◇安徽天航机电有限公司 李红进 高茂洋 张家银 常星星

本文是一种六方保险孔自动化加工的设计和应用的具体介绍，通过装夹稳定、定位可靠的装夹工装与高速稳定的钻削设备，并将两者通过伺服机构有机结合起来，形成一套送件→装夹→对刀→钻削→工件翻转→再钻削→取件的设备平台，从而实现各规格六面上、螺纹上各类型保险孔的加工。整个项目由多个模块构成，其中最重要也是最核心的内容是如何将众多模块通过伺服机构有机的结合在一起，形成完整的、有序的一体化生产线。

随着制造业的蓬勃发展，对于航空制造业中的六方保险孔零件的需求逐渐增加[1-3]，其主要用于防止机体部辅件振动与脱落，在加工保险孔的过程中，对于钳工加工是一项重要工作，控制孔的精确位置是钳工所需要具备的一项基本技能。保险孔的分布主要在平面、斜面及螺纹面上，其中后两者的加工难度较大，对操作者的技能要求较高。标准的保险孔不仅尺寸要符合标准要求，孔口外形也要尽量一致，不能出现椭圆、锥形等形状，但由于需求量大、批次多，操作者主观原因等因素，此类零件加工不仅占用了大量的加工时间，而且质量问题频发。出现问题的主要原因在于不稳定。从尺寸划线、钻中心孔再到钻孔倒角，每一工步都有不确定性，特别是钻中心孔，直接关系到成孔质量。正是由于人的不确定性，机器的稳定性、一致性，让我们思考是否能够用机器替代人工加工，从而实现解放人力、提高生产效率、获得产品质量一致性好的产品。

1 六方零件自动化机构研究

1.1 自动上下料机构

上料机构是保证下工位准确抓取、装夹、定位的基础，有序、规则的上料，对于下工位机械手臂的抓取定位非常重要。取料机构较为简单，主要是保证零件不掉落、不磕碰。虽然目前自动上、下料技术虽然市场较为成熟，但由于自制零件种类多、六方尺寸规格多，且长度大小不一，要实现零件有序、规则的上下料，上下料机构可设计成柔性的或快速可调的，才能满足多批次、多规格、多种类的加工需要。具体方案的选择许考虑制造成本、设备稳定性及生产效率等综合因素决定，通过调研倾向于快速可调结构。

1.2 零件的装夹定位及翻转机构

由于种类不同、规格不一，专用装夹工装已经不能满足要求，需设计一套柔性装夹机构来抓取、夹紧零件，为尺寸和位置的精准定位及后续的钻孔和翻转提供可靠定位。对于装夹的方式、位置拟通过抓取夹紧六方对边，通过可编程序调整与钻头的位置关系，从而满足加工要求。另需设计一套伺服机构，配合高速电机钻孔后实现零件的翻转动作，用于实现各面上孔位的加工。

1.3 钻孔机构

钻孔是最终要实现的目的。钻孔机构以高速电机为主，辅以伺服电机驱动来实现钻头的点钻和进给。对于铝合金等较软材质的零件来说，可以直接钻削，对于合金钢、钛合金类较硬材质的零件，有两种方案可以加以考虑，一是加装钻头导引装置以避免单边切削造成的孔位偏离及钻头断裂；二是增加一套钻铣装置，先加工一小平台，再在小平台上钻孔，从而避免单边切削造成的孔位偏离及钻头断裂。

1.4 伺服机构联动控制

每个机构若能实现各自功能，只能保证各模块单独工作，要实现各模块的联动，才能实现真正意义上的自动化生产。拟配置2～3套伺候电机和传动丝杠，通过可编程序完成各模块之间有序、协调的配合。

2 设计理念

整机工作台呈直线形设计，外观采用半封闭结构制造，框架主体采用方钢结构。确保机架的稳定性。

工作台共设置3个加工工位，1工位为机械臂或人工上下工件的工位；2工位为钻定心孔工位，确保在孔位及孔的精度；3工位为自动钻孔。由于产品的特殊性，设计时从源头就采用进口导轨承载运动，确保每个工位的定位精度并能够减少传统用其它方式传动产生的噪音及误差，保证工件在工装板上精准而稳定的输送到各个自动工序。

考虑到维护的及时性，我们在软件控制上设计有自检功能，能在显示屏上显示故障信息以及故障点，便于维护。

整体以安全为主，各单元具有简便易操作、防呆功能，内部布局设计要便于维护与保养，整体采用分单元模块化设计将各单元组合成一台专用机械。

根据工件设计对应的工装夹具，保证其质量。并配有三色灯用于缺料和故障报警，灯色代表含义用户可自定义。

考虑用电安全、设备在线路上设计有：漏电保护、缺相保护、断相保护、过压保护、欠压保护、过载保护、三相不平衡保护，确保设备及人身安全。

2.1 上下料方式

本方案设计为人工将工件放入滑槽，旋转平台根据设置的参数进行供料，分料机构将工件输送至进料处，进料机构检测到工件后触发进料动作。旋转平台具有数据分析功能，有料、缺料状态实时监测。设备在完成钻孔工序后自动卸料，出料口对接出料槽，便于收集产品，自动化上下料机构设计见图1。

图1 自动化结构图

2.2 钻孔工位设计理念

采用高速主轴进行钻孔，钻孔深度、速度、进退刀次数可通过触摸屏设置。采用独立机架，便于安装调试及维护，其专用定位弹簧细节如图2所示。

图2 专用定位弹簧装夹

3 结束语

基于自动化加工程序成熟，通过伺服机构可实现各单元模块的有机结合，此项内容硬件、软件与机器的稳定性、一致性，用机器替代人工加工，最终实现缩短加工周期、降低生产成本、获得质量一致性好的产品。