一种新型壁板类机器人制孔支撑夹具的应用

陈勇刚

摘 要 飞机装配中设备制孔锪窝深度是自动制孔较难控制的一个参数。产品的刚性对锪窝深度的影响较大，刚性越好，锪窝制孔窝深质量越稳定，这也是很多制孔设备在平板试刀台上制孔锪窝深度控制很好，但在飞机产品上制孔锪窝深度较难控制的原因，本文针对单侧壁板类机器人制孔时产品保形方案进行问题分析，找出解决办法，通过提出一种新型壁板支撑夹具的应用，通过试验验证新方法的可行性。

关键词 设备制孔;支撑夹具;锪窝深度

引言

典型壁板类结构为长桁与蒙皮两层连接形式，产品采用设备制孔时，根据试验验证及经验设备制孔后的质量稳定性与产品的工况及工装的结构形式密切相关，壁板机器人自动制孔设备也同样面临着这样的情况，制孔窝深窝深不稳定，每架机存在部分锪窝超差，需要人工补锪的现象，此种问题严重影响批产质量的稳定性，急需通过找出问题根源，采取改进措施，满足产品质量连续稳定要求。

1压脚引起的锪窝深度影响

壁板主要结构由长桁，蒙皮及连接件组成;一般属于机身气密区;某产品采用机器人制孔主要完成长桁与蒙皮制孔，因为结构为气密区制孔要求精度高，质量稳定，达到长寿命和高精度连接。

2典型壁板设备制孔存在问题

因前期试验不充分及经验确实，机器人制孔在机身壁板类产品上的制孔无经验借鉴，同时机器人制孔作为新生事物也是初步应用，工艺策划前期对产品的装夹定位采取了传统的工装定位形式（与人工制孔铆接型架相似识），当正式使用后问题得以暴露，为了使设备能够充分发挥作用，考虑到经济性;技术团队决定对现有工装夹具进行改良，适应目前机器人制孔设备需求;对设备应用存在的问题进行了集中攻关，找出根本原因为工装设置不合理，产品的装夹工装不能很好地匹配设备制孔[1]。

3机理分析：产品变形引起的窝深误差

压脚以一定的压力压在产品表面上，将引起产品的变形，制孔点的变形一般是远离压脚，产品平面变为曲面，而压脚与产品表面的接触点位置保持不变（图2中AB两点），实现窝深补偿的双光栅尺的测量位置为AB平面，而非孔所在位置的曲面。该变形将引起窝深误差△L，使得窝深变浅，设备在飞机上孔前都需要试切，以调整进刀位置，保证镇窝深度，但是经常发现在飞机上加工出的窝深比在试验件上的窝深深，其原因就是：试验件发生变形，以该变形件试切出来的主轴与压脚的相对位置来钻飞机上的螺栓孔，必然导致窝加深。所以产品的刚性对锪窝深度的影响规律是：在相同压力条件下，产品刚性越大，变形越小， 锪窝深度越大;产品刚性越小，变形越大， 锪窝深度越小。由以上分析同理可以得出，压力大小也会对锪窝深度有影响。压脚压力大，产品变形越大，即制孔点越远离压脚， 锪窝深度越小;压脚压力越小，产品变形越小， 锪窝窝深度越大。由此得出改进工装补偿产品变形时保证制孔稳定性的关键要素。

4改进措施

从改善飞机产品结构刚性的角度来考虑解决问题，对如何提高飞机产品结构刚性的问题，又创新地提出了产品上增加工装支撑的方式进行改善，但是由于壁板较长，长度约10米左右，产品背后工况复杂，工装卡板众多，在每个卡板上设置工装支撑难度大而且操作可行性差。创新地提出可移动式的工装支撑来实现不同卡板之间的制孔区域支撑，从而提高制孔区域结构刚性。

从工装设计阶段充分考虑到了现场使用时的工艺性，从以上5个方面完成新型支撑夹具的改进。

5效果验证

通常情况下，机器人的试刀是在平板上进行试刀，但是实际产品是带有弧度的蒙皮，二者的工艺参数具有一定的差异。为更好地模拟试验结果，机身装配厂创新地提出用带有弧度的试板进行曲面试验，验证支撑工装的可靠性。公司科研生产形势紧张，申请试验件周期太长而且存在一定难度。机身装配厂克服现有困难，充分利用现有资源和生产条件。

5.1 试验准备

模拟蒙皮准备：实际蒙皮產品在航向和展向都有一定的弧度，将现申请的试板材料（平板）在展向滚弯成一定弧度（与实际产品弧度近似），现有条件无法在航向成形一定弧度，通过调整长桁位置来满足模拟试验件在航向的弧度。

模拟长桁准备：利用现有资源，寻找到一批与产品外形、尺寸等相近的报废长桁作为模拟长桁试验件，废物利用，提高废品利用率。

模拟工装准备：选取如下区域作为模拟试验件的位置，蒙皮试验件长度略短，在现有蒙皮边缘挡块宽度无法满足试验件定位的要求。在充分利用现有的工装的前提下满足试验件的定位和压紧需求。

5.2 开展试板（平板）试验，优化工艺参数

试验不同压力值对窝深大小的影响：在相同的窝深进给量、制孔速度和设备转速的情况下，分别选择20N、25N、30N、35N、40N、45N、50N、60N的压力值进行制孔，发现压力值分别在20～25N、30～45 N、50～60N范围内获得的窝深相同，所以分别选择25N、45N、60N三个压力值参数作为试验窝深稳定性的压力参数。

试验不同制孔工进速度对窝深大小的影响：在在相同的窝深进给量、压力值和设备转速的情况下，分别选择1.2mm/s、1.6mm/s、1.8mm/s、2.0mm/s、2.3mm/s、2.5mm/s、2.8mm/s、3mm/s的制孔速度进行制孔，发现制孔速度在1.2～2.3mm/s、2.5～3mm/s范围内获得的窝深相同，所以分别选择1.2mm/s、2.5mm/s制孔速度参数作为试验窝深稳定性的制孔速度参数。

试验不同工艺参数对窝深稳定性的影响：选取6组不同的工艺参数，每组工艺参数试制30个孔，试验在这6组工艺参数下30个孔的窝深波动范围，以选择最优的工艺参数。

经过平板试验，第三组工艺参数45N、2.5mm/s、100r/min下的窝深稳定性较好，约为0.05mm，作为曲面试验的工艺参数。

开展曲面试验，验证工装支撑的有效性。

试验结果如下：两个预紧钉之间的28个孔窝深波动为0.1mm，好于未改造前的窝深波动0.25mm。

6结束语

机身壁板工装型架上壁板组件制孔区域的刚性与制孔区域到卡板的距离有直接关系，距离越近，刚性越好，距离越远，刚性越差，在两个卡板中间的位置刚性最差。经现场调研分析，所加工壁板卡板间距范围为200～500mm，经现场多架次的制孔情况发现支撑间距为200mm加工区域的锪窝深度较好，因此机身装配厂创新地提出在大支撑间距区域增加工装支撑的方式来改善产品局部刚性。

参考文献

[1] 马超虹.压脚对机器人制孔影响的试验研究与分析[M].杭州：浙江大学硕士学位论文，2013：217.