多规格铆钉自动选送系统研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

铆接是重要的飞机装配工艺，在今后的很长-段时间内仍将是主要的连接方法n。而旧有的铆接方法手工作业劳动强度高、铆接质量差，已不能满足现代飞机生产制造的要求。自动钻铆技术已成为飞机制造业发展的必然趋势。自动钻铆技术是集电气、液压、气动、自动控制为-体，在装配过程中不仅可以实现部件的自动定位，同时还可以-次完成夹紧、钻孔、涂胶、送钉、铆接等-系列工作，是现代飞机先进制造技术之-[21。国外铆接拼装技术几十年的应用证明，采用自动钻铆机的装配效率至少比手工铆接拼接装配提高 lO倍，并能节约安装成本，改善劳动条件，更重要的是能够确保安装质量，大大减少人为因素造成的缺陷13。我国对飞机自动钻铆技术的研究起步较晚，尽管在某些方面如飞机的翼面结构柔性制孔设备、壁板自动钻铆等取得了-些突破 ，但在实际应用中仍存在-些亟待解决的技术问题，如送铆系统的自动化程度和劳动效率较低。飞机装配过程中需要使用大量不同规格的铆钉，即使是同-个部件由于工艺要求不同需供应多种规格的铆钉。因此采用 自动选钉和送钉系统可以实现铆钉分淹输送的自动化 目，有效减少人工分选出错率，提高装配效率与质量，降低工人的劳动强度。针对多型号铆钉自动选送的实际需求，提出了-种具备铆钉自动选娶输送和压铆的多规格铆钉选送执行结构，构建了基于可编程控制器、触摸屏和检测元件构成的自动送铆设备的控制系统，实现了铆钉的自动化分癣输送，提高了劳动生产率。

2铆钉选送系统方案设计2.1系统工作原理该系统的基本工作顺序是：.料仓内的铆钉经分选装置分选后，通过输送装置送至铆钉压人装置，再将铆钉压人已经钻好的铆钉孔中。工作原理，如图 1所示。

图1系统工作原理Fig.1 The Working Principle2.2系统总体设计多规格铆钉的自动选送系统”是机器人自动钻铆末端执行器的-部分，该装备以可编程控制器为核心，采用伺服控制技术来稿日期：2012-1o-14基金项目：国家科技支撑计划项目(2011BAF04B01)；陕西势学技术研究发展计划项目(2011K10-10)作者简介：沈东莹，(1986-)，男，陕西咸阳人，硕士研究生，主要研究方向：机电控制与自动化；秦现生，(1962-)，男，河北邯郸人，教授，博士生导师，主要研究方向：现代数控系统、智能机器与系统、机器视觉、机电-体化技术等108 沈东莹等：多规格铆钉自动选送系统研究 第8期实现铆钉的自动分癣输送、压铆，并利用多种传感器对送铆过程中的铆钉姿态等进行监控。多型号铆钉选送系统总体结构布局，如图 2所示。

图2系统总体结构图Fig.2 Overall System Structure Diagram3系统结构设计系统机械结构主要由分选装置、输送装置、压铆装置组成。

图3系统机械结构图Fig.3 System Mechanical Structure Diagram3.1分选装置分选装置的功能是将料仓内杂乱无章的铆钉按统-的方向排列在料道中，由定向机构和擒纵机构组成。定向机构是实现将铆钉按需求的位姿送出并有序排列在出料导轨上。振动上料机利用电磁力产生的微小振动和铆钉在顶盘滑道中运动时的摩擦力共同作用下，将铆钉沿顶盘内壁上的螺旋形的滑道向上输送句，并依据铆钉自身几何形状，设计特定料槽和定向、筛漾构将铆钉按要求的姿态进行定向排列。振动上料机的圆盘振动滑道末端与直线导轨相连，直线轨道和振动盘由不同的振动控制器控制，从而实现铆钉的单-输送。擒纵机构的功能是将分漾构连续输出的铆钉分离，将铆钉按工作频率要求逐-输出。擒纵机构主要由平动气爪、铆钉夹持片、擒纵块和送料管等组成。

3-2输送装置输送装置的功能是将分选装置输出的铆钉输送到压铆装置。输送装置由吹铆机构、输送管道、暂存器和汇总块等组成。吹铆机构接收擒纵机构的单-铆钉，检测元件检测到铆钉通过信号时，控制气缸电磁阀通电，气缸带动楔形块将送料管道挡住，防止压缩空气回流”，利用压缩空气将铆钉送进对应的暂存器。输送管道是将选取的铆钉以正确的姿态按照工作频率输送到压铆装置。暂存器保证正常工作时，暂存器始终存有-颗铆钉，以提高送铆速度。汇总块将多种不同规格的铆钉汇总，输送至压铆装置。

3.3压铆装置压铆装置的功能是将输送到位的铆钉按照预定的姿态以合适的压力压到钻铆机器人末端执行器定位好的铆钉孔内。压铆装置主要由铆钉的交汇块和弹性夹头组成。

4控制系统该控制系统的功能是根据装配工艺和检测元件的输人信号，控制铆钉的分癣输送、压入的动作时序，使各机构协调动作 ，并实时显示各机构的运行状态，对出现的故障进行诊断报警。系统工作流程，如图4所示。

图4系统工作流程Fig.4 System Work Flow4.1控制系统主要硬件4.1.1可编程控制器(PLC)系统采用某公司的 S7-200系列 PLC作为控制核心。PLC将CPU、电源和数字量 I/O点集成在-起，其用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及其他智能拈通讯等指令内容 ，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态可以达到本系统的控制要求。

4.1.2人机界面(HMI)人机界面(HMI)选用 SIEMENS公司的11Pl77B系列型号 ，通过 PC/PPI通讯电缆与 PLC的编程口直接相连，用来实现操作人员与计算机控制系统之间的数据交换，使用 RS-232C和 RS-422/485串行通信方式。不仅能提供手动操作功能选择和参数设置，还能实时显示PLC的I/O状态和设备工作中的各种信息。人机界面还可以实现对过程的控制，显示报警等目。

4.1.3输入输出单元输入设备包括各种开关、按钮、传感器、触摸屏等。输出设备主要是接触器、电磁阀、指示灯、触摸屏等。I/O输出信号与电磁阀相连 ，通过对电磁阀的通、断电来控制气爪开合、气缸动作 、气源启停等，从而带动机械结构实现相应的功能。

4.1.4检测元器件检测单元主要由光纤传感器、磁环 、光电传感器等组成，用来检测系统的工作状态和铆钉的姿态。检测单元检测铆钉的状态，为控制单元提供控制依据。系统选用OMRON的 E32系列的对射式光纤传感器。其激励信号输出的是开关量，可通过对应放大器直接连接在 PLC输入端。系统选用 Turck WIM40-Q20L60No.8Aug.2013 机械设计与制造 109系列的位移传感器，检测气缸活塞杆位移，生成-个与位移量成比例的电流、电压或频率信号输出。

4.1.5气动装置气动装置的功能是为分漾构、输送机构、压铆机构的气爪、推挡气缸、压铆气缸及铆钉输送等提供动力气源，主要由气动三联组件、电磁阀、比例阀、节流阀等气动元件组成。气动输送铆钉具有柔性大，灵活性高等特点。气动单元采用聚酯类透明软管作为气动输送轨道，使得铆钉具有柔性的运动轨迹，既扩展了铆钉输送的空间范围，避免了单纯依靠铆钉重力自由下落造成铆钉只能从高处输送至底处的缺点，又能够通过调整气压的大小来调试铆钉的输送频率。

4.2控制系统结构原理图系统控制器选用可编程控制器(PLC)，控制对象主要是电磁阀，执行机构是气缸或气缸杆上连接的执行装置，检测装置主要由光纤传感器、位移传感器等组成，用来检测系统的工作状态和铆钉的姿态。多规格铆钉的自动选送装备控制原理图，如图5所示。

图5系统控制原理图Fig.5 System Control Schematics5结束语对铆钉分鸭术和压送技术进行了深入研究，通过对PLC、触摸屏、振动上料机、各机械结构的详细设计，完成了自动选送钉装备的开发和调试工作。作为飞机装配铆接工艺中自动钻铆机的重要装备，它可以自动完成对大量不同规格铆钉的分癣输送和压送至工件上已钻好的铆接孔中，极大地减轻了劳动强度，提高产品质量和生产效率，为实现钻铆设备的自动化提供了重要条件，具有良好的推广价值。装备现已投入使用，运行良好。