六方螺母保險孔自動化加工平臺設計和應用

◇安徽天航機電有限公司 李紅進 高茂洋 張家銀 常星星

本文是一種六方保險孔自動化加工的設計和應用的具體介紹，通過裝夾穩定、定位可靠的裝夾工裝與高速穩定的鉆削設備，并將兩者通過伺服機構有機結合起來，形成一套送件→裝夾→對刀→鉆削→工件翻轉→再鉆削→取件的設備平臺，從而實現各規格六面上、螺紋上各類型保險孔的加工。整個項目由多個模塊構成，其中最重要也是最核心的內容是如何將眾多模塊通過伺服機構有機的結合在一起，形成完整的、有序的一體化生產線。

隨著制造業的蓬勃發展，對于航空制造業中的六方保險孔零件的需求逐漸增加[1-3]，其主要用于防止機體部輔件振動與脫落，在加工保險孔的過程中，對于鉗工加工是一項重要工作，控制孔的精確位置是鉗工所需要具備的一項基本技能。保險孔的分布主要在平面、斜面及螺紋面上，其中后兩者的加工難度較大，對操作者的技能要求較高。標準的保險孔不僅尺寸要符合標準要求，孔口外形也要盡量一致，不能出現橢圓、錐形等形狀，但由于需求量大、批次多，操作者主觀原因等因素，此類零件加工不僅占用了大量的加工時間，而且質量問題頻發。出現問題的主要原因在于不穩定。從尺寸劃線、鉆中心孔再到鉆孔倒角，每一工步都有不確定性，特別是鉆中心孔，直接關系到成孔質量。正是由于人的不確定性，機器的穩定性、一致性，讓我們思考是否能夠用機器替代人工加工，從而實現解放人力、提高生產效率、獲得產品質量一致性好的產品。

1 六方零件自動化機構研究

1.1 自動上下料機構

上料機構是保證下工位準確抓取、裝夾、定位的基礎，有序、規則的上料，對于下工位機械手臂的抓取定位非常重要。取料機構較為簡單，主要是保證零件不掉落、不磕碰。雖然目前自動上、下料技術雖然市場較為成熟，但由于自制零件種類多、六方尺寸規格多，且長度大小不一，要實現零件有序、規則的上下料，上下料機構可設計成柔性的或快速可調的，才能滿足多批次、多規格、多種類的加工需要。具體方案的選擇許考慮制造成本、設備穩定性及生產效率等綜合因素決定，通過調研傾向于快速可調結構。

1.2 零件的裝夾定位及翻轉機構

由于種類不同、規格不一，專用裝夾工裝已經不能滿足要求，需設計一套柔性裝夾機構來抓取、夾緊零件，為尺寸和位置的精準定位及后續的鉆孔和翻轉提供可靠定位。對于裝夾的方式、位置擬通過抓取夾緊六方對邊，通過可編程序調整與鉆頭的位置關系，從而滿足加工要求。另需設計一套伺服機構，配合高速電機鉆孔后實現零件的翻轉動作，用于實現各面上孔位的加工。

1.3 鉆孔機構

鉆孔是最終要實現的目的。鉆孔機構以高速電機為主，輔以伺服電機驅動來實現鉆頭的點鉆和進給。對于鋁合金等較軟材質的零件來說，可以直接鉆削，對于合金鋼、鈦合金類較硬材質的零件，有兩種方案可以加以考慮，一是加裝鉆頭導引裝置以避免單邊切削造成的孔位偏離及鉆頭斷裂；二是增加一套鉆銑裝置，先加工一小平臺，再在小平臺上鉆孔，從而避免單邊切削造成的孔位偏離及鉆頭斷裂。

1.4 伺服機構聯動控制

每個機構若能實現各自功能，只能保證各模塊單獨工作，要實現各模塊的聯動，才能實現真正意義上的自動化生產。擬配置2～3套伺候電機和傳動絲杠，通過可編程序完成各模塊之間有序、協調的配合。

2 設計理念

整機工作臺呈直線形設計，外觀采用半封閉結構制造，框架主體采用方鋼結構。確保機架的穩定性。

工作臺共設置3個加工工位，1工位為機械臂或人工上下工件的工位；2工位為鉆定心孔工位，確保在孔位及孔的精度；3工位為自動鉆孔。由于產品的特殊性，設計時從源頭就采用進口導軌承載運動，確保每個工位的定位精度并能夠減少傳統用其它方式傳動產生的噪音及誤差，保證工件在工裝板上精準而穩定的輸送到各個自動工序。

考慮到維護的及時性，我們在軟件控制上設計有自檢功能，能在顯示屏上顯示故障信息以及故障點，便于維護。

整體以安全為主，各單元具有簡便易操作、防呆功能，內部布局設計要便于維護與保養，整體采用分單元模塊化設計將各單元組合成一臺專用機械。

根據工件設計對應的工裝夾具，保證其質量。并配有三色燈用于缺料和故障報警，燈色代表含義用戶可自定義。

考慮用電安全、設備在線路上設計有：漏電保護、缺相保護、斷相保護、過壓保護、欠壓保護、過載保護、三相不平衡保護，確保設備及人身安全。

2.1 上下料方式

本方案設計為人工將工件放入滑槽，旋轉平臺根據設置的參數進行供料，分料機構將工件輸送至進料處，進料機構檢測到工件后觸發進料動作。旋轉平臺具有數據分析功能，有料、缺料狀態實時監測。設備在完成鉆孔工序后自動卸料，出料口對接出料槽，便于收集產品，自動化上下料機構設計見圖1。

圖1 自動化結構圖

2.2 鉆孔工位設計理念

采用高速主軸進行鉆孔，鉆孔深度、速度、進退刀次數可通過觸摸屏設置。采用獨立機架，便于安裝調試及維護，其專用定位彈簧細節如圖2所示。

圖2 專用定位彈簧裝夾

3 結束語

基于自動化加工程序成熟，通過伺服機構可實現各單元模塊的有機結合，此項內容硬件、軟件與機器的穩定性、一致性，用機器替代人工加工，最終實現縮短加工周期、降低生產成本、獲得質量一致性好的產品。