CN108856626B - 一种用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，包括步骤：S1、采用力闭环控制模式铆接第一列铆钉，同时采集每个铆钉在铆接过程中铆接力的实时数值和铆缸推杆的实时位移数据，得到“铆接力‑铆缸推杆位移”数据；S2、根据“铆接力‑铆缸推杆位移”数据中的特征数据点计算得到压铆过程中铆钉两侧的机床变形量，即采用位移控制模式时铆出合格铆钉所需的铆钉两侧铆缸推杆位移的补偿量；S3、采用高效率的位移控制模式对剩余列铆钉进行铆接，铆接时调用第一列铆钉中在工件高度方向上与当前铆钉位置最接近的铆钉的推杆位移补偿量进行补偿。

Description

一种用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法

技术领域

本发明涉及机床误差补偿技术领域，具体地，涉及一种用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法。

背景技术

铆接在航空航天飞行器装配过程中有着十分重要的地位。传统的手工铆接工作效率低、铆接质量差，因而自动铆接技术逐渐代替传统铆接已然成为一种趋势。在众多自动铆接技术中，伺服压铆技术由于噪声小、铆接效率高等优点被广泛使用。在伺服压铆过程中，最大铆接力往往能达到数吨，进而导致铆接机产生较大的结构变形，影响铆接精度，因而有必要对压铆设备的受力变形补偿进行研究。目前常用的铆接控制模式主要有两种，即位移控制模式和力控制模式。位移控制模式下，铆接效率高，但由于设备不同位置的受力变形差异导致墩粗端一致性较差；力控制模式下，由于铆接力与镦头直径成对应关系，墩粗端一致性较好，但铆接效率较位移控制模式下大幅下降，并且铆接过程中会由于机床变形引起工件变形。

因此，有必要提供一种高效率、高质量、适应性强的用于高精度伺服压铆设备的受力变形在线补偿办法，该办法使铆接过程即具备位移控制模式的效率，又具备力控制模式的精度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提高铆接精度和铆接效率、减少工件变形的高精度伺服压铆设备的受力变形补偿办法，以解决上述背景技术中提出的问题。

根据本发明提供的一种用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，包括步骤：

S1、在设定的压铆力作用下铆接第一列铆钉，同时采集每个铆钉在铆接过程中铆接力的实时数值和铆缸推杆的实时位移数据，两者整合处理后得到铆接过程中的“铆接力-铆缸推杆位移”数据；

S2、对“铆接力-铆缸推杆位移”数据中的特征点进行识别，特征点包括：铆接起始点、铆接力峰值点和铆接终止点，通过计算得到压铆过程中铆钉两侧的机床变形量，即采用位移控制模式时铆出合格铆钉所需的铆钉两侧铆缸推杆位移的补偿量；

S3、采用位移控制模式对剩余列铆钉进行铆接，铆接前调用第一列铆钉中在工件高度方向上与当前铆钉位置最接近的铆钉的位移补偿量，作为当前铆钉铆接时的铆缸推杆位移补偿量进行补偿。

优选的，步骤S2中的所述位移补偿量包括铆钉钉帽侧铆缸推杆位移补偿量和铆钉墩粗端铆缸推杆位移补偿量。

优选的，步骤S3为：

采用位移控制模式对剩余列铆钉进行铆接，铆接时调用第一列铆钉中在工件高度方向上与当前铆钉位置最接近的铆钉的钉帽侧铆缸推杆位移补偿量和墩粗端铆缸推杆位移补偿量，作为当前铆钉的钉帽侧铆缸推杆位移补偿量和墩粗端铆缸推杆位移补偿量进行补偿。

优选的，由于被铆对象的变形抗力与铆接力相比可忽略不计，铆钉两侧的机床变形量可认为近似相等，即铆钉钉帽侧铆缸推杆位移补偿量ΔP与铆钉墩粗端铆缸推杆位移补偿量ΔP′相等，计算包括：

式中，P_endP_max为“铆接力-铆缸推杆位移”数据中铆接终止点到铆接力峰值点的位移之差，Δs为铆接接头沿铆钉轴线方向的总回弹量，F为最大铆接力，t₁为蒙皮厚度，t₂为桁条厚度，E₁为蒙皮弹性模量，E₂为桁条弹性模量，E₃为铆钉变形前弹性模量，d为墩粗端直径，d₃为孔内铆钉变形后的直径，v₃为铆钉材料的泊松比，h为铆钉墩粗端高度，S为铆钉墩粗端成型过程中的最大正应力。

优选的，该方法还可用于检测铆钉墩粗端高度：

h＝l-(t₁+t₂)-(P_endP_start)

式中，h为铆钉镦头高度，l为铆钉钉杆长度，P_endP_start为“铆接力-铆缸推杆位移”数据中铆接终止点到铆接起始点的位移之差，即铆钉挤压变形量。

优选的，步骤S2中，对铆接起始点的识别包括：从P_start点开始连续多个数据点的铆接力值均大于之前所有数据点的平均值，则P_start点为铆接起始点。

优选的，步骤S2中，对铆接终止点的识别包括：从P_end点开始连续多个数据点的铆接力值均小于之前所有数据点的平均值，则P_end点为铆接终止点。

优选的，步骤S2中，对铆接力峰值点的识别包括：铆接力最大的数据点P_max点。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明具有铆接精度高、铆接效率高、工件变形小和适应性强等优点，为高精度伺服压力铆接提供了保证。该力变形补偿方法与铆接设备的数控系统集成，在线测量第一列铆钉的“铆接力-铆缸推杆位移”数据，通过计算得到铆接设备的受力变形量，无需暂停加工，即可对剩余列铆钉的高精度铆接进行铆缸推杆位移补偿，尤其适用于铆接点数量较多的大尺寸航空薄壁件的高精度铆接。此外，由于该方法基于在线“铆接力-铆缸推杆位移”数据分析，所以还可以实现对每个铆接点墩粗端高度的在线检测。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例的工件示意图；

图2为“铆接力-铆缸推杆位移”数据点的特征点识别示意图；

图3为本发明实施例的受力变形在线补偿方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，它包括以下步骤：

1)采用具备力采集与力闭环控制模块的铆缸，在设定压铆力作用下铆接第一列铆钉，同时采集每个铆钉在铆接过程中铆缸上力传感器的数值和铆缸推杆的实时位移数据。两者整合处理后，得到铆接过程中的“铆接力-铆缸推杆位移”数据，如图2中的原始数据所示。

2)实例工件如图1所示，采用力闭环控制模式铆接工件上第一列铆钉，即图1中A1～An铆钉，同时采集每个铆钉在铆接过程中的“铆接力-铆缸推杆位移”数据。采用高精度高效率的算法对“铆接力-铆缸推杆位移”数据的特征点进行识别，主要包括：铆接起始点A、峰值点B和终止点C，如图2所示。其中对铆接起始点A的识别算法原理是当从P_start点开始自左向右连续10个数据点的铆接力值均超过前序平均值时，即认为P_start点为铆接起始点A。对铆接终止点C的识别与A点相似，从P_end点开始自左向右连续10个数据点的铆接力值均小于之前所有数据点的平均值，则认为P_end点为铆接终止点。铆接力峰值点B为铆接力最大的数据点，记作P_max。通过理论计算与公式推导，得出铆接过程中铆钉两侧的机床变形量，即位移控制模式下铆出合格铆钉所需的两侧铆缸推杆位移补偿量ΔP和ΔP'。由于被铆对象的变形抗力与铆接力相比可忽略不计，铆钉两侧的机床铆接变形量可认为近似相等，故认为ΔP＝ΔP'，计算公式如公式(1)和公式(2)所示。

式中：ΔP为铆钉钉帽侧铆缸推杆位移补偿量，ΔP′为铆钉墩粗端铆缸推杆位移补偿量，P_endP_max为“铆接力-铆缸推杆位移”数据点中特征点C点到B点的位移之差，Δs为铆接点沿铆钉轴线方向的总回弹量，F为最大铆接力，t₁为蒙皮厚度，t₂为桁条厚度，E₁为蒙皮弹性模量，E₂为桁条弹性模量，E₃为铆钉变形前弹性模量，d为墩粗端直径，d₃为孔内铆钉变形后的直径，v₃为铆钉材料的泊松比，h为铆钉墩粗端高度，S为铆钉墩粗端成型过程中的最大正应力。

3)对B列～L列的待铆铆钉进行铆接，铆接模式采用效率较高的位移控制模式。铆接时，调用第一列中在工件高度方向上与当前铆钉位置最接近的铆钉的位移补偿量ΔP和ΔP′值，分别作为当前铆钉钉帽侧铆缸推杆、墩粗端铆缸推杆的位移补偿值进行补偿，例如铆接B_i铆钉时采用从A_i铆钉得到的ΔP_i和ΔP′_i补偿值进行补偿，进而完成补偿机床变形后的高精度铆接，同时避免铆接过程中由于机床变形引起的工件变形。

此外，通过步骤2)所述方法识别的特征点，还可用于所有铆钉墩粗端高度的在线检测。算法公式如公式(3)所示。

h＝l-(t₁+t₂)-(P_endP_start) (3)

式中：h为铆钉镦头高度，l为铆钉钉杆长度，P_endP_start为“铆接力-铆缸推杆位移”数据中铆接终止点到铆接起始点的位移之差，即铆钉挤压变形量。

本发明不需要预先标定机床，可在铆接过程中在线测量和补偿机床变形，应用该补偿方法的铆接设备具有铆接精度高、铆接效率高和铆接对象变形小等优点，同时还可兼容对每个铆钉墩粗端高度的在线检测功能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，其特征在于，包括步骤：

S1、在设定的压铆力作用下铆接第一列铆钉，同时采集每个铆钉在铆接过程中铆接力的实时数值和铆缸推杆的实时位移数据，两者整合处理后得到铆接过程中的“铆接力-铆缸推杆位移”数据；

S2、对“铆接力-铆缸推杆位移”数据中的特征点进行识别，特征点包括：铆接起始点、铆接力峰值点和铆接终止点，通过计算得到压铆过程中铆钉两侧的机床变形量，即采用位移控制模式时铆出合格铆钉所需的铆钉两侧铆缸推杆位移的补偿量；

S3、采用位移控制模式对剩余列铆钉进行铆接，铆接前调用第一列铆钉中在工件高度方向上与当前铆钉位置最接近的铆钉的位移补偿量，作为当前铆钉铆接时的铆缸推杆位移补偿量进行补偿。

2.根据权利要求1所述的用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，其特征在于，步骤S2中的所述位移补偿量包括铆钉钉帽侧铆缸推杆位移补偿量和铆钉墩粗端铆缸推杆位移补偿量。

3.根据权利要求1所述的用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，其特征在于，步骤S3为：

采用位移控制模式对剩余列铆钉进行铆接，铆接时调用第一列铆钉中在工件高度方向上与当前铆钉位置接近的铆钉的钉帽侧铆缸推杆位移补偿量和墩粗端铆缸推杆位移补偿量，作为当前铆钉的钉帽侧铆缸推杆位移补偿量和墩粗端铆缸推杆位移补偿量进行补偿。

4.根据权利要求1所述的用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，其特征在于，由于被铆对象的变形抗力与铆接力相比可忽略不计，铆钉两侧的机床变形量可认为近似相等，即铆钉钉帽侧铆缸推杆位移补偿量ΔP与铆钉墩粗端铆缸推杆位移补偿量ΔP′相等，计算包括：

式中，P_endP_max为“铆接力-铆缸推杆位移”数据中铆接终止点到铆接力峰值点的位移之差，Δs为铆接接头沿铆钉轴线方向的总回弹量，F为最大铆接力，t₁为蒙皮厚度，t₂为桁条厚度，E₁为蒙皮弹性模量，E₂为桁条弹性模量，E₃为铆钉变形前弹性模量，d为墩粗端直径，d₃为孔内铆钉变形后的直径，v₃为铆钉材料的泊松比，h为铆钉墩粗端高度，S为铆钉墩粗端成型过程中的最大正应力。

5.根据权利要求4所述的用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，其特征在于，该方法还可用于检测铆钉墩粗端高度：

h＝l-(t₁+t₂)-(P_endP_start)

式中，h为铆钉镦头高度，l为铆钉钉杆长度，P_endP_start为“铆接力-铆缸推杆位移”数据中铆接终止点到铆接起始点的位移之差，即铆钉挤压变形量。

6.根据权利要求1所述的用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，其特征在于，步骤S2中，对铆接起始点的识别包括：从P_start点开始连续多个数据点的铆接力值均大于之前所有数据点的平均值，则P_start点为铆接起始点。

7.根据权利要求1所述的用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，其特征在于，步骤S2中，对铆接终止点的识别包括：从P_end点开始连续多个数据点的铆接力值均小于之前所有数据点的平均值，则P_end点为铆接终止点。

8.根据权利要求1所述的用于伺服压铆设备的受力变形在线补偿方法，其特征在于，步骤S2中，对铆接力峰值点的识别包括：铆接力最大的数据点P_max点。