六方螺母保險(xiǎn)孔自動(dòng)化加工平臺(tái)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

◇安徽天航機(jī)電有限公司 李紅進(jìn) 高茂洋 張家銀 常星星

本文是一種六方保險(xiǎn)孔自動(dòng)化加工的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的具體介紹，通過(guò)裝夾穩(wěn)定、定位可靠的裝夾工裝與高速穩(wěn)定的鉆削設(shè)備，并將兩者通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成一套送件→裝夾→對(duì)刀→鉆削→工件翻轉(zhuǎn)→再鉆削→取件的設(shè)備平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)各規(guī)格六面上、螺紋上各類(lèi)型保險(xiǎn)孔的加工。整個(gè)項(xiàng)目由多個(gè)模塊構(gòu)成，其中最重要也是最核心的內(nèi)容是如何將眾多模塊通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合在一起，形成完整的、有序的一體化生產(chǎn)線。

隨著制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)于航空制造業(yè)中的六方保險(xiǎn)孔零件的需求逐漸增加[1-3]，其主要用于防止機(jī)體部輔件振動(dòng)與脫落，在加工保險(xiǎn)孔的過(guò)程中，對(duì)于鉗工加工是一項(xiàng)重要工作，控制孔的精確位置是鉗工所需要具備的一項(xiàng)基本技能。保險(xiǎn)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(duì)操作者的技能要求較高。標(biāo)準(zhǔn)的保險(xiǎn)孔不僅尺寸要符合標(biāo)準(zhǔn)要求，孔口外形也要盡量一致，不能出現(xiàn)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(lèi)零件加工不僅占用了大量的加工時(shí)間，而且質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)。出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因在于不穩(wěn)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(guān)系到成孔質(zhì)量。正是由于人的不確定性，機(jī)器的穩(wěn)定性、一致性，讓我們思考是否能夠用機(jī)器替代人工加工，從而實(shí)現(xiàn)解放人力、提高生產(chǎn)效率、獲得產(chǎn)品質(zhì)量一致性好的產(chǎn)品。

1 六方零件自動(dòng)化機(jī)構(gòu)研究

1.1 自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)

上料機(jī)構(gòu)是保證下工位準(zhǔn)確抓取、裝夾、定位的基礎(chǔ)，有序、規(guī)則的上料，對(duì)于下工位機(jī)械手臂的抓取定位非常重要。取料機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主要是保證零件不掉落、不磕碰。雖然目前自動(dòng)上、下料技術(shù)雖然市場(chǎng)較為成熟，但由于自制零件種類(lèi)多、六方尺寸規(guī)格多，且長(zhǎng)度大小不一，要實(shí)現(xiàn)零件有序、規(guī)則的上下料，上下料機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)成柔性的或快速可調(diào)的，才能滿足多批次、多規(guī)格、多種類(lèi)的加工需要。具體方案的選擇許考慮制造成本、設(shè)備穩(wěn)定性及生產(chǎn)效率等綜合因素決定，通過(guò)調(diào)研傾向于快速可調(diào)結(jié)構(gòu)。

1.2 零件的裝夾定位及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

由于種類(lèi)不同、規(guī)格不一，專(zhuān)用裝夾工裝已經(jīng)不能滿足要求，需設(shè)計(jì)一套柔性裝夾機(jī)構(gòu)來(lái)抓取、夾緊零件，為尺寸和位置的精準(zhǔn)定位及后續(xù)的鉆孔和翻轉(zhuǎn)提供可靠定位。對(duì)于裝夾的方式、位置擬通過(guò)抓取夾緊六方對(duì)邊，通過(guò)可編程序調(diào)整與鉆頭的位置關(guān)系，從而滿足加工要求。另需設(shè)計(jì)一套伺服機(jī)構(gòu)，配合高速電機(jī)鉆孔后實(shí)現(xiàn)零件的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，用于實(shí)現(xiàn)各面上孔位的加工。

1.3 鉆孔機(jī)構(gòu)

鉆孔是最終要實(shí)現(xiàn)的目的。鉆孔機(jī)構(gòu)以高速電機(jī)為主，輔以伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆頭的點(diǎn)鉆和進(jìn)給。對(duì)于鋁合金等較軟材質(zhì)的零件來(lái)說(shuō)，可以直接鉆削，對(duì)于合金鋼、鈦合金類(lèi)較硬材質(zhì)的零件，有兩種方案可以加以考慮，一是加裝鉆頭導(dǎo)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(tái)，再在小平臺(tái)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(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)控制

每個(gè)機(jī)構(gòu)若能實(shí)現(xiàn)各自功能，只能保證各模塊單獨(dú)工作，要實(shí)現(xiàn)各模塊的聯(lián)動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)化生產(chǎn)。擬配置2～3套伺候電機(jī)和傳動(dòng)絲杠，通過(guò)可編程序完成各模塊之間有序、協(xié)調(diào)的配合。

2 設(shè)計(jì)理念

整機(jī)工作臺(tái)呈直線形設(shè)計(jì)，外觀采用半封閉結(jié)構(gòu)制造，框架主體采用方鋼結(jié)構(gòu)。確保機(jī)架的穩(wěn)定性。

工作臺(tái)共設(shè)置3個(gè)加工工位，1工位為機(jī)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(dòng)鉆孔。由于產(chǎn)品的特殊性，設(shè)計(jì)時(shí)從源頭就采用進(jìn)口導(dǎo)軌承載運(yùn)動(dòng)，確保每個(gè)工位的定位精度并能夠減少傳統(tǒng)用其它方式傳動(dòng)產(chǎn)生的噪音及誤差，保證工件在工裝板上精準(zhǔn)而穩(wěn)定的輸送到各個(gè)自動(dòng)工序。

考慮到維護(hù)的及時(shí)性，我們?cè)谲浖刂粕显O(shè)計(jì)有自檢功能，能在顯示屏上顯示故障信息以及故障點(diǎn)，便于維護(hù)。

整體以安全為主，各單元具有簡(jiǎn)便易操作、防呆功能，內(nèi)部布局設(shè)計(jì)要便于維護(hù)與保養(yǎng)，整體采用分單元模塊化設(shè)計(jì)將各單元組合成一臺(tái)專(zhuān)用機(jī)械。

根據(jù)工件設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的工裝夾具，保證其質(zhì)量。并配有三色燈用于缺料和故障報(bào)警，燈色代表含義用戶可自定義。

考慮用電安全、設(shè)備在線路上設(shè)計(jì)有：漏電保護(hù)、缺相保護(hù)、斷相保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、三相不平衡保護(hù)，確保設(shè)備及人身安全。

2.1 上下料方式

本方案設(shè)計(jì)為人工將工件放入滑槽，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行供料，分料機(jī)構(gòu)將工件輸送至進(jìn)料處，進(jìn)料機(jī)構(gòu)檢測(cè)到工件后觸發(fā)進(jìn)料動(dòng)作。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)具有數(shù)據(jù)分析功能，有料、缺料狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。設(shè)備在完成鉆孔工序后自動(dòng)卸料，出料口對(duì)接出料槽，便于收集產(chǎn)品，自動(dòng)化上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 自動(dòng)化結(jié)構(gòu)圖

2.2 鉆孔工位設(shè)計(jì)理念

采用高速主軸進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度、速度、進(jìn)退刀次數(shù)可通過(guò)觸摸屏設(shè)置。采用獨(dú)立機(jī)架，便于安裝調(diào)試及維護(hù)，其專(zhuān)用定位彈簧細(xì)節(jié)如圖2所示。

圖2 專(zhuān)用定位彈簧裝夾

3 結(jié)束語(yǔ)

基于自動(dòng)化加工程序成熟，通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)各單元模塊的有機(jī)結(jié)合，此項(xiàng)內(nèi)容硬件、軟件與機(jī)器的穩(wěn)定性、一致性，用機(jī)器替代人工加工，最終實(shí)現(xiàn)縮短加工周期、降低生產(chǎn)成本、獲得質(zhì)量一致性好的產(chǎn)品。