自动钻铆系统的送钉机构改进设计

吴静+陈军

摘要：本文主要阐述了飞机自动钻铆系统无头铆钉自动输送的实现。研制了一种铆钉自动输送设备，对该设备中的关键机械结构进行了详细设计，实现了飞机铆接过程中铆钉的自动化输送，降低了人工劳动强度，提高了劳动生产率。

关键词：自动钻铆；送钉机构；振動筛；铆接

自动钻铆技术是新一代飞机研制的关键技术，对于提高我国的飞机制造水平，增强国防能力具有深远的意义。随着某型机的研制，该机种的机翼壁板为双曲面复杂零件，手工铆接已不能达到使用要求。因此，利用我们现用的一台G4026-120钻铆机进行自动钻铆系统进行全新设计，以满足机翼壁板的铆接工艺要求。在自动钻铆系统中送钉机构的自动化是决定此钻铆系统自动化程度的关键，传统的手动送钉已不能满足现代生产的需要，本文将通过试验、对比、分析对钻铆系统的原有送钉机构进行改造设计，使其实现自动送钉的功能。

一、 自动钻铆机送钉机构概述

原钻铆机的送钉方式是操作者手工的送钉，操作者每次铆接无头铆钉之前，选定好铆钉的直径和长度，再按照规定将无头铆钉送入到无头铆钉输入口处，送钉操作者告诉主操作者后，主操作者按下送钉按钮后，铆钉沿着光滑滑道输入到指夹处，指夹处的感应开关得到信号后，再用推进器的推杆将无头铆钉送入上铆头指夹中，上铆头进行铆接完成整个送钉动作。这样不仅故障率较高，同时工人的劳动强度较大，手工送钉给整个压铆过程带来缺陷，需重新设计送钉机构。

（一）常用的送钉机构有以下三种

1.滑板式料斗机构：滑板式料斗将铆钉的存储和排列和为一体，当滑板提升留在顶面凹槽内的铆钉滑向滑道机构，铆钉沿着光滑滑道输入到指夹处，指夹处的感应开关得到信号后，再用推进器的推杆将无头铆钉送入上铆头指夹中，上铆头进行铆接完成整个送钉动作。

2.弹夹式送钉机构：弹夹方式根据半自动手枪的原理。工作方式为操作者将所需无头铆钉装入弹夹中，弹夹内装有蛇形压簧通过挡板将铆钉送入与送钉管道相垂直处，铆钉沿着光滑滑道输入到指夹处，再用推进器的推杆将无头铆钉送入上铆头指夹中上铆头进行铆接完成整个送钉动作。

3.振动筛式送钉机构：振动筛根据电动机振动的原理。 如图1所示主操作者将所需直径和长度的铆钉放入振动筛里，（其振动筛振动频率已经调好）开启振动筛电源，振动筛工作将铆钉输送到滑快的前端，滑快的前端内铆钉堵住其它铆钉的输出，振动筛呈空运转状态。当主操作者需用无头铆钉铆接时，按下送钉按钮，微型气缸的活塞杆推动滑块在支座内向前驱动，直至滑块输钉口处，再用推进器的推杆将无头铆钉送入上铆头指夹中，上铆头进行铆接完成整个送钉动作。

（二）送钉机构性能比较

从表1可以看出：振动筛送钉机构工艺复杂成本较高，而弹夹式送钉机构和滑板式料斗机构虽然机构简单，但自动化程度低，工人的劳动强度较大，机构运行稳定性较差，因此在本次改进设计中选用振动筛送钉机构。

二、自动钻铆机送钉机构设计

（一）振动筛的性能试验

自动送钉机构的成功取决于振动筛性能状态，自动送钉机构需要振动筛能够按照一定频率，保证铆钉沿着一定顺序送入输钉口，运动过程不许有卡住现象，故此需要对振动筛进行性能试验。

1.振动筛的组成

振动筛具有保证铆钉按照一定顺序排列的输出方式。振动筛是由底盘、顶盘、滑道、电气控制部分组成。底盘是整个振动筛的重心，内部有振动电机、连接杆和底托组成。振动电机在系统控制下发生振动，再由连接杆与底托所连接共同托起顶盘，使得顶盘产生共振。底盘的功用是产生振动使顶盘内的铆钉在振动中按顺序升起。滑道按照螺旋轨迹与顶盘的内表面点焊而成，使铆钉沿着滑道上升输送到输钉口处。

电气控制部分由粗调和精调两种方式。粗调可以调节振动电机的频率和速度，改变铆钉的传输速度。精调是经过粗调后再次对振动电机进行精确调整，确定在每分钟铆钉输出数量。粗调和精调的调节匹配就能够保证铆钉与送钉机构的协调，确保送钉机构的稳定性。

2.性能试验

为保证振动筛的设计质量，需要对振动筛进行无头铆钉的送给运动做一些试验和测试。

试验条件：

无头铆钉，根据壁板铆接所使用无头铆钉的两种规格：6号铆钉，8号铆钉。

振动筛，选用型号为DSJ-50。

试验结果见表2：

试验结果分析：

（1）试验用的振动筛能适应机翼壁板铆接所使用无头铆钉送钉机构的需要，试验表明大直径的长铆钉爬行速度比小直径的短铆钉明显地快，因此振动筛需要具备频率调节功能。

（2）滑道表面的光滑度和清洁度对铆钉的爬行效率有直接影响，振动筛在工作时滑道表面不应有任何杂物。故设计中振动筛滑道表面喷胶，减少杂物附着在滑道表面上。

（3）振动筛应配有调节装置以保证在低噪音的条件下具有较高的铆钉爬升效率，振动筛的调节不仅需要粗调，而且需要精调，以保证铆钉的爬升率。

（二）自动送钉机构设计

1.送钉机构总体布置

原钻铆机的无头铆钉使用是手工送钉的方式，在送钉箱的面板上用三个放钉口，分别输送5号，6号和8号无头铆钉，它分别由三个控制按钮开关通过电磁阀进行输钉工作 。在设计中只要将把从振动筛输出的铆钉，通过输钉管送入放钉口，并保证机床每一次工作循环中，送钉机构只放一个铆钉，同时把原来手动控制按钮改为程序控制，就可以达到自动送钉的目的。经过大量的实验分析后，采用8个振动筛，8个振动筛按两排分布每排四个，在每一个料斗送料口处装有一个光纤传感器，用以检测铆钉的到达情况。

2.送钉机构的工作过程

（1）操作者要将八种不同直径和长度的铆钉分别放入八个振动筛中。铆钉可依据铆钉长度的长短，按振动筛的编号所放置，有利于操作者的选用。

（2）操作者根据图纸所要铆接铆钉的直径和长度，在操作面板上选择铆钉所放置振动筛的编号，按下启动按钮。所需铆钉的振动筛工作，铆钉按一定顺序排列，传输，当到达送料口处，光纤式传感器得到信号向CNC控制系统传递，CNC接到信号执行下一个命令。

（3）CNC控制系统接收到传感器信号后，给气动伺服阀发出指令伺服阀工作，伺服阀控制直线气缸的位置，当直线气缸移动到所需抓取铆钉位置处。传感器将信号点输入给CNC，CNC输出给摆动气缸三位四通电磁阀信号使其换向，摆动气缸向下位移并摆动到抓取位置，摆动气爪打开气爪抓取铆钉，将铆钉位移到铆钉接口处。

（4）铆钉接收口处传感器将信号输入CNC控制系统，CNC输出铆钉输送的三位四通电磁阀。电磁阀换向将铆钉沿着光滑的滑道输送到指夹中，上铆轴接收到铆钉，完全固定循环过程后，送钉机构返回起止点，等待下一步的程序命令。

（5）自动送钉机构实现了从定位→送钉，不间断的运行。

三、结束语

经过不断的试验和研究，最终实现了自动钻铆系统自动送钉机构的设计。通过实验验证改造设计的自动送钉机构能够准确完成定位和送钉，使提高钻铆机体工作效率的想法成为现实。

参考文献：

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