為：

速度恒定不變時，B（Xi,Yi）坐標為：

逆圓在每個象限內插補函數的符號如表1所示。

表1 每個象限內坐標軸增量符號表

1.2 膠量壓力閉環控制原理

假設氣體壓力控制器出口壓力為P，針筒出膠速度為V1，針筒的橫截面積為S，膠的密度為ρ，如圖3所示。則氣體壓力作用在膠上的力為：

圖3 針筒膠控制示意圖

忽略摩擦力做功，根據能量守恒，單位時間內氣體對膠做功等于針頭處膠的動能：

由上式可知，出膠速度與針筒內的氣體壓力成一定的比例關系，而出膠速度代表出膠量的均勻性。膠量壓力閉環控制可保證涂膠量的均勻性，提高膠粘的質量。

2 自動化涂膠工藝裝備總體設計

通過分析涂膠軌跡圓形軌跡擬合方法以及膠量定量控制原理，進一步明確了自動化涂膠工藝裝備的功能需求[5]，本文設計了一套基于微型數控系統的自動化涂膠工藝裝備，如圖4所示。

圖4 自動化涂膠工藝裝備

2.1 三軸運動機構設計

1）三軸運動機械臂

三軸運動機械臂有X軸、Y軸、Z軸三個運動方向，Z軸可以實現點膠針筒的上下調節，X/Y軸機械臂插補運動實現圓形軌跡點膠。根據膠粘產品的尺寸，X軸、Y軸機械臂的有效行程至少為300mm，Z軸機械臂的高度調節滿足凸臺涂膠需求。本設計選用線性模組（圖5）作為機械臂的主要組件，線性模組采用絲杠傳動，導軌采用精密線性滑塊導軌，X軸、Z軸機械臂型號為WN410TA，Y軸機械臂型號為WN420TA。其機械參數如表2所示。

圖5 三軸機械臂線性模組

表2 三軸機械臂線性模組參數

2）針筒安裝定位夾具

如圖6所示，針筒安裝定位夾具用于安裝固定點膠針筒。針筒的安裝的穩定性對涂膠質量有很大影響，主要體現在兩方面：

圖6 針筒安裝定位夾具

（1）上下擋板與夾具平板的垂直度影響出膠針頭的運動軌跡，垂直度偏差過大會導致涂膠過程中膠嘴超出蓋環凸臺范圍，膠體落在蓋環外表面。

（2）上下擋板對針筒的定位穩定性影響涂膠質量。三軸運動機構的涂膠是以膠頭出膠點的坐標為基準進行軌跡規劃的，如果針筒定位不牢固，會導致出膠頭位置不固定，甚至膠頭在運動過程中與蓋環發生物理干涉。

本設計要求上下擋板與夾具平板的平面垂直度控制在0.005mm，并且采用上下擋板固定的方式，選擇固定型號的針筒和針頭，下擋板起限位固定作用，上擋板定位孔作基準定位，保證涂膠過程出膠針頭坐標位置誤差控制在合理范圍內。

2.2 控制系統設計

自動化涂膠工藝裝備的控制系統主要分為兩部分，一部分是三軸運動機械臂的聯動控制系統，一部分是點膠機系統的膠量定量控制系統。控制系統實現的功能主要有：

1）自動化涂膠工藝裝備應用對象是圓環類產品，實現對圓環產品的涂膠。控制系統具備圓弧插補、參數可調、自動/手動運行、離線編程等功能。

2）膠量定量控制系統可以實現出膠量的穩定輸出，可實時調整出膠量。

本設計采用如圖7所示的控制架構。主控制器選用TC55C系列四軸運動控制器，控制精度為0.001mm，具有四軸直線插補聯動功能，二軸圓弧插補功能；驅動系統選用安川公司的高精度伺服驅動器和高響應速度伺服電機，與三軸運動機械臂的技術參數匹配。

膠量定量控制系統選用HYD-2000點膠控制器，系統配置氣體壓力傳感器，實現膠量壓力閉環控制。同時系統設置真空回路控制系統，可以在針筒內產生負壓，放置膠料漏滴。

3 涂膠工藝試驗驗證

為了驗證工藝裝備的可適用性，本文進行了初步的涂膠工藝摸索。試驗配置了實際產品使用的專用膠，確定了涂膠工藝運動軌跡，通過不同氣體壓力和運動速度的組合，使用工藝蓋環進行了大量的工藝試驗，試驗情況如圖8所示。

圖7 控制系統構成圖

圖8 壓力一定條件下出膠量與移動速度關系

從圖中可以看出，在固定的移動速度條件下，隨著氣體壓力的增大，出膠量也會隨之增大，這驗證了工藝裝備的出膠量是可控的，后續試驗過程中將進一步摸索合適的工藝參數，使量化的膠量參數符合實際生產需要。

以移動速度為600mm/min，壓力為0.4MPa和移動速度500mm/min，壓力為0.3MPa條件下的涂膠試驗為例，試驗效果實物圖如圖9所示。

圖9 工藝試驗實物圖

從上圖可以看出，在移動速度為600mm/min，壓力為0.4MPa和移動速度500mm/min，壓力為0.3MPa條件下膠體均勻的分布在蓋環凸臺上，蓋環圓周表面整潔，減小了涂膠完成后刮膠工作量，提高了涂膠質量一致性和涂膠效率。

4 結束語

針對現有的涂膠工藝存在的問題，本文詳細分析了定量涂膠原理和運動路徑規劃原理，得出了對自動化工

【】【】藝裝備的技術要求，最終設計了一臺自動化定量涂膠工藝裝備。工藝試驗表明，工藝裝備可以實現圓環路徑規劃和定量涂膠功能。相對于手工涂膠，自動化涂膠方式涂膠均勻性和涂膠效率有了大幅提高。

[1] 俞鑫.圓形復合材料易碎的沖破性能研究[D].南京航空航天大學,2011,11-12.

[2] 周宏.輕質導彈發射箱蓋設計、分析與試驗驗證[D].南京航空航天大學,2004,12-15.

[3] 左玉虎.普通數控車床改造中圓弧插補的實現[J].機械制造與研究,2009,38(06):48-49.

[4] 王健.蜂窩紙制芯涂膠機的設計與分析[J].輕工科技,2012(9):63-64.

[5] 楊亮亮.自適應脈沖整形軌跡涂膠殘余振動抑制研究[J].制造業自動化,2012,34(10):4-8.

The research of quantitative gumming technology equipment of barrel front cover

YANG Bo, HE Ying-ying, ZHAO Hai-yang

TH16

A

1009-0134(2016)12-0097-04

2016-07-29

楊波（1988 -），男，山東濰坊人，工程師，碩士研究生，研究方向為非標工藝裝備設計。