飛機數字化自動制孔控制技術

周娟勤 惠利軍

摘 要：制孔作業在飛機制造生產中具有重要地位，其與后續制造生產活動順利進行具有直接關系。若制孔作業精準性或效率欠佳，必將對飛機制造生產質量產生影響，并造成嚴重經濟損失。因此為避免上述現象發生，本文通過實際調查及分析文獻資料，對飛機數字化自動制孔控制技術進行研究，并對自動制孔系統設計方法進行分析，以期可以為工作人員開展工作提供可靠依據。

關鍵詞：數字化;飛機;自動制孔

引言：在現代科學技術持續發展的背景下，飛機傳統手工制孔方法已無法滿足社會需求。傳統制孔方法不僅制孔流程較為繁瑣，而且孔定位精準性欠佳，極易對飛機整體質量產生影響。因此為保障飛機制造生產質量，必須對飛機數字化自動制孔控制技術形成正確認知，充分掌握其核心內容，并對自動制孔系統進行科學設計，以此為飛機制孔效果提供保障，該點對促進飛機制造業發展具有重要意義。

1.自動制孔系統整體設計

1.1自動制孔功能要求

針對自動制孔存在的功能要求而言，其主要包括以下幾項內容：①應具備壓緊結構夾層、制孔及啄鉆等功能;②應具備對工件進行固定的功能，且設備工作頭應具備根據實際需求對孔位進行自動化檢測的功能;③應具備對切削力、孔位精準性、切削功率等方面的在線檢測功能;④應具備去屑及吸塵功能;⑤應具備對鉆頭進行微量自動潤滑及冷卻的功能;⑥應具備對鉆頭進行自動更換的功能;⑦在夾層厚度處于25mm左右，且緊固件孔徑處于6.4mm左右的情況下，制孔效率應大于或等于每分鐘6個;⑧定位精準性必須處于±0.3mm左右，且重復定位的精準性必須超過±0.15mm。

1.2自動制孔系統組成及流程規劃

1.2.1系統組成

針對活動面數字化制孔系統平臺的總體結構而言，其重要基礎是KUKA工業機器人[1]。總體系統平臺包括的內容主要有以下幾項：激光跟蹤儀器、柔性工裝、工業機器人、中央控制系統及終端執行器等。其中，終端執行器具備多項功能，能夠為壓緊及制孔等作業順利實施提供保障。夾持產品是柔性工程的主要任務之一、對各方面生產現場進行控制與調節是中央控制系統的主要任務、進行裝配系統數字化測量作業是激光跟蹤儀器的主要任務。

1.2.2流程規劃

從整體的角度出發，可發現飛機數字化自動制孔控制系統的生產流程具有較高的復雜性，主要包括以下幾項內容：①起始化系統，并對相關設備進行預先加熱;②對應試鉆，并嚴格做好打點驗證工作;③對生產編制的NC程序進行輸入，嚴格依照相關標準對程序與執行代碼進行處置;④充分結合不同分站點循環制孔，以此開展流程生產。在實際生產過程中，應在某處站點完成后開展后續站點生產作業。針對制孔循環而言，其主要內容如下：①起始化系統;②標準偏差補償;③對法向進行尋找;④對自動制孔進行循環;⑤進行系統加工循環;⑥對站點進行切換，直至加工生產作業結束。

1.3自動制孔控制系統方案設計

1.3.1硬件組態

針對控制計算機與機器人而言，其以PROFIBUS—DP總線與以太網為基礎進行銜接，機器人的運行控制與控制系統網絡組態能夠對銜接層面進行利用，以此實現網絡組態。在科學利用EtherCAT總線，且連接控制計算器與PLC系統的情況下，將實現對相應數字量模擬量信號進行搜集與控制。激光跟蹤儀器能夠對控制計算機與以太網銜接進行使用，并通過相應的離線編程，對計算機軟件進行控制，以此獲取激光跟蹤儀器的測量數據信息。在引入現場網絡系統的情況下，不僅連線長度將明顯縮減，而且連線繁雜性與硬件電路出現故障的可能性也將顯著降低，該點對提高控制系統可靠性具有重要作用。在此基礎上，工作人員將實現通過互聯網對全部子站點數據信息進行便捷查找。

1.3.2軟件框架設計

自動制孔控制系統作業能夠根據實際需求對實時處置與非實時數據信息進行管理或展示。系統主要具備以下幾項功能：對工業機器人與終端執行器進行控制，并根據實際狀況研發以太網通訊端口。對EtherCAT通訊端口進行研發，并設計相應模塊。控制系統包括的內容主要有對精度進行補償與對過程進行控制等[2]。其中，對過程進行控制主要指控制相應的工業機器人，對刀具系統與終端執行器進行更換等。工業機器人能夠順利完成空間絕對定位精度，并對精度補償重載。對伺服運動進行控制與科學規劃PLC作業在TwinCAT系統中具有重要地位。針對該系統而言，其能夠對軟件系統的內在通訊進行控制，以此實現ADS數字化設備組件。在實際設計中，可對以太網VC++離線編程進行利用，以此提高控制軟件與工業機器人控制器的關聯性。

2.自動制孔定位精度控制技術

2.1數字化機器人定位控制

針對該系統而言，其包括的技術手段主要有機器人自動更換刀具控制技術與外部自動控制技術。其中，由于在實際制孔中需要多種不同類型的刀具滿足孔徑具有的需求，故而自動更換刀具技術具有重要地位。從現實角度出發，可發現KUKA CP5614現場網絡端口卡具備良好的應用效果，其能夠為系統提供相應的輸入或輸出接口，全面提高自動化更換刀具的便捷性。在實際工作中，可通過系統完成對網絡端口的安裝作業、自動松閘換刀及查找相應刀具等多項工作。外部自動控制技術主要內容如下：在實際工作中，若選擇對具有關聯性的產品線進行研發，必須對中央控制器進行合理使用，以此達到選取開啟機器人代碼的目的。在利用外部自動形式端口的情況下，控制計算機系統將與機器人控制器進行連接并通訊，并對差別機器人代碼進行啟動，例如對刀具代碼進行更換及生產加工流程等。在機器人控制系統的作用下，將實現對操作形態訊息及失誤訊息等進行輸送，使其傳輸到計算機系統中。在系統進行飛機制造作業的過程中，需要對差別代碼進行執行，因此如何科學選取與轉換代碼具有重要地位。在實際工作中，可選擇對手工選取方式進行利用，以此對相應代碼進行撤銷與啟動。由于數字化制造過程不需要人為操作，故而其能夠有效避免人為因素對制造過程產生影響，進而提高系統穩定性與飛機整體質量。此外，可根據實際狀況選擇對外部數字化控制形式進行利用，以此控制數字化代碼。

2.2自動制孔精確定位控制技術

通過實際調查可以發現，數字化自動制孔控制系統機器人具備多項優勢，主要有節省生產制造空間、穩定性相對較高、良好的柔性等。相較于傳統數控生產加工，機器人能夠顯著降低成本，并全面提高生產效率。針對傳統機器人而言，其由多個關節臂連接的開式運動鏈組成，具有穩定性較弱、精準性欠佳及剛性較弱等多項缺陷，致使傳統機器人在數字化現代裝配中存在一定程度的局限性[3]。因此應對數字化工業機器人制造系統進行科學利用，配置相應的終端執行器，全面增加機器人實際制造范圍，促使不同姿勢狀態下的定位精度顯著提高。在此基礎上，上述缺陷將得到有效解決，該點對提高飛機制造效果具有重要作用。

結束語：綜上所述，當前飛機制孔作業中存在精準性欠佳及生產效率較低等多項缺陷，導致飛機質量受到嚴重影響，該點對保障飛機制業健康發展極為不利。因此必須對數字化自動制孔控制技術形成正確認知，并對數字化自動制孔系統進行科學設計，全面提高制孔精準性及效率，并為飛機制造生產質量提供保障。基于此，我國飛機制造業將穩定發展。

參考文獻：

[1]薛宏.飛機活動翼面自動制孔工藝裝備設計技術[J].內燃機與配件，2021，25（07）：32-33.

[2]羅群，薛宏，劉博鋒，劉思悅，李城.飛機自動制孔離線編程數據準確提取技術[J].航空制造技術，2021，64（04）：97-102.

[3]張輝，潘新.機器人自動制孔系統精度標定方法研究[J].機械科學與技術，2020，39（05）：815-820.