一種新型壁板類機(jī)器人制孔支撐夾具的應(yīng)用

李斌 鄧長喜

摘要：飛機(jī)裝配中設(shè)備制孔锪窩深度是自動制孔較難控制的一個參數(shù)。產(chǎn)品的剛性對锪窩深度的影響較大，剛性越好，锪窩制孔窩深質(zhì)量越穩(wěn)定，這也是很多制孔設(shè)備在平板試刀臺上制孔锪窩深度控制很好，但在飛機(jī)產(chǎn)品上制孔锪窩深度較難控制的原因，文章針對單側(cè)壁板類機(jī)器人制孔時產(chǎn)品保形方案進(jìn)行問題分析，找出解決辦法，通過提出一種新型壁板支撐夾具的應(yīng)用，通過試驗驗證新方法的可行性。

關(guān)鍵詞：設(shè)備制孔;支撐夾具;锪窩深度

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0176-03

1概述

典型壁板類結(jié)構(gòu)為長桁與蒙皮兩層連接形式，產(chǎn)品采用設(shè)備制孔時，根據(jù)試驗驗證及經(jīng)驗設(shè)備制孔后的質(zhì)量穩(wěn)定性與產(chǎn)品的工況及工裝的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)。機(jī)身裝配廠中機(jī)身1#壁板機(jī)器人自動制孔設(shè)備也同樣面臨著這樣的情況，制孔窩深窩深不穩(wěn)定，每架機(jī)存在部分锪窩超差，需要人工補(bǔ)锪的現(xiàn)象，此種問題嚴(yán)重影響批產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性，急需通過找出問題根源，采取改進(jìn)措施，滿足產(chǎn)品質(zhì)量連續(xù)穩(wěn)定要求。

2壓腳引起的锪窩深度影響

壁板主要結(jié)構(gòu)由長桁，蒙皮及連接件組成;一般屬于機(jī)身氣密區(qū);某產(chǎn)品采用機(jī)器人制孔主要完成長桁與蒙皮制孔，因為結(jié)構(gòu)為氣密區(qū)制孔要求精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到長壽命和高精度連接。

3典型壁板設(shè)備制孔存在問題

因前期試驗不充分及經(jīng)驗確實，機(jī)器人制孔在機(jī)身壁板類產(chǎn)品上的制孔無經(jīng)驗借鑒，同時機(jī)器人制孔作為新生事物也是初步應(yīng)用，工藝策劃前期對產(chǎn)品的裝夾定位采取了傳統(tǒng)的工裝定位形式（與人工制孔鉚接型架相識），當(dāng)正式使用后問題得以暴露，為了使設(shè)備能夠充分發(fā)揮作用，考慮到經(jīng)濟(jì)性;技術(shù)團(tuán)隊決定對現(xiàn)有工裝夾具進(jìn)行改良，適應(yīng)目前機(jī)器人制孔設(shè)備需求;對設(shè)備應(yīng)用存在的問題進(jìn)行了集中攻關(guān)，采用魚刺圖找出根本原因。

由魚刺圖中可以看出主要原因為工裝設(shè)置不合理，產(chǎn)品的裝夾工裝不能很好的匹配設(shè)備制孔。

4機(jī)理分析：產(chǎn)品變形引起的窩深誤差

壓腳以一定的壓力壓在產(chǎn)品表面上，將引起產(chǎn)品的變形，制孔點的變形一般是遠(yuǎn)離壓腳，產(chǎn)品平面變?yōu)榍妫鴫耗_與產(chǎn)品表面的接觸點位置保持不變（圖3中AB兩點），實現(xiàn)窩深補(bǔ)償?shù)碾p光柵尺的測量位置為AB平面，而非孔所在位置的曲面。該變形將引起窩深誤差△L，使得窩深變淺，設(shè)備在飛機(jī)上孔前都需要試切，以調(diào)整進(jìn)刀位置，保證鎮(zhèn)窩深度，但是經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在飛機(jī)上加工出的窩深比在試驗件上的窩深深，其原因就是：試驗件發(fā)生變形，以該變形件試切出來的主軸與壓腳的相對位置來鉆飛機(jī)上的螺栓孔，必然導(dǎo)致窩加深。所以產(chǎn)品的剛性對锪窩深度的影響規(guī)律是：在相同壓力條件下，產(chǎn)品剛性越大，變形越小，锪窩深度越大;產(chǎn)品剛性越小，變形越大，锪窩深度越小。由以上分析同理可以得出，壓力大小也會對锪窩深度有影響。壓腳壓力大，產(chǎn)品變形越大，即制孔點越遠(yuǎn)離壓腳，锪窩深度越小;壓腳壓力越小，產(chǎn)品變形越小，锪窩窩深度越大。由此得出改進(jìn)工裝補(bǔ)償產(chǎn)品變形時保證制孔穩(wěn)定性的關(guān)鍵要素。

5改進(jìn)措施

項目團(tuán)隊創(chuàng)新地從改善飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)剛性的角度來考慮解決問題。對如何提高飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)剛性的問題，又創(chuàng)新地提出了產(chǎn)品上增加工裝支撐的方式進(jìn)行改善，但是由于壁板較長，長度約10米左右，產(chǎn)品背后工況復(fù)雜，工裝卡板眾多，在每個卡板上設(shè)置工裝支撐難度大而且操作可行性差。創(chuàng)新地提出可移動式的工裝支撐來實現(xiàn)不同卡板之間的制孔區(qū)域支撐，從而提高制孔區(qū)域結(jié)構(gòu)剛性。

從工裝設(shè)計階段充分考慮到了現(xiàn)場使用時的工藝性，從以上5個方面完成新型支撐夾具的改進(jìn)。

6效果驗證

通常情況下，機(jī)器人的試刀是在平板上進(jìn)行試刀，但是實際產(chǎn)品是帶有弧度的蒙皮，二者的工藝參數(shù)具有一定的差異。為更好地模擬試驗結(jié)果，機(jī)身裝配廠創(chuàng)新地提出用帶有弧度的試板進(jìn)行曲面試驗，驗證支撐工裝的可靠性。公司科研生產(chǎn)形勢緊張，申請試驗件周期太長而且存在一定難度。機(jī)身裝配廠克服現(xiàn)有困難，充分利用現(xiàn)有資源和生產(chǎn)條件。

6.1試驗準(zhǔn)備

模擬蒙皮準(zhǔn)備：實際蒙皮產(chǎn)品在航向和展向都有一定的弧度，聯(lián)系23廠將現(xiàn)申請的試板材料（平板）在展向滾彎成一定弧度（與實際產(chǎn)品弧度近似），23廠現(xiàn)有條件無法在航向成形一定弧度，機(jī)身裝配廠積極克服困難，通過調(diào)整長桁位置來滿足模擬試驗件在航向的弧度。

模擬長桁準(zhǔn)備：機(jī)身裝配廠積極利用現(xiàn)有資源，尋找到一批與產(chǎn)品外形、尺寸等相近的報廢長桁作為模擬長桁試驗件，廢物利用，提高廢品利用率。

模擬工裝準(zhǔn)備：選取如下區(qū)域作為模擬試驗件的位置，蒙皮試驗件長度略短，在現(xiàn)有蒙皮邊緣擋塊寬度無法滿足試驗件定位的要求。機(jī)身裝配廠積極想辦法，在充分利用現(xiàn)有的工裝的前提下滿足試驗件的定位和壓緊需求。

6.2開展試板（平板）試驗，優(yōu)化工藝參數(shù)

試驗不同壓力值對窩深大小的影響：在相同的窩深進(jìn)給量、制孔速度和設(shè)備轉(zhuǎn)速的情況下，分別選擇20N、25N、30N、35N、40N、45N、50N、60N的壓力值進(jìn)行制孔，發(fā)現(xiàn)壓力值分別在20N-25N、30N-45N、50N-60N范圍內(nèi)獲得的窩深相同，所以分別選擇25N、45N、60N三個壓力值參數(shù)作為試驗窩深穩(wěn)定性的壓力參數(shù)。

試驗不同制孔工進(jìn)速度對窩深大小的影響：在相同的窩深進(jìn)給量、壓力值和設(shè)備轉(zhuǎn)速的情況下，分別選擇1.2mm/s、1.6mm/s、1.8mm/s、2.0mm/s、2.3mm/s、2.5mm/s、2.8mm/s，3mm/s的制孔速度進(jìn)行制孔，發(fā)現(xiàn)制孔速度在1.2mm/s-2.3mm/s、2.5mm/s-3mm/s范圍內(nèi)獲得的窩深相同，所以分別選擇1.2mm/s、2.5mm/s制孔速度參數(shù)作為試驗窩深穩(wěn)定性的制孔速度參數(shù)。

試驗不同工藝參數(shù)對窩深穩(wěn)定性的影響：選取6組不同的工藝參數(shù)，每組工藝參數(shù)試制30個孔，試驗在這6組工藝參數(shù)下30個孔的窩深波動范圍，以選擇最優(yōu)的工藝參數(shù)。

經(jīng)過平板試驗，第三組工藝參數(shù)45N、2.5mm/s、100r/min下的窩深穩(wěn)定性較好，約為0.05mm，作為曲面試驗的工藝參數(shù)。

6.3開展曲面試驗，驗證工裝支撐的有效性

試驗結(jié)果如下：兩個預(yù)緊釘之間的28個孔窩深波動為0.1mm，好于未改造前的窩深波動0.25mm，具體試驗數(shù)據(jù)如表所示。

7結(jié)束語

機(jī)身壁板工裝型架上壁板組件制孔區(qū)域的剛性與制孔區(qū)域到卡板的距離有直接關(guān)系，距離越近，剛性越好，距離越遠(yuǎn)，剛性越差，在兩個卡板中間的位置剛性最差。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研分析，所加工壁板卡板間距范圍為200～500mm，經(jīng)現(xiàn)場多架次的制孔情況發(fā)現(xiàn)支撐間距為200mm加工區(qū)域的锪窩深度較好，因此機(jī)身裝配廠創(chuàng)新地提出在大支撐間距區(qū)域增加工裝支撐的方式來改善產(chǎn)品局部剛性。