一種新型壁板類機器人制孔支撐夾具的應用

李斌 鄧長喜

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

關鍵詞：設備制孔;支撐夾具;锪窩深度

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

1概述

典型壁板類結構為長桁與蒙皮兩層連接形式，產品采用設備制孔時，根據試驗驗證及經驗設備制孔后的質量穩定性與產品的工況及工裝的結構形式密切相關。機身裝配廠中機身1#壁板機器人自動制孔設備也同樣面臨著這樣的情況，制孔窩深窩深不穩定，每架機存在部分锪窩超差，需要人工補锪的現象，此種問題嚴重影響批產質量的穩定性，急需通過找出問題根源，采取改進措施，滿足產品質量連續穩定要求。

2壓腳引起的锪窩深度影響

壁板主要結構由長桁，蒙皮及連接件組成;一般屬于機身氣密區;某產品采用機器人制孔主要完成長桁與蒙皮制孔，因為結構為氣密區制孔要求精度高，質量穩定，達到長壽命和高精度連接。

3典型壁板設備制孔存在問題

因前期試驗不充分及經驗確實，機器人制孔在機身壁板類產品上的制孔無經驗借鑒，同時機器人制孔作為新生事物也是初步應用，工藝策劃前期對產品的裝夾定位采取了傳統的工裝定位形式（與人工制孔鉚接型架相識），當正式使用后問題得以暴露，為了使設備能夠充分發揮作用，考慮到經濟性;技術團隊決定對現有工裝夾具進行改良，適應目前機器人制孔設備需求;對設備應用存在的問題進行了集中攻關，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置不合理，產品的裝夾工裝不能很好的匹配設備制孔。

4機理分析：產品變形引起的窩深誤差

壓腳以一定的壓力壓在產品表面上，將引起產品的變形，制孔點的變形一般是遠離壓腳，產品平面變為曲面，而壓腳與產品表面的接觸點位置保持不變（圖3中AB兩點），實現窩深補償的雙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，設備在飛機上孔前都需要試切，以調整進刀位置，保證鎮窩深度，但是經常發現在飛機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上的螺栓孔，必然導致窩加深。所以產品的剛性對锪窩深度的影響規律是：在相同壓力條件下，產品剛性越大，變形越小，锪窩深度越大;產品剛性越小，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，產品變形越大，即制孔點越遠離壓腳，锪窩深度越小;壓腳壓力越小，產品變形越小，锪窩窩深度越大。由此得出改進工裝補償產品變形時保證制孔穩定性的關鍵要素。

5改進措施

項目團隊創新地從改善飛機產品結構剛性的角度來考慮解決問題。對如何提高飛機產品結構剛性的問題，又創新地提出了產品上增加工裝支撐的方式進行改善，但是由于壁板較長，長度約10米左右，產品背后工況復雜，工裝卡板眾多，在每個卡板上設置工裝支撐難度大而且操作可行性差。創新地提出可移動式的工裝支撐來實現不同卡板之間的制孔區域支撐，從而提高制孔區域結構剛性。

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

6效果驗證

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

6.1試驗準備

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

模擬長桁準備：機身裝配廠積極利用現有資源，尋找到一批與產品外形、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。

模擬工裝準備：選取如下區域作為模擬試驗件的位置，蒙皮試驗件長度略短，在現有蒙皮邊緣擋塊寬度無法滿足試驗件定位的要求。機身裝配廠積極想辦法，在充分利用現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，優化工藝參數

試驗不同壓力值對窩深大小的影響：在相同的窩深進給量、制孔速度和設備轉速的情況下，分別選擇20N、25N、30N、35N、40N、45N、50N、60N的壓力值進行制孔，發現壓力值分別在20N-25N、30N-45N、50N-60N范圍內獲得的窩深相同，所以分別選擇25N、45N、60N三個壓力值參數作為試驗窩深穩定性的壓力參數。

試驗不同制孔工進速度對窩深大小的影響：在相同的窩深進給量、壓力值和設備轉速的情況下，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的制孔速度進行制孔，發現制孔速度在1.2mm/s-2.3mm/s、2.5mm/s-3mm/s范圍內獲得的窩深相同，所以分別選擇1.2mm/s、2.5mm/s制孔速度參數作為試驗窩深穩定性的制孔速度參數。

試驗不同工藝參數對窩深穩定性的影響：選取6組不同的工藝參數，每組工藝參數試制30個孔，試驗在這6組工藝參數下30個孔的窩深波動范圍，以選擇最優的工藝參數。

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

6.3開展曲面試驗，驗證工裝支撐的有效性

試驗結果如下：兩個預緊釘之間的28個孔窩深波動為0.1mm，好于未改造前的窩深波動0.25mm，具體試驗數據如表所示。

7結束語

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