◎張爽

現(xiàn)階段國內(nèi)許多飛機(jī)制造公司，在進(jìn)行蒙皮鈑金工件的工裝設(shè)計(jì)和加工制作時(shí)，還是以模線樣板和標(biāo)準(zhǔn)樣件等方法為主，在加工中使用輔助剛性工裝。雖然制作出來的工件也可以滿足使用需求，但是由于一套工裝只能適用于一種工件，具有適應(yīng)性不強(qiáng)、生產(chǎn)成本高、制作周期長等問題。在工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)字化發(fā)展背景下，本文提出了一種蒙皮鈑金工件高速切邊、鉆銑加工的吸盤式柔性工裝設(shè)計(jì)方案。從實(shí)際應(yīng)用效果來看，有精度高、成本低、速度快等特點(diǎn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

引言：蒙皮既是飛機(jī)氣動(dòng)外形的重要組成，同時(shí)由于其形狀與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，曲率與尺寸變化大等特點(diǎn)，也成為了工裝設(shè)計(jì)和加工制造的難點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)蒙皮鈑金工件的自動(dòng)化、高精度設(shè)計(jì)，成為現(xiàn)階段飛機(jī)制造公司技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。目前，國內(nèi)幾家大型航空制造公司已經(jīng)著手開始蒙皮鈑金件的自動(dòng)化工裝設(shè)計(jì)，但是仍然處于試點(diǎn)階段，并且從試點(diǎn)情況來看，在工件精度、加工穩(wěn)定性等方面還存在不足?；诖耍疚木兔善もk金工件銑切吸盤式柔性工作設(shè)計(jì)的基本原理和核心要點(diǎn)進(jìn)行了簡要分析。

一、設(shè)計(jì)原理

吸盤式柔性工裝包含了若干個(gè)真空吸盤，并且按照一定順序排列組合形成具有較強(qiáng)吸力的吸盤陣列。需要進(jìn)行工件定位時(shí)，需要將工件放置在指定位置，然后將該工裝上水平方向上的2個(gè)定位銷打開，將工件固定住。此時(shí)，由控制臺調(diào)節(jié)掃描設(shè)備，完成對工件形狀、尺寸等各項(xiàng)參數(shù)的掃描、獲取，然后將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺處理，在計(jì)算機(jī)中得到一個(gè)三維模型。以該模型作為參照，調(diào)用控制指令對吸盤進(jìn)行仿形三維排列，排列方式與蒙皮工件表面完全契合，從而實(shí)現(xiàn)了全面貼合和牢牢固定。完成該工件的加工后，如果下一個(gè)工件在形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)上存在差異，則根據(jù)新工件的三維模型和數(shù)據(jù)參數(shù)，自動(dòng)重新調(diào)整柔性工裝的吸盤陣列，從而使新工件與吸盤也可以無縫貼合，完成加工。

二、工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該套工裝主要包括支架床身、移動(dòng)橫梁、Y、Z方向可數(shù)控調(diào)整的可調(diào)立柱、以及可以在空間轉(zhuǎn)動(dòng)45°的真空吸盤、真空吸附系統(tǒng)等。其中，支架床身由本體、齒條、線性滑軌等組成，長度達(dá)到8000mm；可移動(dòng)橫梁分別由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用雙齒條保證橫梁同步，左右各一條線性滑軌導(dǎo)向；可調(diào)立柱由真空吸盤、直線軸承、調(diào)形機(jī)構(gòu)、線性滑軌組成，其Y向移動(dòng)由伺服電機(jī)加減速器驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式為齒輪齒條，Z向移動(dòng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，Y、Z方向分別安裝限位開關(guān)及零點(diǎn)開關(guān)。

三、主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)

1.底座部分。

考慮到在蒙皮加工中精度要求較高，安裝時(shí)在X方向留出足夠的調(diào)整余量，因此底座設(shè)計(jì)成可以對各個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的分體式，根據(jù)常見蒙皮尺寸，確定X向長度為7000mm。在保證底座牢固的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量提升底座結(jié)構(gòu)的整體性，減少通過焊接或是螺栓固定等方式進(jìn)行底座裝配，這也有利于提高工裝組件正常使用時(shí)的穩(wěn)定性，避免因?yàn)榈鬃焕喂?、工裝夾持不緊，而影響到工件的加工精度。

2.、移動(dòng)橫梁部分。

移動(dòng)橫梁作為該套工裝中主要的動(dòng)力裝置，對運(yùn)動(dòng)精度有著極為嚴(yán)格的要求。同時(shí)，結(jié)合移動(dòng)橫梁的運(yùn)行原理，定位精度與運(yùn)動(dòng)精度有明顯的影響，因此在設(shè)計(jì)移動(dòng)橫梁時(shí)，必須要同時(shí)考慮定位精度與運(yùn)動(dòng)精度兩方面的內(nèi)容。以伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，在伺服電機(jī)的兩側(cè)各有一條直線導(dǎo)軌滑塊，當(dāng)伺服電機(jī)啟動(dòng)后，通過齒輪、齒條帶動(dòng)導(dǎo)軌上的滑塊進(jìn)行定向移動(dòng)。移動(dòng)橫梁由多個(gè)子模塊組成的，各個(gè)模塊之間采用焊接的方式連接形成。

3.釘柱部分。

釘柱主要發(fā)揮真空吸盤的支撐作用，另外為了保證支撐效果，釘柱與真空吸盤接觸部位，還采取了防塵、防潮設(shè)計(jì)。每個(gè)移動(dòng)橫梁上放置7個(gè)釘柱，可根蒙皮形狀自適應(yīng)排列，并可根據(jù)蒙皮特殊位置進(jìn)行人工干預(yù)調(diào)整，達(dá)到裝夾的要求。釘柱安裝在橫梁上，隨橫梁進(jìn)行移動(dòng)，釘柱箱體中放置兩臺伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)釘柱沿橫梁進(jìn)行水平及沿垂直移動(dòng)。考慮到柔性夾持工裝對定位精度要求極高，因此釘柱部分與移動(dòng)橫梁部分一樣，也是采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但是在具體的連接結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式上，又存在不同。例如釘柱部分的伺服電機(jī)，通過滾珠絲杠與真空吸盤相連。這樣在釘柱做定向移動(dòng)時(shí)，利用滾珠絲杠可以實(shí)現(xiàn)對真空吸盤的高速進(jìn)給和低速微調(diào)，進(jìn)一步提高了實(shí)用性。

4.萬向吸盤部分。

萬向吸盤必須具有良好的氣密性，這樣才可以通過真空負(fù)壓的形式，讓吸盤與蒙皮鈑金工件表面牢牢吸附。另外，萬向吸盤是由密集分布的若干個(gè)微小真空吸盤組合而成，這就保證了即便是蒙皮鈑金工件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也能夠讓微小吸盤與工件曲面完美貼合，對于進(jìn)一步提高固定效果有較好的幫助。除此之外，還要求吸盤具有萬向轉(zhuǎn)動(dòng)能力，可以滿足吸盤能夠在一定范圍內(nèi)自動(dòng)適應(yīng)蒙皮工件的空間三維曲率變化，吸盤方向回轉(zhuǎn)的角度一般設(shè)計(jì)在45°左右，且能夠保證吸盤定位中心點(diǎn)位置不變，以保證零件表面輪廓的準(zhǔn)確定位。

5.真空吸附系統(tǒng)。

該部分的組成結(jié)構(gòu)為：真空吸盤、過濾器、防脫落閥、電磁換向閥、真空發(fā)生系統(tǒng)等元器件組成。從整體結(jié)構(gòu)上來看，真空吸附系統(tǒng)在吸盤的下方，與吸盤末端固定。為了保證吸附效果和加強(qiáng)外部保護(hù)，將其置于釘柱的中空部位。真空吸盤的前端連接過濾器，可以將空氣中的一些雜質(zhì)（如金屬屑等）過濾掉，避免釘柱內(nèi)部出現(xiàn)雜質(zhì)堆積和堵塞。吸盤管路中設(shè)置有高靈敏度的壓力傳感器，在真空吸附系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以通過壓力傳感器同步感知并傳遞壓力信號，以便于控制系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)真空負(fù)壓。這樣就可以靈活的調(diào)節(jié)壓力大小，從而讓工裝的夾緊力大小適中，既不會因?yàn)楣潭ú焕?，出現(xiàn)工件松動(dòng)而影響加工精度的問題，同時(shí)又避免了夾緊力過大而讓工件變形的情況。

結(jié)語：蒙皮鈑金工件對于加工精度的高要求，以及本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，決定了蒙皮鈑金工件加工、制造一直以來都是飛機(jī)制造中的難點(diǎn)。本文介紹的這種吸盤式柔性工裝設(shè)計(jì)，采用萬向真空吸盤可以實(shí)現(xiàn)對工件的全面包裹，同時(shí)又能夠采用電氣化控制，靈活調(diào)整夾緊力，為下一步的工件加工創(chuàng)造了良好條件。在蒙皮鈑金工件的裁邊、鉆孔、銑切等常規(guī)加工中，均表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果，在實(shí)用效果、經(jīng)濟(jì)效益方面實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)籌兼顧，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。