CN106378409B - 一种自动钻铆机镦头高度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动钻铆机墩头高度控制方法，该方法是衬套先伸出贴紧壁板并制动锁死，然后压铆顶杆做直线进给运动，根据长度计测量压铆头前端面与衬套前端面的相对距离，形成位置闭环反馈系统，补偿修正由于机械传递和电气控制导致的误差，在闭环控制中精确控制铆钉墩头高度，而且力传感器实时监测压铆力大小，与墩头高度相互验证，保证钻铆机压铆过程可以精确控制铆钉的墩头高度，压铆结束后，衬套缩回，完成压铆过程。该方法可以实现自动钻铆机压铆加工的铆钉墩头高度精确控制。

Description

一种自动钻铆机镦头高度控制方法
技术领域
本发明涉及机械钻铆领域，具体涉及一种自动钻铆机镦头高度控制方法。
背景技术
铆接技术在飞机壁板装配中，是一项普遍使用的机械连接技术，具有重量轻、强度高等优势，在航空制造领域得到了广泛的应用。传统的人工铆接生产效率低，产品质量不稳定，受工人个体因素影响比较大，而且工人工作环境恶劣，噪声污染严重，所以采用自动钻铆机来代替人工操作是现代飞机装配领域的一大趋势。
目前的自动钻铆机实现铆接的主流方式是电动力压铆，压铆后铆钉形成的镦头可以直观反映铆钉质量，能够准确控制镦头高度是钻铆机压铆系统的必备能力，其参数水平对于设备的加工能力影响巨大，成为设备进行工艺优化的关键。
目前以欧美为代表的自动钻铆机厂商如EI、GEMCOR、BROETJE等代表了当今钻铆设备的最高水平，由于自动钻铆机原理和结构非常复杂，国内的相关技术仍存在很大差距，因此针对钻铆机压铆过程，提出了一种自动钻铆机镦头高度控制方法，以长度计读数作为位置反馈，形成位置闭环控制，精确控制镦头高度，对满足钻铆机压铆功能需求具有重要的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种自动钻铆机镦头高度控制方法，在钻铆机压铆加工时，通过力传感器、长度计和控制系统的配合，精确控制压铆顶杆的进给量，保证镦头高度。
一种自动钻铆机镦头高度控制方法，包括以下步骤：
(1)设定衬套的进给速度、压铆顶杆进给速度；
(2)调整法矢，保证压铆进给方向与壁板垂直，此时压铆头前端面与衬套的前端面齐平，长度计的读数为X0；
(3)控制系统通过可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)给出启动信号到衬套气缸的气动控制电磁阀，衬套伸出贴紧壁板表面后锁死，此时长度计的读数为X1，则衬套前端面与压铆头前端面间的实际距离L＝X1-X0；
(4)控制系统通过PLC给出启动信号到镦紧驱动电机，压铆顶杆开始进给运动，压铆过程中读取长度计的读数X，则进给轴的实际进给量Z1＝X1-X；
(5)根据进给轴的实际进给量Z1，计算出进给误差△Z＝Z1-Z，并将进给误差△Z反馈给控制系统，补偿机械传动和电器控制带来的误差；
(6)当实际进给量达到进给量的设定值Z时，镦紧驱动电机制动，压铆顶杆停止运动，此时获得较精确的镦头高度H；
(7)压铆结束后，控制系统通过PLC给出回零信号，镦紧驱动电机反转，压铆头回到初始位置；再启动衬套气缸缩回衬套，完成压铆过程。
在步骤(3)中，衬套锁死后，在压铆过程中保持位置不变。
在步骤(4)中，压铆头进给过程中，力传感器会测量压铆力值f，如果超过了设置的压铆力最大值F，PLC会接受到限位信号，发出报警信号，并使镦紧驱动电机制动、反转复位。该设置可以保证压铆过程中不会因为进给过量而对壁板造成损伤。
在步骤(5)中，根据长度计测量压铆头前端面与衬套前端面的相对距离，形成位置闭环反馈系统，补偿修正由于机械传递和电气控制导致的误差，在闭环控制中精确控制铆钉镦头高度，而且力传感器实时监测压铆力大小，与镦头高度相互验证，保证钻铆机压铆过程可以精确控制铆钉的镦头高度力传感器实时监测压铆力变化，防止压铆力超差。
在步骤(6)中，设定的压铆顶杆的进给量Z是根据实际获得镦头的高度H而定的，则压铆顶杆的进给量Z＝L-H。
本发明自动钻铆机镦头高度控制方法利用控制系统实时获取长度计和力传感器信号，具有的优点为：
(1)增强了自动钻铆机压铆加工过程中的稳定性，衬套紧贴壁板，锁紧后增强了系统刚性；
(2)衬套前端面与壁板表面齐平，作为顶杆伸出的参考面，使用长度计反馈信号与镦紧驱动主轴构成一个误差检测反馈修正的闭环系统，可以有效补充机械传动带来的误差，保证精确控制铆钉形成的镦头高度；
3)该方法降低了铆接加工的劳动强度，改善了加工环境，且实现了自动紧贴壁板，修正和调整压铆距离，提高了铆接的自动化操作。
附图说明
图1是自动钻铆机镦紧头的总体轴测图；
图2是自动钻铆机镦紧头的部分零件的左侧轴测图；
图3是自动钻铆机镦紧头的部分零件的右侧轴测图；
图4是自动钻铆机压铆头的局部剖视图；
图5为本发明自动钻铆机镦头高度控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1～4所示，系统主要包括底座(1)，镦紧驱动模块(2)，衬套压紧模块(3)和压铆头(4)四个组件。镦紧驱动模块(2)主要由镦紧驱动电机(5)，镦紧减速器(6)，同步带轮对(7)，镦紧滚珠丝杠螺母副(8)，镦紧力传感器安装板(9)，镦紧力传感器(10)，镦紧导轨滑块副(11)和长度计(12)组成；衬套压紧模块(3)主要由衬套底座(13)，气缸(14)，衬套导轨滑块副(15)和衬套(16)组成；压铆头(4)主要由压铆顶杆(17)和回复弹簧(18)组成。镦紧驱动电机(5)和镦紧减速器(6)安装在底座(1)上，通过同步带轮对(7)驱动镦紧滚珠丝杠螺母副(8)，实现镦紧方向上的直线进给运动，同时镦紧力传感器(10)紧靠在镦紧力传感器安装板(9)上，可以实时监测压铆加工时的压铆力；衬套(16)安装在衬套底座(13)上，伸出和缩回通过气缸驱动；压铆顶杆(17)安装在衬套(16)内，衬套(16)伸出后，通过回复弹簧(18)回复一定距离，为后续压铆加工留出空间，长度计(12)与镦紧驱动模块(2)安装在一起，前端与衬套底座(13)接触，用于反馈压铆顶杆(17)与衬套(16)间的距离。
如图5所示，自动钻铆机镦头高度控制方法的步骤为：
步骤1，设定衬套的进给速度为40mm/s、压铆头进给速度为15mm/s。
步骤2，调整法矢，保证压铆进给方向与壁板垂直，此时压铆头前端面与衬套的前端面齐平，长度计的读数为0.68mm。
步骤3，控制系统通过PLC给出启动信号到衬套气缸的气动控制电磁阀，衬套伸出贴紧壁板表面后锁死，压铆过程中保持位置不变，此时长度计的读数为20.1mm，则衬套前端面与压铆头前端面间的实际距离应为19.42mm。
步骤4，为了得到高度为2mm的镦头，则设定进给量为17.42mm，控制系统通过PLC给出启动信号到镦紧驱动电机，压铆顶杆开始进给运动，压铆过程中读取长度计的读数X，则进给轴的实际进给量Z1＝20.1-X。
压铆头进给过程中，力传感器会测量压铆力值f，如果超过了设置的压铆力最大值25000N，PLC会接受到限位信号，发出报警信号，并使镦紧驱动电机制动、反转复位。该设置可以保证压铆过程中不会因为进给过量而对壁板造成损伤。
步骤5，根据进给轴的实际进给量Z1和已经设定的进给量17.42mm，计算出进给误差△Z＝Z1-17.42，并将进给误差△Z反馈给控制系统，补偿机械传动带来的误差；
步骤6，当实际进给量达到进给量的设定值17.42mm时，镦紧驱动电机制动，压铆顶杆停止运动，此时获得较精确的镦头高度2mm；
步骤7，压铆结束后，控制系统通过PLC给出回零信号，镦紧驱动电机反转，压铆头回到初始位置；再启动衬套气缸缩回衬套，完成压铆过程。
利用该方法进行自动钻铆机压铆加工，能够精确地控制铆钉镦头的高度。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种自动钻铆机镦头高度控制方法，包括以下步骤：
(1)设定衬套的进给速度、压铆顶杆进给速度；
(2)调整法矢，保证压铆进给方向与壁板垂直，此时压铆头前端面与衬套的前端面齐平，长度计的读数为X0；
(3)控制系统通过PLC给出启动信号到衬套气缸的气动控制电磁阀，衬套伸出贴紧壁板表面后锁死，此时长度计的读数为X1，则衬套前端面与压铆头前端面间的实际距离L＝X1-X0；
(4)控制系统通过PLC给出启动信号到镦紧驱动电机，压铆顶杆开始进给运动，压铆过程中读取长度计的读数X，则进给轴的实际进给量Z1＝X1-X；
(5)根据进给轴的实际进给量Z1，计算出进给误差△Z＝Z1-Z，并将进给误差△Z反馈给控制系统，补偿机械传动和电器控制带来的误差；
(6)当实际进给量达到进给量的设定值Z时，镦紧驱动电机制动，压铆顶杆停止运动，此时获得镦头高度H；
(7)压铆结束后，控制系统通过PLC给出回零信号，镦紧驱动电机反转，压铆头回到初始位置；再启动衬套气缸缩回衬套，完成压铆过程。
2.根据权利要求1所述自动钻铆机镦头高度控制方法，其特征在于：所述的压铆头进给过程中，力传感器测量压铆力值f，如果超过了设置的压铆力最大值F，PLC接受到限位信号，发出报警信号，并使镦紧驱动电机制动、反转复位。
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