飛機(jī)翼盒裝配臨時(shí)緊固件自動(dòng)安裝技術(shù)研究

劉航 張煒 鄭煒 何斌

[摘? ? 要]Electroimpact為C919 飛機(jī)機(jī)翼壁板緊固件的安裝開(kāi)發(fā)了一種新的全自動(dòng)單側(cè)臨時(shí)緊固系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)安裝單側(cè)臨時(shí)緊固件，在壁板制孔期間滿足臨時(shí)的零件夾緊和送釘功能，可以縮短機(jī)翼的自動(dòng)化裝配周期。進(jìn)給系統(tǒng)將緊固件存儲(chǔ)在靠近安裝點(diǎn)末端執(zhí)行器的重力進(jìn)給芯棒中，當(dāng)有緊固件裝配需求時(shí)，首先，拾取和放置機(jī)構(gòu)從芯棒中抓取所需的緊固件，并將其裝入緊固件插入器中;其次，緊固件插入器使用伺服螺母將緊固件安裝到機(jī)翼壁板上并旋轉(zhuǎn)擰緊，直到夾持器以指定的預(yù)緊力將夾層拉到一起，同時(shí)，在進(jìn)給過(guò)程中可檢查緊固件的直徑、夾緊長(zhǎng)度和完整性。緊固件可靠性達(dá)到了99.9%。

[關(guān)鍵詞]機(jī)翼;緊固件;末端執(zhí)行器

[中圖分類號(hào)]V262 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–000–02

Research on Automatic Installation Technology of Temporary

Fasteners for Aircraft Wing Box Assembly

Liu Hang， Zhang Wei， Zheng Wei， He Bin

[Abstract]Electroimpact has developed a new fully automatic single-sided temporary fastening system for the installation of C919 aircraft wing wall panel fasteners. Through the automatic installation of single-sided temporary fasteners， temporary parts can be met during the wall panel hole making process. The clamping and nail feeding function can shorten the automatic assembly cycle of the wing. The feed system stores the fasteners in the gravity feed mandrel near the end effector of the installation point. When there is a need for fastener assembly， first， the pick and place mechanism grabs the required fasteners from the mandrel ， And install it into the fastener inserter; then， the fastener inserter uses a servo nut to install the fastener on the wing wall panel and rotate it to tighten until the clamper sandwiches the layer with the specified pre-tightening force Pull together， and at the same time， the diameter， clamping length and integrity of the fastener can be checked during the feed process. The reliability of fasteners has reached 99.9%.

[Keywords]wing; fastener; end effector

該緊固件安裝系統(tǒng)應(yīng)西飛C919飛機(jī)機(jī)翼裝配的自動(dòng)臨時(shí)緊固要求而開(kāi)發(fā)，并用于自動(dòng)制孔設(shè)備（LTD）上。LTD設(shè)備用于在立式裝配型架中對(duì)機(jī)翼上、下壁板進(jìn)行精確制孔、孔位檢測(cè)和臨時(shí)緊固件的安裝。通過(guò)使用這些臨時(shí)緊固件，LTD設(shè)備能夠完成全尺寸制孔和緊固件安裝操作，同時(shí)可保證制孔過(guò)程中機(jī)翼壁板定位準(zhǔn)確、夾緊牢靠。該系統(tǒng)能夠在3～51 mm的夾層厚度中安裝直徑為4.76～12.7 mm的臨時(shí)緊固件，如圖1所示。

1 單側(cè)臨時(shí)緊固件

單側(cè)臨時(shí)緊固件（SSTF）通常用于在裝配操作期間提供夾緊和定位功能。本系統(tǒng)采用LISI航空公司生產(chǎn)的CLYTM-61s型SSTF。與其他類型的SSTF相比，CLYTM-61s型SSTF能夠提供較大范圍的夾緊力。頭部由外花鍵和驅(qū)動(dòng)螺母組成，驅(qū)動(dòng)螺母用于驅(qū)動(dòng)緊固件，如圖2所示。該型SSTF具有類似于傳統(tǒng)臨時(shí)緊固件的夾持器，在松夾狀態(tài)下，夾持器比撐桿小，當(dāng)驅(qū)動(dòng)螺母擰緊時(shí)，夾持器在撐桿作用下脹開(kāi)，如圖3所示。

2 芯棒組件

SSTF安裝在芯棒中，芯棒則裝入緊固件插入器旁邊的接收器組件中。每根芯棒均有一個(gè)理論直徑，芯棒的每一個(gè)導(dǎo)向槽對(duì)應(yīng)一個(gè)特定類型的緊固件，緊固件類型（全尺寸緊固件或小尺寸緊固件）取決于夾持長(zhǎng)度。當(dāng)從底部的定位出口點(diǎn)拉出緊固件時(shí)，緊固件在重力作用下通過(guò)導(dǎo)向槽下落，在出口處，緊固件通過(guò)下方的磁鐵固定在V形塊上，如圖4所示。

3 芯棒上架和下架

在壁板制孔過(guò)程中，需多次更換刀具，并準(zhǔn)確保證緊固件孔徑。為保證制孔過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，必須將芯棒在同一位置進(jìn)行快速安裝和拆卸。本次設(shè)計(jì)的芯棒是在Electroimpact設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上迭代改進(jìn)而來(lái)的，芯棒接收器組件有兩個(gè)導(dǎo)軌，以允許芯棒水平滑入和滑出，一旦滑入準(zhǔn)確位置，彈簧柱塞就會(huì)落在襯套中，將芯棒固定到位，4個(gè)傳感器用于讀取上架裝配代碼，以辨別所安裝的芯棒，通過(guò)拉動(dòng)彈簧柱塞上的手柄將其縮回并將芯棒滑出，對(duì)芯棒進(jìn)行快速解鎖和拆卸，如圖5所示。在芯棒一側(cè)，起吊組件通過(guò)定位銷和鍵槽的滑入、滑出來(lái)接收組件，彈簧柱塞通過(guò)斜面推入其縮回位置，直至到達(dá)定位襯套處，芯棒傳感器使用孔模式創(chuàng)建二進(jìn)制代碼供設(shè)備讀取，如圖6所示。

4 緊固件插入組件

緊固件插入組件由芯棒接收組件、抓取組件、插入器軸和緊固件廢料箱組成。插入器設(shè)計(jì)有一個(gè)拾取和放置機(jī)構(gòu)，通過(guò)使用抓取組件沿插入器軸將緊固件從芯棒運(yùn)輸?shù)剿土峡凇Ｗト〗M件可通過(guò)導(dǎo)向無(wú)桿油缸實(shí)現(xiàn)伸縮。插入器軸由單載波伺服驅(qū)動(dòng)，可沿軸到達(dá)不同位置，如圖7所示。

5 緊固件插入過(guò)程

插入過(guò)程根據(jù)設(shè)備正在制孔的孔徑大小和夾層厚度而開(kāi)始，以確定從芯棒中抓取哪個(gè)緊固件，當(dāng)抓取組件移動(dòng)到準(zhǔn)確位置并伸到底部打開(kāi)夾鉗后，夾鉗將關(guān)閉緊固件柄并縮回，從而拉動(dòng)緊固件，然后抓取組件再移動(dòng)到安裝位置，將緊固件安裝到送料口上，并使用測(cè)量夾鉗位置傳感器測(cè)量緊固件直徑，未通過(guò)直徑檢測(cè)的緊固件也會(huì)被安裝到送料口，因?yàn)椴缓细竦木o固件將從送料口輸送到廢料箱，如圖8所示。緊固件插入器上的送料口也將在此時(shí)移動(dòng)到安裝位置，抓取組件隨后跟進(jìn)，將緊固件裝入進(jìn)料口，進(jìn)料口被壓緊并轉(zhuǎn)動(dòng)使花鍵錯(cuò)位。在成功安裝的情況下，抓取組件將延伸至接觸傳感器，進(jìn)料口會(huì)縮回到其未壓緊狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母即可確保緊固件接合，此時(shí)，夾鉗將打開(kāi)抓取組件將縮回，如圖9所示。

6 螺母轉(zhuǎn)輪控制器

末端執(zhí)行器的背面是螺母轉(zhuǎn)輪控制器，此控制器與CNC連通并控制SSTF的緊固，編程參數(shù)集（PSets）明確緊固件的擰緊過(guò)程，參數(shù)集包括多種因素的目標(biāo)范圍，如旋轉(zhuǎn)角、速度、扭矩等。在安裝過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)控參數(shù)值來(lái)完成錯(cuò)誤檢查，如果數(shù)值保持在限定范圍內(nèi)，控制器會(huì)向CNC發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信號(hào)以使擰緊過(guò)程繼續(xù)。

7 安裝前檢查

若緊固件插入器已發(fā)送完成安裝的信號(hào)，而緊固件仍在緊固件插入夾鉗口和進(jìn)料口中時(shí)，則運(yùn)行接合PSet，緊固件插入器在等待制孔和探針循環(huán)結(jié)束時(shí)，運(yùn)行多次PSet檢查緊固件是否正常工作。安裝緊固件時(shí)，將緊固件插入器往返復(fù)位，并測(cè)量緊固件，以確保其正確的夾持長(zhǎng)度。如果任何預(yù)安裝測(cè)試均失敗，則啟動(dòng)拒絕循環(huán)，緊固件插入器通過(guò)內(nèi)置氣缸將緊固件彈出到廢料箱中來(lái)拒收緊固件。

8 安裝緊固件

緊固件通過(guò)初步檢查并完成制孔循環(huán)后，開(kāi)始進(jìn)入安裝環(huán)節(jié)。首先，緊固件插入器與孔對(duì)齊;其次，緊固件插入器向前驅(qū)動(dòng)至壁板位置，從而將緊固件插入孔中。限位開(kāi)關(guān)用于確保緊固件完全插入，擰緊時(shí)不會(huì)損壞工件。如果緊固件成功安裝到工件上，機(jī)器將通知控制器運(yùn)行安裝PSet，控制器監(jiān)控過(guò)程參數(shù)并確認(rèn)已擰緊。最后，緊固件插入器縮回，緊固件與工件安裝完成。

9 結(jié)束語(yǔ)

SSTF能夠縮短機(jī)翼裝配周期，但由于尺寸復(fù)雜，SSTF的自動(dòng)化安裝具有挑戰(zhàn)性，安裝過(guò)程可能導(dǎo)致其自身?yè)p壞且需要頻繁維護(hù)進(jìn)料系統(tǒng)。Electroimpact通過(guò)簡(jiǎn)化LISICLYTM-61緊固件的進(jìn)給系統(tǒng)，解決了上述問(wèn)題。該系統(tǒng)將助力于中國(guó)閻良新型C919機(jī)翼的生產(chǎn)制造。

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