一种基于通用压铆设备的压铆与调姿技术研究

一种基于通用压铆设备的压铆与调姿技术研究

刘 涛

（中航西安飞机工业股份有限公司 陕西省西安市710089）

【摘要】本文基于通用压铆设备，对于舱门蒙皮的压铆进行了研究，分析了该产品压铆的工艺性，提出了适用的解决方案，设计了一套以通用压铆设备为载体的舱门压铆与调姿系统。该系统由大钳口压铆机、可换位避障铆模、法向找正机构、铆头对中机构、五自由度调姿托架组成，具有压铆、法向找正、中心对正、快速调姿等功能，解决了产品结构干涉、视线遮挡、法向无法找正等问题。通过实验验证，该系统能够实现舱门的压铆需求。

【关键词】通用压铆机 压铆 舱门 调姿定位法

1引言

压铆是一种利用压铆设备的静压载荷使铆钉杆胀粗并形成镦头的铆接方法，噪声和振动小，镦粗比较均匀，镦头质量高，工件的铆接变形较小，劳动强度小，因此在条件允许的情况下，铆接应该尽可能选用压铆工艺。在实际生产中，压铆一般采用手持压铆钳或通用压铆机，无论压铆钳还是压铆机，主要还是应用于梁、肋、壁板等开敞性好的组件，其铆接面基本为平面或小曲率曲面，使用通用压铆机配合承重托架即可完成压铆，工艺实现难度较低。

但是类似舱门的组件，其结构具有狭小腔体且蒙皮为双曲率，压铆蒙皮铆钉时必须要找正法向、避开干涉区域。为了在舱门这类组件实现通用压铆机压铆，本文针对舱门的工艺特点进行了分析，对于适用于舱门的压铆与调姿技术进行了研究，提出了一套结构设计方案，并在产品上进行了实际应用。

2压铆与调姿系统的需求分析与总体方案

2.1产品的工艺特点

舱门的主要由横梁、门框、蒙皮、隔板组成，结构中具有狭小腔体，蒙皮为双曲率，待铆紧固件为门框、隔板与蒙皮连接的沉头铆钉，而门框、隔板零件为U形钣金件，具有折弯边，见图1。通过分析产品模型，发现蒙皮为变曲率，周向曲率表现为两端曲率大中间曲率小，航向曲率表现为两端曲率小中间曲率大。

图1

根据以上结构特征对产品压铆工艺性分析如下：

（1）舱门具有多个狭小腔体，最窄处仅为73mm，操作时易碰伤产品。

（2）门框、隔板的折弯边遮挡了操作人员视线，铆头难以对准铆钉杆，影响压铆操作。

（3）门框、隔板的折弯边宽度22mm，干涉了铆头，使其无法降至待铆铆钉处。

（4）蒙皮的曲率变化复杂，通用压铆机难以找正法向，压铆时无法保证铆钉轴线与铆钉头的安装表面垂直，影响安装后的齐平度。

2.2系统需求分析

根据舱门工艺特点的分析，该压铆与调姿定位系统应满足以下需求：（1）该系统应具有避障功能，使铆头能够避开干涉，到达产品90%以上的区域；（2）能够确定铆头对准铆钉杆，具有法向调平蒙皮功能；（3）具有调整产品姿态的功能，且人工操作轻便省力。

2.3总体方案

总体方案应该是以一台通用压铆机作为基础，通过改造和添加相应机构达到目的，具有可避障的上压铆头、激光找正系统、法向找正系统、调姿托架，集找正、调姿、法向调整、铆接、工位切换等功能于一体

3压铆与调姿系统结构设计

为了解决存在的问题，满足铆接的质量要求，以通用压铆机为载体，优化了相关结构，设计了一种压铆与调姿系统。该系统由大钳口压铆机、可换位避障式上铆模、法向找正机构、铆头对中机构、五自由度调姿托架组成，具有压铆、法向找正、中心对正、快速调姿等功能，解决了产品结构干涉、视线遮挡、法向无法找正等问题，实现了具有双曲蒙皮的舱门压铆。

3.1可换位避障式上铆模结构设计

为了解决腔体狭小操作不便、产品结构干涉的问题，设计了一种特殊结构的上压铆头，见图2，由旋转机构、铆头组成。铆头为“L”型偏心结构，可避开门框弯边到达铆钉处，旋转机构可以90°为一档进行工位切换，无需移动产品。

图2 可换位避障式上铆模结构

3.2法向找正机构设计

为了给通用压铆设备增加法向找正功能，设计了一种特殊结构的下压铆头，见图3，在下铆头处增加了法向调平器。法向找平器为三爪结构，安装在下铆模上且与铆模同轴，三爪上端面同平面，调节蒙皮与三爪完全接触，可实现局部蒙皮法向调平。

图3 法向找正机构结构

3.3 环绕光学对中系统设计

为了便于铆头与铆钉对中，设计了一种光学对中系统。该系统由以铆头为中心的3个激光发射器组成，经过调整的激光聚焦在铆头正下方同一点的，能保证在舱门遮挡视线的条件下，至少有一个激光能够投射在铆钉上，实现无死角铆头对中。

3.4 五自由度调姿托架结构设计

   为了便于调整产品姿态，承担产品重量减轻工作负担，设计了一种调姿托架。该托架由三节关节臂组成，关节臂使用氮气弹簧连接，托架末端设有旋转机构和加持机构，可以承托产品重量，并可以按X、Y、Z三轴及A、B两个角度自由调整产品姿态。

3.5压铆与调姿系统工作流程

  在实际应用中，该系统的工作流程为：

（1）使用铰链孔完成产品装夹，用托架调整产品位置，进入上下铆头机构之间；

（2）降低上压铆头机构高度，绕开零件翻边；

（3）产品下降至蒙皮与三爪接触，调整舱门姿态，使铆头对准铆钉钉头，使三爪分别与蒙皮完全接触；

（4）上铆头机构下降，与下铆头共同对铆钉施加压力，完成压铆工作；

（5）移动产品，到达下一铆接位置继续压铆，直至将单排铆钉全部压铆完毕；

（6）拔出锁紧销，松开旋转轴，转动旋转板将压铆头机构依次调整至其他工位，再插入锁紧销固定，重复步骤1至步骤5直至完成所有工位的铆钉压铆。

4试验验证

选用舱门作为试验件，孔的公称直径为4.0mm，夹层厚度为4-5mm，孔径为4.0mm，按照铆接规范要求，铆接后齐平度为+0.05-+0.15mm，镦头高度为1.2-2.2mm。利用本系统进行试压后，分别使用三爪表进行测量齐平度并记录其数值，使用镦头样板检验镦头尺寸是否合格，共获得27组数据，如表1所示。

表1 压铆实验结果

通过表1的实验数据可知，经该系统压铆的铆钉，使用的法向调平和铆头中心对正后，齐平度均在+0.05-+0.15mm范围浮动，镦头高度均能通过样板验证，能够满足舱门压铆的需求。

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