CN112974975A - 航空管路系统导管端部余料自动切割设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种航空管路系统导管端部余料自动切割设备及方法，通过在感测设备辅助下，机体(6)上安装管端精密切割系统，包括测量及精修机构(1)、控制机构(2)、定位机构(3)、锯切机构(4)和排废料机构(5)；在有限紧凑空间的机体内创新布置，使之同时满足各机构交错进给便捷，互不干涉，排废顺畅，以数字化通讯系统将目前金属导管传统的管件夹固定位、工具选择、锯切工艺、端面精修工艺及精密切割设备与测量设备进行整合；大幅度优化设备系统人机工程，切割值输入和启动确认后，自动完成完整工序，显著提升成型管路的端部直线段定长切割的效率和精度；生产节拍由以前的10mins减少到3mins；切割精度可以达到+/‑0.025mm，有利于提高研发生产效率，降低成本，提高飞机的经济性。

Description

航空管路系统导管端部余料自动切割设备及方法
技术领域
本发明涉及航空管路设备加工技术，属于IPC分类中的B23D剪切、锯或刮削类用切除材料方式对金属加工的类似操作技术，尤其是航空管路系统导管端部余料自动切割设备及方法。
背景技术
航空管路系统价值量约占整机价格的5％左右，航空管路系统庞大复杂，在航空航天领域对介质流路中阀门的外泄漏要求非常严格，特殊介质泄漏的后果十分惨重。
根据专业机构对1300次重大航空事故原因的统计，由机械故障导致的重大航空事故占22％之多。航空管路系统是机械故障的高发领域。2012年12月，由于油箱管路接头可能存在隐患，FAA要求航空公司对所有波音787飞机进行停飞检查；2013年1月，由于管路质量不合格导致出现油压管路故障，25架F-35B飞机因此停飞。
航空管路系统由飞行器所有系统中的主要包括导管和管路件管路子系统组成，航空管路系统与燃油、液压等其他系统在导管、管路件等组成要素上的高度交叉重合性，航空管路系统在飞行器中的机头、机身还是机尾、机翼都普遍存在。
为确保装配稳定性及避免管路装配干涉，对航空管件的形状及管端轴向尺寸要求非常高。虽然，航空管路系统追求严格的安全可靠性，但是，由于现有的航空管路系统分散复杂的供应体系，进一步提高实现的难度，使得提高和保证包括航空管路系统导管端加工等环节的品质成为不得不选择的可行路径。管路加工过程中必须严格控制管件的管身形状精度和管端尺寸精度。
现有技术中，有关管端加工技术的新技术时有公开。
例如，中国专利申请201580079348.7涉及用于对管端进行形状切割的方法和设备。将冲压工具(3、4)的弧形切割器(4)插入管道(1)的端部中，以将其穿到弧形切割器的平面中的管道(1)的壁中。然后，将冲压工具在与管道(1)的中心轴(C)垂直的方向上移位，由此，弧形切割器(4)在从管道内部向外移动的同时切掉与其形状匹配的片段。从管端抽出冲压工具(3、4)，将冲压工具旋转180°，将其重新插入管端中并且冲压工具(3、4)在与管道的中心轴(C)垂直并且与之前移位方向相反的方向上移位，从而能够从管端切掉与弧形切割器(4)的形状匹配的第二片段。
现有技术中,管身形状精度通过弯管设备本身和弯管模具保证，而管端尺寸精度因弯管机定位精度及原材料尺寸公差问题却不能保证，所以，需要经过弯管后的精密切割才能达到要求的精度。
现有技术中，弯管后端部切割，需要执行的动作步骤如下：
1)根据测量机测出的管端余量实际值，使用高度规手工在管端划线，标记出可目视的端部余量长度；
2)使用不同切割机，按照目视的划线位置，留出精修余量，将端部主尾料部分切除；
3)使用平端面机器，将管端精修至划线位置；
4)使用测量机重新测量，检查管端尺寸实际值。
目前的切割技术及切割设备对于异形管的切割满足度很低。
现有的上述传统的端部余量切割方式，不只是由于全手工作业，工效低，遇到直径大，端部尺寸长的管路时，切割效率更低。而需要划线、目视对线切割及目视对线精修三个单独工位共同完成长作业流程，切割效果差，经常会出现过切而报废产品的情况；各工位均存在误差，目前最精密的金属管道传统切割技术只能达到+/-0.1mm，而且以目前的技术条件，在保证同等切割质量的条件下，而且，需要至少2台机器才能实现，三各工位之间基本上没有较好衔接协调；另一方面，因为不同金属材质管材需要不同的切割转速，这就需要切换不同设备使用不同转速才能实现对不同材质导管切割。
改进技术试图通过以自动化设备系统以提升三个工位的协调，而现有技术对划线、对线切割及对线精修协调整合无任何技术启示，以上缺陷使得现有技术存在问题异常突出。
发明内容
本发明的目的是提供航空管路系统导管端部余料自动切割设备及方法，切割值输入和启动确认后，自动完成整合的划线、粗切和精修完整工序，便捷得到精确度可达到+/-0.025mm的管端长度值。
本发明的目的将通过以下技术措施来实现：一种航空管路系统导管端部余料自动切割设备，机体上安装管端精密切割系统，管端精密切割系统由五部分组成，即测量及精修机构、控制机构、定位机构、锯切机构和排废料机构；机体前侧顶部一侧竖立安装定位机构，定位机构中包括管夹，废料机构包括废料箱，废料箱安装在定位机构下侧；测量及精修机构安装在机体前上侧中部，测量及精修机构在朝向定位机构的一端安装平端面刀和对刀仪；控制机构安装在机体顶部或外壁上；定位机构下侧安装锯切机构，锯切机构顶部安装锯片。确定升降工作的锯切机构设置在管件下方，集成感测设备和精修刀具的测量及精修机构同轴设置在管件的待加工管端前方，而且，保证在精修作业同时感测设备同步工作精确控制管端精修余量；在这一过程中，排废料机构确保及时清除导出切割废料到废料箱。
尤其是，一种航空管路系统导管端部余料自动切割方法，包括：
1)将待切割管件对应规格的管夹安装到机体上；
2)在控制机构的人机界面中输入需要精确切割的数值，并确认，管夹31定位块自动移动至指定位置；
3)定位机构退回，锯切机构升起，锯片将管端余料切除；
4)测量及精修机构的对刀仪对管端锯切尺寸进行测量，并将确切值发送给控制机构设备PLC；
5)测量及精修机构的平端面刀，按照控制机构的PLC指令对管端进行精修，最终达到需求长度。
尤其是，所述控制机构包括触控板、显示屏以及主处理器、存储器和通讯设备。
尤其是，所述测量及精修机构还包括安装在机体内部的照相探头。
尤其是，所述测量及精修机构还包括修边刀具。
尤其是，所述测量及精修机构底部安装三维滑动机构。
尤其是，所述测量及精修机构上对刀仪安装在平端面刀旁边。
尤其是，所述废料机构还包括接废料挡板，接废料挡板安装在定位机构内侧即废料箱上方。
尤其是，机体底部安装脚踏开关，同时在机体顶部安装指示灯；机体上安装气泵驱动机构以及气动传动系统。
尤其是，生产中的工序如下：
第一步，读取工单信息，拿取对应管件；
第二部，更换对应的管夹，或者，更换对应平端面刀，或者更换对应的锯片；
第三步，自动确认管夹和平端面刀正确性，正确则进入下一步：不正确则更换正确的管夹，或者，平端面刀；
第四步，扫码读取切割长度，扫工单号码即可跳出A、B端长度；在控制机构的触控板的录入界面HMI中输入A、B端长度；
第五步，平端面刀自动移动至定位位置；
第六步，在管夹中插入管件，与平端面刀贴齐踩下脚踏开关，驱动管夹夹紧管件；
第七步，伺服驱动对刀仪，测量管件直径的点A和点B取平均值得到管端长度；
第八步，对刀仪退回，接废料挡板伸出，锯切机构工作，对管件进行粗切；
第九步，接废料挡板退回，切割废料导出至废料箱；
第十步，平端面刀轴向进给，平端面旋转，将管件管端精修至需求尺寸；每30件，首件确认收件检测管端尺寸；确认则进入下一步，否则通知处理；
第十一步，所有伺服轴返回原点；
第十二步，确认管件外观；确认则进入下一循环第一步；否则通知处理。
本发明的优点和效果：大幅度优化设备系统人机工程，显著提升成型管路的端部直线段定长切割的效率和精度；将划线、粗切、精切动作整合为一个完整工位上，生产节拍由以前的10mins减少到3mins；切割精度可以达到+/-0.025mm，满足高航空管路端部长度的高精度要求，切割端面质量尤其是切割垂直度极佳。有利于提高研发生产效率，降低成本，提高飞机的经济性，符合航空设备管路集约专业化发展形势。
附图说明
图1为本发明实施例1中刀头和管夹夹块安装到机体上示意图。
图2、3为本发明实施例1中管夹定位块自动移动至指定位置示意图。
图4为本发明实施例1中管件管端余料切除时定位机构和锯切机构示意图。
图5为本发明实施例1中对刀仪对管端锯切尺寸进行测量示意图。
图6为本发明实施例1中平端面刀对管端精修示意图。
图7为本发明实施例1中切割定位机构移动示意图。
图8为本发明实施例中余料切割示意图。
图9为本发明实施例中设备外观示意图。
图10为本发明实施例中主要操作过程示意图。
附图标记包括：
1-测量及精修机构；2-控制机构；3-定位机构；4-锯切机构；5-排废料机构；6-机体、7-管件；11-平端面刀、12-对刀仪、31-管夹、41-锯片、51-接废料挡板、52-废料箱、61-脚踏开关、62-指示灯、71-管端。
具体实施方式
本发明原理在于，将现有三个以上工位的加工处理机构集成设置在机体内，而且，设置待加工管件7的待处理管端71开口机体7内侧固定，以利于加工工位封闭运行，便于工位间的配合，以及切割和精修废料收集下排。通过在感测设备辅助下，在有限紧凑空间的机体内创新布置测量及精修机构1、控制机构2、定位机构3、锯切机构4以及排废料机构5，使之同时满足各机构交错进给便捷，互不干涉，排废顺畅，以数字化通讯系统将目前金属导管传统的管件7夹固定位、工具选择、锯切工艺、端面精修工艺及精密切割设备与测量设备进行整合；确定升降工作的锯切机构4设置在管件7下方，集成感测设备和精修刀具的测量及精修机构1同轴设置在管件7的待加工管端71前方，而且，保证在精修作业同时感测设备同步工作精确控制管端71精修余量；在这一过程中，排废料机构5的接废料挡板51确保及时清除导出切割废料到废料箱52，避免污染工作区域。
本发明与现有技术之间的显著区别还在于：
1)适应各种空间形状异形管的切割；
2)控制切割轴向机加工精度，不低于+/-0.025mm级别切割效果；
3)单台设备即可切割钢、铝、钛合金和其他高硬质合金等不同材质导管；
4)实现快速及精细化切割，将原有的切割效率及切割质量提升3倍以上。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：机体6上安装管端精密切割系统。管端精密切割系统由五部分组成，即测量及精修机构1、控制机构2、定位机构3、锯切机构4和排废料机构5；机体7前侧顶部一侧竖立安装定位机构3，定位机构3中包括管夹31，废料机构5包括废料箱52，废料箱52安装在定位机构3下侧；测量及精修机构1安装在机体7前上侧中部，测量及精修机构1在朝向定位机构3的一端安装平端面刀11和对刀仪12；控制机构2安装在机体7顶部或外壁上；定位机构3下侧安装锯切机构4，锯切机构4顶部安装锯片41。
所述控制机构2包括触控板、显示屏以及主处理器、存储器和通讯设备；
所述测量及精修机构1还包括安装在机体7内部的照相探头；
所述测量及精修机构1还包括修边刀具；
所述测量及精修机构1底部安装三维滑动机构；
所述测量及精修机构1上对刀仪12安装在平端面刀11旁边；
所述废料机构5还包括接废料挡板51，接废料挡板51安装在定位机构3内侧即废料箱52上方。
如附图1所示，将待切割管件7对应规格的管夹31安装到机体6上。
如附图2、3所示，在控制机构2的人机界面中输入需要精确切割的数值，并确认，管夹31定位块自动移动至指定位置。
如附图4所示，定位机构3退回，锯切机构4升起，锯片41将管端71余料切除。
如附图5所示，测量及精修机构1的对刀仪12对管端71锯切尺寸进行测量，并将确切值发送给控制机构2设备PLC。
如附图6所示，测量及精修机构1的平端面刀13，按照控制机构2的PLC指令对管端71进行精修，最终达到需求长度。
本发明实施例中，可对弯管成形后的金属管路进行端部直线段精确切割，切割轴向精度+/0.03mm以内，端面垂直度+/-0.5°。
本发明实施例中，在控制机构2设置待切割管件7切割信息，包含管径、材料、待切割长度等信息。
本发明实施例中，如附图8所示，对于各种形状的管件7，管件7的A、B端适合切割精修管端71尺寸为0.5-20inch。
本发明实施例中，如附图9所示，机体6底部安装脚踏开关61，同时在机体6顶部安装指示灯62。机体6上安装气泵驱动机构以及气动传动系统。
本发明实施例中，生产中的工序如附图10所示：
第一步，读取工单信息，拿取对应管件7；
第二部，更换对应的管夹31，或者，更换对应平端面刀11，或者更换对应的锯片41；
第三步，自动确认管夹31和平端面刀11正确性，正确则进入下一步：不正确则更换正确的管夹31，或者，平端面刀11；
第四步，扫码读取切割长度，扫工单号码即可跳出A、B端长度；在控制机构2的触控板的录入界面HMI中输入A、B端长度；
第五步，平端面刀11自动移动至定位位置；
第六步，在管夹31中插入管件7，与平端面刀11贴齐踩下脚踏开关，驱动管夹31夹紧管件7；
第七步，伺服驱动对刀仪12，测量管件7直径的点A和点B取平均值得到管端71长度；
第八步，对刀仪12退回，接废料挡板51伸出，锯切机构4工作，对管件7进行粗切；
第九步，接废料挡板51退回，切割废料导出至废料箱；
第十步，平端面刀轴向进给，平端面旋转，将管件管端精修至需求尺寸；每30件，首件确认收件检测管端尺寸；确认则进入下一步，否则通知处理；
第十一步，所有伺服轴返回原点；
第十二步，确认管件7外观；确认则进入下一循环第一步；否则通知处理。
本发明实施例中，可以根据设备设计功能，设定全自动或人机协作机型；即全自动机型，设置平端面刀11、管夹31和锯片41备件库以及自动选择和更换机构，在将加工参数输入到控制机构2后，对固定在管夹31中安装定位待加工管件7后，由设备自动完成作业；人机协作机型，设置操作人员辅助控制开关，这样可以大幅度简省控制系统造价成本，也能较高工效的完成作业。

Claims (10)

1.一种航空管路系统导管端部余料自动切割设备，其特征在于，机体(6)上安装管端精密切割系统，管端精密切割系统由五部分组成，即测量及精修机构(1)、控制机构(2)、定位机构(3)、锯切机构(4)和排废料机构(5)；机体(7)前侧顶部一侧竖立安装定位机构(3)，定位机构(3)中包括管夹(31)，废料机构(5)包括废料箱(52)，废料箱(52)安装在定位机构(3)下侧；测量及精修机构(1)安装在机体(7)前上侧中部，测量及精修机构(1)在朝向定位机构(3)的一端安装平端面刀(11)和对刀仪(12)；控制机构(2)安装在机体(7)顶部或外壁上；定位机构(3)下侧安装锯切机构(4)，锯切机构(4)顶部安装锯片(41)；确定升降工作的锯切机构(4)设置在管件(7)下方，集成感测设备和精修刀具的测量及精修机构(1)同轴设置在管件(7)的待加工管端(71)前方，而且，保证在精修作业同时感测设备同步工作精确控制管端(71)精修余量；在这一过程中，排废料机构(5)确保及时清除导出切割废料到废料箱(52)。
2.一种航空管路系统导管端部余料自动切割方法，其特征在于，包括：
1)将待切割管件(7)对应规格的管夹(31)安装到机体(6)上；
2)在控制机构(2)的人机界面中输入需要精确切割的数值，并确认，管夹(31)定位块自动移动至指定位置；
3)定位机构(3)退回，锯切机构(4)升起，锯片(41)将管端(71)余料切除；
4)测量及精修机构(1)的对刀仪(12)对管端(71)锯切尺寸进行测量，并将确切值发送给控制机构(2)设备PLC；
5)测量及精修机构(1)的平端面刀(13)，按照控制机构(2)的PLC指令对管端(71)进行精修，最终达到需求长度。
3.如权利要求1所述的航空管路系统导管端部余料自动切割设备，其特征在于，所述控制机构(2)包括触控板、显示屏以及主处理器、存储器和通讯设备。
4.如权利要求1所述的航空管路系统导管端部余料自动切割设备，其特征在于，所述测量及精修机构(1)还包括安装在机体(7)内部的照相探头。
5.如权利要求1所述的航空管路系统导管端部余料自动切割设备，其特征在于，所述测量及精修机构(1)还包括修边刀具。
6.如权利要求1所述的航空管路系统导管端部余料自动切割设备，其特征在于，所述测量及精修机构(1)底部安装三维滑动机构。
7.如权利要求1所述的航空管路系统导管端部余料自动切割设备，其特征在于，所述测量及精修机构(1)上对刀仪(12)安装在平端面刀(11)旁边。
8.如权利要求1所述的航空管路系统导管端部余料自动切割设备，其特征在于，所述废料机构(5)还包括接废料挡板(51)，接废料挡板(51)安装在定位机构(3)内侧即废料箱(52)上方。
9.如权利要求1所述的航空管路系统导管端部余料自动切割设备，其特征在于，机体(6)底部安装脚踏开关(61)，同时在机体(6)顶部安装指示灯(62)；机体(6)上安装气泵驱动机构以及气动传动系统。
10.如权利要求2所述的航空管路系统导管端部余料自动切割方法，其特征在于，生产中的工序如下：
第一步，读取工单信息，拿取对应管件(7)；
第二部，更换对应的管夹(31)，或者，更换对应平端面刀(11)，或者更换对应的锯片(41)；
第三步，自动确认管夹(31)和平端面刀(11)正确性，正确则进入下一步：不正确则更换正确的管夹(31)，或者，平端面刀(11)；
第四步，扫码读取切割长度，扫工单号码即可跳出A、B端长度；在控制机构(2)的录入界面触控板的HMI中输入A、B端长度；
第五步，平端面刀(11)自动移动至定位位置；
第六步，在管夹(31)中插入管件(7)，与平端面刀(11)贴齐踩下脚踏开关，驱动管夹31夹紧管件(7)；
第七步，伺服驱动对刀仪(12)，测量管件(7)直径的点A和点B取平均值得到管端(71)长度；
第八步，对刀仪(12)退回，接废料挡板(51)伸出，锯切机构(4)工作，对管件(7)进行粗切；
第九步，接废料挡板(51)退回，切割废料导出至废料箱；
第十步，平端面刀轴向进给，平端面旋转，将管件管端精修至需求尺寸；每30件，首件确认收件检测管端尺寸；确认则进入下一步，否则通知处理；
第十一步，所有伺服轴返回原点；
第十二步，确认管件(7)外观；确认则进入下一循环第一步；否则通知处理。
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