Сверлильно-клепальный автомат для клепки криволинейных панелей
Владельцы патента RU 2626520:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)
Изобретение относится к сверлильно-клепальному оборудованию и может быть использовано при клепке криволинейных панелей. Автомат содержит верхнюю силовую головку, поддерживающе-выравнивающее устройство для панели, систему управления и три датчика-дальномера для измерения расстояния до поверхности панели. Датчики-дальномеры имеют возможность синхронного поворота на заданный угол в вертикальной плоскости, проходящей через ряд клепки, посредством механизмов синхронного поворота. В автомате предусмотрены блок управления упомянутыми механизмами, усилитель сигналов и цифровой аналоговый преобразователь. Датчики-дальномеры обеспечивают одновременное измерение расстояния до поверхности панели и передачу измеренных значений через цифровой аналоговый преобразователь, усилитель и блок управления в систему управления. Блок управления связан интерфейсом обратной связи с механизмами поворота для обеспечения поворота датчиков-дальномеров на заданный угол. В результате повышается точность выравнивания панели относительно оси силовой головки при ее позиционировании на шаг клепки. 2 ил.
Изобретение относится к клепке, в частности к устройствам для клепки, и может быть использовано для позиционирования сверлильно-клепального автомата при его перемещении на шаг клепки с одновременным выравниванием поверхности криволинейных панелей относительно оси клепки в процессе их автоматической клепки, а также для программирования маршрута клепки.
Известен датчик выравнивания криволинейных малогабаритных панелей на прессах или сверлильно-клепальных автоматах с автоматическим циклом выравнивания длинномерных панелей, содержащий смонтированные на станине пресса в зоне клепки три следящих щупа с приводами в виде осей, связанных соответственно с тремя щупами и шкалами для визуального контроля перпендикулярности оси клепки в точке клепки на поверхности панели относительно оси силовой головки, совпадающей с осью клепки (а.с. 912392, М.кл.3, B21J 15/28, 1982 г.).
Однако, использование такого устройства в условиях перемещения и позиционирования на шаг клепки оси силовой головки сверлильно-клепального автомата в программном режиме неэффективно и часто невозможно в силу переменной кривизны панели в зоне клепки. Это вызывает необходимость дополнительной корректировки положения поверхности панели относительно оси клепки при постановке каждой заклепки или делает невозможной реализацию программного режима клепки, что снижает эффективность такого устройства.
Известен наиболее близкий аналог, принятый в качестве прототипа, Сверлильно-клепальный автомат для клепки криволинейных панелей, содержащий верхнюю силовую головку, поддерживающе-выравнивающее устройство для криволинейной панели, выполненное с исполнительными органами, систему управления и три датчика-дальномера для измерения расстояния до поверхности криволинейной панели, смонтированные на корпусе верхней силовой головки с расположением их осей по линии измерения параллельно оси верхней силовой головки и с образованием точками пересечения упомянутых осей датчиков-дальномеров с поверхностью криволинейной панели зоны клепки в виде равностороннего треугольника, в середине высоты которого расположена точка клепки из ряда клепки, через которую перпендикулярно поверхности криволинейной панели проходит ось клепки, совпадающая с осью верхней силовой головки (патент на изобретение RU №2555263 C1, B21I 15/44 от 10 июня 2015 г.).
Однако наличие переменной кривизны поверхности панели при постоянной дистанции между датчиками выравнивания и соответственно постоянной в границах между ними зоны клепки приводит к случайным, систематическим и накапливаемым погрешностям позиционирования оси силовой головки в зоне клепки на шаг клепки, полученной расчетным путем и заданной программным маршрутом клепки, снижающим точность выравнивания панели. Это ведет к снижению качества клепки и производственному браку, что снижает также производительность, а в целом эффективность устройства.
Решаемой задачей изобретения является повышение эффективности сверлильно-клепального автомата для клепки криволинейных панелей в процессе реализации программного режима клепки путем повышения качества и производительности клепки за счет повышения точности выравнивания панели относительно оси силовой головки при ее позиционировании на шаг клепки в зоне клепки в программном режиме автоматической клепки.
Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является создание эффективного сверлильно-клепального автомата для клепки криволинейных панелей путем повышения качества и производительности клепки за счет повышения точности выравнивания панели относительно оси силовой головки при ее позиционировании на шаг клепки в зоне клепки в программном режиме автоматической клепки.
Технический результат достигается тем, что в сверлильно-клепальном автомате для клепки криволинейных панелей, содержащем верхнюю силовую головку, поддерживающе-выравнивающее устройство для криволинейной панели, выполненное с исполнительными органами, систему управления и три датчика-дальномера для измерения расстояния до поверхности криволинейной панели, смонтированные на корпусе верхней силовой головки с расположением их осей по линии измерения параллельно оси верхней силовой головки и с образованием точками пересечения упомянутых осей датчиков-дальномеров с поверхностью криволинейной панели зоны клепки в виде равностороннего треугольника, в середине высоты которого расположена точка клепки из ряда клепки, через которую перпендикулярно поверхности криволинейной панели проходит ось клепки, совпадающая с осью верхней силовой головки, согласно изобретению датчики-дальномеры выполнены с возможностью синхронного поворота на заданный угол в вертикальной плоскости, проходящей через ряд клепки, при этом автомат снабжен механизмами синхронного поворота, усилителем сигналов и цифровым аналоговым преобразователем, датчики-дальномеры выполнены с возможностью одновременного измерения расстояния до поверхности криволинейной панели и передачи измеренных значений через цифровой аналоговый преобразователь, усилитель и блок управления механизмами синхронного поворота датчиков-дальномеров в систему управления для подачи команды на исполнительные органы поддерживающе-выравнивающего устройства, а блок управления механизмами синхронного поворота датчиков-дальномеров связан интерфейсом обратной связи с упомянутыми механизмами поворота для обеспечения поворота датчиков-дальномеров на заданный угол для корректировки выравнивания положения поверхности криволинейной панели в зоне клепки.
Для пояснения рассмотрим чертежи, где на:
фиг. 1 - представлена кинематическая схема устройства к сверлильно-клепальному автомату (СКА) для выравнивания криволинейных панелей;
фиг. 2 - представлена принципиальная схема устройства СКА, где:
1, 2, 3 - датчики-дальномеры;
4 - собираемая панель;
5 - корпус верхней силовой головки СКА
6 - верхняя силовая головка СКА;
7 - сверлильно-клепальный автомат (СКА);
8, 9, 10 - механизм поворота датчиков-дальномеров;
11 - цифровой аналоговый преобразователь;
12 - усилитель;
13 - блок управления;
14 - система управления СКА;
15, 16 - исполнительные органы выравнивания;
17 - поддерживающе-выравнивающее устройство.
Сверлильно-клепальный автомат для клепки криволинейных панелей содержит три датчика-дальномера 1, 2, 3 для измерения расстояния до поверхности собираемой (выравнивающей) панели 4, размещенных на корпусе 5 верхней силовой головки 6 СКА 7 с возможностью поворота относительно осей вращения с помощью механизмов поворота на фиксированный угол (α и γ) 8, 9, 10 каждого из этих датчиков (фиг. 1). В исходном положении (положение I) датчики 1-3 зафиксированы на корпусе 5 таким образом, что их оси по линиям измерений параллельны оси O1O1 верхней силовой головки 6 СКА 7 и расположены на дистанции L относительно точки пересечения этих осей с поверхностью панели 4, являющейся точкой измерения заданного настройкой расстояния l датчиками 1, 2, 3 до поверхности панели 4, образуют на ней зону клепки Ω, в виде равностороннего треугольника ADE. При этом ось O1O1 верхней силовой головки 6 СКА 7 (ось клепки) проходит через середину высоты AB=L треугольника ADE - точку С, являющуюся точкой клепки на поверхности панели 4 в горизонтальной плоскости клепки М (фиг. 2). Значения L и l являются параметрами настройки датчиков 1, 2, 3, которые через цифровой аналоговый преобразователь 11 и усилитель 12 сигнала связаны с блоком управления 13 их механизмов поворота 8-10 на угол α и γ. Одновременно эти механизмы связаны интерфейсом обратной связи с блоком управления 13, соединенным с системой управления СКА 14 исполнительными органами 15 и 16 выравнивания панели 4 поддерживающе-выравнивающего устройства 17 СКА 7 (фиг. 1). Оси измерения датчиков 2 и 3 в проекции на вертикальную плоскость 8, образуемую рядом клепки PQ и осью клепки O1O1, совпадают. При этом проекции на эту плоскость углов γ их поворотов равны углу поворота α датчика 1 в этой плоскости (фиг. 2).
Сверлильно-клепальный автомат для клепки криволинейных панелей работает следующим образом.
Ось O1O1 верхней силовой головки 6 устанавливается в позицию клепки, при которой она пересекает поверхность панели 4 в точке С на плоскости клепки М с одновременным выравниванием этой поверхности в зоне Ω с помощью датчиков 1, 2 и 3, расположенных в исходном положении (фиг. 1). В этом положении датчиками 1, 2, 3 измеряются расстояния до поверхности панели соответственно в точках А, Е и D, а величины измерений в виде сигналов через цифровой аналоговый преобразователь (ЦАП) 11, усилитель 12, блок управления 13 передаются в систему управления 14 выравниванием, которая подает команды на исполнительные органы выравнивания 15 и 16. При заданном настройкой равенстве параметров l, измеренных и зафиксированных датчиками 1, 2, 3, поверхность панели 4 в зоне Ω между точками измерений А, Е и D считается выровненной относительно оси клепки, а ось O1O1 верхней силовой головки 6 нормальна к ней в точке клепки С, лежащей одновременно на поверхности панели 4 и плоскости клепки с допустимой погрешностью, как правило лежащей в пределах: ±15/. Далее исполнительные органы выравнивания 15, 16 поддерживающе-выравнивающего устройства 17 производят завершение процесса выравнивания панели 4 и фиксации ее в этом положении для выполнения автоматического цикла СКА по постановке заклепки.
Этот широко применяемый при клепке процесс выравнивания исходя из геометрических построений предполагает, что радиус R сечения панели при дистанции между датчиками 1, 2, 3 AB=2L по ряду клепки PQ в его вертикальной плоскости клепки S с некоторым приближением можно считать постоянным в зоне Ω, а его реальное (проектное) значение не приводит к отклонению Δη оси клепки O1O1 от его допустимого значения (положение F сечения ряда клепки PQ в плоскости S на фиг. 2). Однако проектные значения радиуса кривизны в сечении панелей двойной кривизны по ряду клепки PQ в вертикальной плоскости S могут в значительной степени изменяться между точками А и В, что приводит к отклонениям Δη оси клепки O1O1, относительно нормали N к плоскости клепки М в точке клепки С выше допустимых значений (положение G сечения ряда клепки PQ в плоскости S на фиг. 2).
Поэтому после выполнения первого цикла выравнивания, соответствующего измеренному и зафиксированному параметру l датчиками 1, 2, 3 в их исходном положении I подается команда с блока управления 13 на включение механизмов поворота 8-10 для фиксированного поворота указанных датчиков на угол α в положение II в вертикальной плоскости S ряда клепки PQ, реализуя таким образом второй, дополнительный цикл выравнивания. В положении II производятся текущие измерения соответствующих расстояний до панели 4, причем датчиком 1 расстояние l2 и датчиками 2 и 3 расстояние l'2. Выровненное положение панели 4 соответствует следующим настроечным параметрам указанных датчиков l1. Таким образом поворотом датчиков 1, 2, 3 корректируется процесс выравнивания положения поверхности панели 4 в зоне клепки и достигается положение оси клепки O1O1 по нормали к поверхности панели 4 в точке клепки С, лежащее в установленном допуске Δηдоп (положение F ряда клепки PQ на фиг. 2). При этом точки замеров на поверхности панели 4 A', D' и Е' образуют треугольную зону A'D'E' меньшего размера, чем зона ADE.
Расчетное значение tпр программного позиционирования при выровненной поверхности панели 4 относительно оси клепки от одной точки клепки к другой (шаг клепки) на панели определяется по формуле (патент на изобретение №2555263 от 4 июня 2015 г.):
где t* - значение шага клепки в проектной документации;
a=l-m - измеренная датчиками 1, 2, 3 величина удаления плоскости клепки М, касательной к поверхности криволинейной панели в точке пересечения ее осью силовой головкой СКА и расположенной перпендикулярно упомянутой оси, от поверхности криволинейной панели в точках A, D, E соответствующих датчикам 1, 2, 3 (настроечный параметр);
m - расстояние от датчиков до плоскости клепки - постоянная величина;
L - дистанция от оси измерений датчиков 1, 2, 3 до оси силовой головки СКА (настроечный параметр).
Таким образом, с помощью контрольных измерений расстояний l2 и l'2 до поверхности панели в точках A', D' и Е' датчиками 1, 2, 3 достигается необходимая точность выравнивания при котором l2=l'2=l1, а программирование маршрута позиционирования реализуется расчетным путем по формуле (1). При этом исключаются громоздкие операции по расчету координат точек клепки и возникающие погрешности при реализации координатного позиционирования на шаг клепки вследствие отклонений формы поверхности панели от ее теоретического (проектного) значения из-за местных деформаций этой поверхности при изготовлении, транспортировке и базировании панели 4 на технологическом оборудовании.
Проверка работоспособности сверлильно-клепального автомата подтвердила его эффективность при использовании в программных режимах позиционирования на шаг клепки с одновременным выравниванием поверхности панелей двойной кривизны при их автоматической клепке на сверлильно-клепальных установках GEMCOR 5013ТТХ-128/G86 фирмы Gemcor одного из предприятий отечественной авиастроительной промышленности. Необходимо отметить, что моделирование процесса позиционирования на шаг клепки криволинейных панелей относительно оси клепки с помощью конструктивных особенностей заявляемого технического решения позволило получить эффективный заявляемый сверлильно-клепальный автомат за счет повышения точности выравнивания панели при позиционировании оси силовой головки в зоне клепки. При этом отклонение оси клепки Δη от нормали к поверхности собираемых панелей в точке клепки уменьшается в 1,6-2,5 раза по сравнению с известными аналогами, что позволяет расширить номенклатуру собираемых панелей для автоматической клепки и повысить качество и производительность их клепки в целом.
Сверлильно-клепальный автомат для клепки криволинейных панелей, содержащий верхнюю силовую головку, поддерживающе-выравнивающее устройство для криволинейной панели, выполненное с исполнительными органами, систему управления и три датчика-дальномера для измерения расстояния до поверхности криволинейной панели, смонтированные на корпусе верхней силовой головки с расположением их осей по линии измерения параллельно оси верхней силовой головки и с образованием точками пересечения упомянутых осей датчиков-дальномеров с поверхностью криволинейной панели зоны клепки в виде равностороннего треугольника, в середине высоты которого расположена точка клепки из ряда клепки, через которую перпендикулярно поверхности криволинейной панели проходит ось клепки, совпадающая с осью верхней силовой головки, отличающийся тем, что датчики-дальномеры выполнены с возможностью синхронного поворота на заданный угол в вертикальной плоскости, проходящей через ряд клепки, при этом автомат снабжен механизмами синхронного поворота датчиков-дальномеров, блоком управления упомянутыми механизмами синхронного поворота, усилителем сигналов и цифровым аналоговым преобразователем, датчики-дальномеры выполнены с возможностью одновременного измерения расстояния до поверхности криволинейной панели и передачи измеренных значений через цифровой аналоговый преобразователь, усилитель и блок управления механизмами синхронного поворота датчиков-дальномеров в систему управления для подачи команды на исполнительные органы поддерживающе-выравнивающего устройства, а блок управления механизмами синхронного поворота датчиков-дальномеров связан интерфейсом обратной связи с упомянутыми механизмами поворота для обеспечения поворота датчиков-дальномеров на заданный угол для корректировки выравнивания положения поверхности криволинейной панели в зоне клепки.
