自動鉆鉚系統的送釘機構改進設計

吳靜+陳軍

摘要：本文主要闡述了飛機自動鉆鉚系統無頭鉚釘自動輸送的實現。研制了一種鉚釘自動輸送設備，對該設備中的關鍵機械結構進行了詳細設計，實現了飛機鉚接過程中鉚釘的自動化輸送，降低了人工勞動強度，提高了勞動生產率。

關鍵詞：自動鉆鉚；送釘機構；振動篩；鉚接

自動鉆鉚技術是新一代飛機研制的關鍵技術，對于提高我國的飛機制造水平，增強國防能力具有深遠的意義。隨著某型機的研制，該機種的機翼壁板為雙曲面復雜零件，手工鉚接已不能達到使用要求。因此，利用我們現用的一臺G4026-120鉆鉚機進行自動鉆鉚系統進行全新設計，以滿足機翼壁板的鉚接工藝要求。在自動鉆鉚系統中送釘機構的自動化是決定此鉆鉚系統自動化程度的關鍵，傳統的手動送釘已不能滿足現代生產的需要，本文將通過試驗、對比、分析對鉆鉚系統的原有送釘機構進行改造設計，使其實現自動送釘的功能。

一、 自動鉆鉚機送釘機構概述

原鉆鉚機的送釘方式是操作者手工的送釘，操作者每次鉚接無頭鉚釘之前，選定好鉚釘的直徑和長度，再按照規定將無頭鉚釘送入到無頭鉚釘輸入口處，送釘操作者告訴主操作者后，主操作者按下送釘按鈕后，鉚釘沿著光滑滑道輸入到指夾處，指夾處的感應開關得到信號后，再用推進器的推桿將無頭鉚釘送入上鉚頭指夾中，上鉚頭進行鉚接完成整個送釘動作。這樣不僅故障率較高，同時工人的勞動強度較大，手工送釘給整個壓鉚過程帶來缺陷，需重新設計送釘機構。

（一）常用的送釘機構有以下三種

1.滑板式料斗機構：滑板式料斗將鉚釘的存儲和排列和為一體，當滑板提升留在頂面凹槽內的鉚釘滑向滑道機構，鉚釘沿著光滑滑道輸入到指夾處，指夾處的感應開關得到信號后，再用推進器的推桿將無頭鉚釘送入上鉚頭指夾中，上鉚頭進行鉚接完成整個送釘動作。

2.彈夾式送釘機構：彈夾方式根據半自動手槍的原理。工作方式為操作者將所需無頭鉚釘裝入彈夾中，彈夾內裝有蛇形壓簧通過擋板將鉚釘送入與送釘管道相垂直處，鉚釘沿著光滑滑道輸入到指夾處，再用推進器的推桿將無頭鉚釘送入上鉚頭指夾中上鉚頭進行鉚接完成整個送釘動作。

3.振動篩式送釘機構：振動篩根據電動機振動的原理。 如圖1所示主操作者將所需直徑和長度的鉚釘放入振動篩里，（其振動篩振動頻率已經調好）開啟振動篩電源，振動篩工作將鉚釘輸送到滑快的前端，滑快的前端內鉚釘堵住其它鉚釘的輸出，振動篩呈空運轉狀態。當主操作者需用無頭鉚釘鉚接時，按下送釘按鈕，微型氣缸的活塞桿推動滑塊在支座內向前驅動，直至滑塊輸釘口處，再用推進器的推桿將無頭鉚釘送入上鉚頭指夾中，上鉚頭進行鉚接完成整個送釘動作。

（二）送釘機構性能比較

從表1可以看出：振動篩送釘機構工藝復雜成本較高，而彈夾式送釘機構和滑板式料斗機構雖然機構簡單，但自動化程度低，工人的勞動強度較大，機構運行穩定性較差，因此在本次改進設計中選用振動篩送釘機構。

二、自動鉆鉚機送釘機構設計

（一）振動篩的性能試驗

自動送釘機構的成功取決于振動篩性能狀態，自動送釘機構需要振動篩能夠按照一定頻率，保證鉚釘沿著一定順序送入輸釘口，運動過程不許有卡住現象，故此需要對振動篩進行性能試驗。

1.振動篩的組成

振動篩具有保證鉚釘按照一定順序排列的輸出方式。振動篩是由底盤、頂盤、滑道、電氣控制部分組成。底盤是整個振動篩的重心，內部有振動電機、連接桿和底托組成。振動電機在系統控制下發生振動，再由連接桿與底托所連接共同托起頂盤，使得頂盤產生共振。底盤的功用是產生振動使頂盤內的鉚釘在振動中按順序升起。滑道按照螺旋軌跡與頂盤的內表面點焊而成，使鉚釘沿著滑道上升輸送到輸釘口處。

電氣控制部分由粗調和精調兩種方式。粗調可以調節振動電機的頻率和速度，改變鉚釘的傳輸速度。精調是經過粗調后再次對振動電機進行精確調整，確定在每分鐘鉚釘輸出數量。粗調和精調的調節匹配就能夠保證鉚釘與送釘機構的協調，確保送釘機構的穩定性。

2.性能試驗

為保證振動篩的設計質量，需要對振動篩進行無頭鉚釘的送給運動做一些試驗和測試。

試驗條件：

無頭鉚釘，根據壁板鉚接所使用無頭鉚釘的兩種規格：6號鉚釘，8號鉚釘。

振動篩，選用型號為DSJ-50。

試驗結果見表2：

試驗結果分析：

（1）試驗用的振動篩能適應機翼壁板鉚接所使用無頭鉚釘送釘機構的需要，試驗表明大直徑的長鉚釘爬行速度比小直徑的短鉚釘明顯地快，因此振動篩需要具備頻率調節功能。

（2）滑道表面的光滑度和清潔度對鉚釘的爬行效率有直接影響，振動篩在工作時滑道表面不應有任何雜物。故設計中振動篩滑道表面噴膠，減少雜物附著在滑道表面上。

（3）振動篩應配有調節裝置以保證在低噪音的條件下具有較高的鉚釘爬升效率，振動篩的調節不僅需要粗調，而且需要精調，以保證鉚釘的爬升率。

（二）自動送釘機構設計

1.送釘機構總體布置

原鉆鉚機的無頭鉚釘使用是手工送釘的方式，在送釘箱的面板上用三個放釘口，分別輸送5號，6號和8號無頭鉚釘，它分別由三個控制按鈕開關通過電磁閥進行輸釘工作 。在設計中只要將把從振動篩輸出的鉚釘，通過輸釘管送入放釘口，并保證機床每一次工作循環中，送釘機構只放一個鉚釘，同時把原來手動控制按鈕改為程序控制，就可以達到自動送釘的目的。經過大量的實驗分析后，采用8個振動篩，8個振動篩按兩排分布每排四個，在每一個料斗送料口處裝有一個光纖傳感器，用以檢測鉚釘的到達情況。

2.送釘機構的工作過程

（1）操作者要將八種不同直徑和長度的鉚釘分別放入八個振動篩中。鉚釘可依據鉚釘長度的長短，按振動篩的編號所放置，有利于操作者的選用。

（2）操作者根據圖紙所要鉚接鉚釘的直徑和長度，在操作面板上選擇鉚釘所放置振動篩的編號，按下啟動按鈕。所需鉚釘的振動篩工作，鉚釘按一定順序排列，傳輸，當到達送料口處，光纖式傳感器得到信號向CNC控制系統傳遞，CNC接到信號執行下一個命令。

（3）CNC控制系統接收到傳感器信號后，給氣動伺服閥發出指令伺服閥工作，伺服閥控制直線氣缸的位置，當直線氣缸移動到所需抓取鉚釘位置處。傳感器將信號點輸入給CNC，CNC輸出給擺動氣缸三位四通電磁閥信號使其換向，擺動氣缸向下位移并擺動到抓取位置，擺動氣爪打開氣爪抓取鉚釘，將鉚釘位移到鉚釘接口處。

（4）鉚釘接收口處傳感器將信號輸入CNC控制系統，CNC輸出鉚釘輸送的三位四通電磁閥。電磁閥換向將鉚釘沿著光滑的滑道輸送到指夾中，上鉚軸接收到鉚釘，完全固定循環過程后，送釘機構返回起止點，等待下一步的程序命令。

（5）自動送釘機構實現了從定位→送釘，不間斷的運行。

三、結束語

經過不斷的試驗和研究，最終實現了自動鉆鉚系統自動送釘機構的設計。通過實驗驗證改造設計的自動送釘機構能夠準確完成定位和送釘，使提高鉆鉚機體工作效率的想法成為現實。

參考文獻：

[1]韓榮第，現代機械加工新技術，北京：電子工業出版社，2013

[2]霍履和，自動鉆鉚機的發展，航空制造工程，2000（6）：28-30

[3]費軍， 自動鉆鉚技術發展現狀與應用分析， 航空學報， 2015（9）42-43

[4]劉寰 王希 秦現生 沈東瑩，自動選送釘裝備的設計，機械制造， 2016（5）endprint