本發(fā)明涉及航空航天運用氣動鉚接裝配制造領(lǐng)域，是一種氣動沖擊鉚接關(guān)鍵信號參數(shù)采集和數(shù)據(jù)處理裝置，特別是一種鉚接偏差模擬裝置和鉚接合格偏差范圍獲取的方法。

背景技術(shù)：

在裝配制造領(lǐng)域，機械連接是重要的組成部分，是將零散零件集成為多功用裝備和系統(tǒng)的必要方法。為了保證零件裝配成系統(tǒng)后具有高強度、長壽命，必須對于連接工藝進行研究。鉚接作為機械連接的主要方式，具有低風(fēng)阻系數(shù)、性能穩(wěn)定、長壽命、良好密封性等優(yōu)點而被廣泛采用，尤其是航空航天領(lǐng)域。

目前，為了保證鉚接質(zhì)量的一致性，國外研發(fā)了自動鉆鉚設(shè)備，采用壓鉚的方式，但是由于其只能用于開敞部位和法向檢測不準(zhǔn)確等問題，使用受到很大限制，多用于開敞性良好的部位連接。因此，開敞性差的連接部位，只能采用氣動鉚接。氣動鉚槍機構(gòu)簡單、且結(jié)實輕便，目前國內(nèi)氣動鉚接自動化水平較低，主要以人工手持鉚槍鉚接為主，鉚接質(zhì)量一致性不高。導(dǎo)致鉚接質(zhì)量分散性大的原因主要是鉚接力大小、鉚槍軸線與鉚釘軸線的位移偏差和角度偏斜。如何快速、高效、準(zhǔn)確的獲取鉚接位移偏差和角度偏斜對于鉚接質(zhì)量的影響，從而確定鉚接合格的位移和角度偏差的合理范圍成為核心問題。目前，所有的檢測手段都是根據(jù)鉚接之后的對于鉚接變形后的鉚釘進行，很難建立器鉚接人員對于鉚接合格時關(guān)鍵參數(shù)范圍的感性意識，對于鉚接人員的后續(xù)改進指導(dǎo)也沒有太多實質(zhì)性指導(dǎo)意義。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種飛機氣動鉚接過程模擬和驗證裝置，可以模擬不同位移偏差和角度偏斜對于鉚接質(zhì)量的影響，同時獲取不同直徑和不同材料鉚釘?shù)暮细竦奈灰坪徒嵌绕罘秶?。最后根?jù)傳感器系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)對于鉚接偏差的準(zhǔn)確性進行驗證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有設(shè)備在鉚接偏差對鉚接質(zhì)量影響、鉚接合格時偏差范圍獲取方面的空白，本發(fā)明提供了飛機氣動鉚接過程模擬和驗證裝置，并以期通過此工裝對于氣動鉚接沖擊力大小、頻率、角度偏斜三個重要參數(shù)進行測量，從而完成對于氣動鉚接過程的科學(xué)反映，提供一種檢測鉚接偏差對于鉚接質(zhì)量影響的方法，從而獲取不同直徑和材料的鉚釘合格的偏差范圍，同時利用傳感器系統(tǒng)采集鉚接力信號對鉚接偏差的設(shè)定進行可靠性和準(zhǔn)確性驗證。

本發(fā)明公開了一種飛機氣動鉚接過程驗證裝置，包括底座、前支架、中間支架、后支架、鉚槍進給傳動機構(gòu)、鉚槍夾緊裝置、位置調(diào)整裝置、傳感器系統(tǒng)、頂鐵和鉚接板、鉚釘、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

進一步地，前支架上安裝步進電機與絲桿相連，可以通過電機驅(qū)動實現(xiàn)絲桿的正反轉(zhuǎn)動。

進一步地，所述鉚槍夾緊裝置，裝置的三爪卡盤固定在移動平臺上，移動平臺與絲桿形成螺旋副，與導(dǎo)桿形成移動副；通過絲桿的定軸轉(zhuǎn)動驅(qū)動移動平臺沿著鉚槍軸線方向移動，從而控制鉚槍的進給控制。

進一步地，所述傳感器系統(tǒng)包括一個三軸力學(xué)傳感器位于頂鐵的幾何中心，與頂鐵通過螺紋連接，用于直接檢測頂鐵傳遞的x、y、z三軸沖擊力。

進一步地，所述傳感器系統(tǒng)包括四個加速度傳感器在以頂鐵幾何中心為圓心的圓周上均勻布置，分別位于三軸力傳感器的坐標(biāo)軸上，通過粘結(jié)方式進行定位，用于直接檢測頂鐵傳遞的z軸方向的沖擊力，以反應(yīng)鉚接力出現(xiàn)偏斜角度的大小。

進一步地，后支架與三軸力傳感器相連接，用于軸向固定，同時與位置調(diào)整裝置相連接，用于頂鐵的預(yù)定位置調(diào)整。

進一步地，所述位置調(diào)節(jié)裝置用于橫向的位移和角度的偏置，位置調(diào)整裝置中的橫向移動平臺與橫移電機的輸出軸通過單線螺紋連接，螺紋升角小于3.5°；通過橫移電機的定軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)橫移平臺的橫向移動，模擬位置偏移鉚接工況；同時橫移平臺與外殼相連接。

進一步地，角度調(diào)整平臺包括蝸輪蝸桿機構(gòu)和轉(zhuǎn)角電機組成，其中蝸輪與移動平臺形成轉(zhuǎn)動副，可以進行定軸回轉(zhuǎn)；蝸輪上表面與后支架通過螺紋緊固件連接，保證不會出現(xiàn)相對位移；蝸桿與外殼形成轉(zhuǎn)動副，可以繞著外殼上孔口定軸轉(zhuǎn)動，同時與蝸輪嚙合連接，驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動；蝸桿采用單頭蝸桿，用于蝸輪蝸桿機構(gòu)的自鎖。

進一步地，所述的導(dǎo)向裝置采用軸孔配合，軸向定心精度高，傳動裝置采用螺紋傳動，傳動精度高同時保證自鎖；導(dǎo)向軸與傳動絲桿采用等腰直角三角形布置，增強系統(tǒng)剛度。

本發(fā)明還提供了使用所述的飛機氣動鉚接過程驗證裝置的驗證方法，包括如下步驟：

第一步：對于所述的傳感器系統(tǒng)進行調(diào)零和校準(zhǔn)；

第二步：對于所述的操作仿真板進行放釘和定位夾緊操作；

第三步：對于所述的位置調(diào)整裝置進行移動偏置或者角度偏置設(shè)定；

第四步：在所述的操作仿真板上使用氣動鉚槍進行連續(xù)沖擊鉚接；

第五步：對所述的多功能頂鐵進行四個力學(xué)信號和整體加速度信號采集；

第六步：輸出鉚接結(jié)果和指導(dǎo)意見。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1.通過控制位置調(diào)整平臺，集成了鉚接位置偏移和角度偏斜鉚接工況的模擬，偏移的位置和角度具有連續(xù)性，模擬工況覆蓋范圍廣。

2.設(shè)備角度偏差模擬和位置偏移模擬可以獨立進行，可以檢測單一角度偏斜或者位移偏差對于鉚接質(zhì)量的影響，以及每個因素影響的系數(shù)。

3.設(shè)備可以通過設(shè)定連續(xù)的角度偏斜和位移偏差來確定不同直徑和不同材料鉚釘連接，鉚接合格時允許的偏差范圍。

4.設(shè)備的傳感器系統(tǒng)可以采集鉚接力信息，計算出鉚接力的位移和角度，從而對于設(shè)定的鉚接偏差進行準(zhǔn)確性和可靠性驗證。同時還可以完成對于鉚接沖擊頻率的影響。

本發(fā)明操作簡單，可以快速實現(xiàn)鉚接過程偏差模和驗證、鉚接合格偏差范圍的獲取，以及鉚接偏差對于鉚接質(zhì)量的影響系數(shù)。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個較佳實施例的驗證裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一個較佳實施例的夾緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一個較佳實施例的位置調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一個較佳實施例的傳感器布置示意圖；

圖5為本發(fā)明一個較佳實施例的模擬驗證過程示意圖；

圖6為本發(fā)明一個較佳實施例的模擬和驗證的流程圖；

圖中:1底板,2為前支架，3為進給驅(qū)動電機，4為中間支架,5為鉚槍,6為鉚槍夾緊裝置,6-1為導(dǎo)軌移動塊，6-2為卡盤爪，6-3為三爪卡盤，7為鉚接板，8為頂鐵，9為三軸力傳感器,10為后支架,11為位置調(diào)整裝置,11-1為外殼，11-2為角度調(diào)整電機，11-3為蝸輪，11-4為移動滑塊，11-5為蝸桿，12為加速度傳感器，13為傳動絲桿，14為導(dǎo)軌桿。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖1-圖5所示，本發(fā)明所述技術(shù)方案提供一種飛機氣動鉚接過程模擬和驗證裝置，包括底座、前支架、中間支架、后支架、鉚槍進給傳動機構(gòu)、鉚槍夾緊裝置、位置調(diào)整裝置、傳感器系統(tǒng)、頂鐵和鉚接板、鉚釘、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

所述的底座、前支架、中間支架起到定位作用，與光滑圓柱桿組成導(dǎo)軌系統(tǒng)，為鉚槍夾緊裝置的軸向進給移動提供導(dǎo)軌支承。其中絲桿與圓柱桿形成90°夾角，可以有效保證導(dǎo)軌的剛度。

所述的鉚槍夾緊裝置包括三爪卡盤和導(dǎo)向塊，三爪卡盤中心開孔，固定在導(dǎo)向塊上，通過三個爪子夾緊鉚槍，保證對中性。導(dǎo)向塊中心也開孔，預(yù)留鉚槍直徑伸縮空間，同時導(dǎo)向塊開兩個光孔和一個螺紋孔，分別于圓柱桿和驅(qū)動絲桿相連，形成移動導(dǎo)向機構(gòu)，保證鉚槍沿軸線方向進給移動。其中螺紋孔采用單線螺紋，螺紋升角小于3.5°，保證自鎖性能。

所述的位置調(diào)整裝置包括橫移平臺和角度調(diào)整平臺中的橫向移動平臺與橫移電機的輸出軸通過單線螺紋連接，螺紋升角小于3.5°，以保證自鎖性能；通過橫移電機的定軸轉(zhuǎn)動，即可實現(xiàn)橫移平臺的橫向移動，模擬位置偏移鉚接工況；同時橫移平臺與外殼相連接，保證外殼與橫移平臺不存在相對移動，防止角度調(diào)整時基準(zhǔn)移位。

所述的角度調(diào)整平臺包括蝸輪蝸桿機構(gòu)和轉(zhuǎn)角電機組成。其中蝸輪與移動平臺形成轉(zhuǎn)動副，可以進行定軸回轉(zhuǎn)；蝸輪上表面與后支架緊固連接，因為鉚接板固定在后支架上，從而通過角度調(diào)整模擬角度偏斜鉚接工況。蝸桿與外殼形成轉(zhuǎn)動副，可以繞著外殼上孔口定軸轉(zhuǎn)動，同時與蝸輪嚙合連接，驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動；蝸桿采用單頭蝸桿，可以實現(xiàn)蝸輪蝸桿機構(gòu)的自鎖。

所述的傳感器系統(tǒng)包括一個三軸力傳感器和四個加速度傳感器。力傳感器處于頂鐵的幾何中心，用于測量鉚接力在x，y，z軸三個方向的分量。四個加速度傳感器在一頂鐵中心為幾何中心的圓上面均勻分布，同時分別位于三軸力傳感器的坐標(biāo)軸上，用于測量四個位置處的加速度分量。通過比較四個加速度傳感器的示數(shù)即可以確定鉚接力是否出現(xiàn)偏斜或移位；結(jié)合三軸力傳感器，可以確定處沖擊力的大小的頻率，綜合起來判定鉚接質(zhì)量合格的偏差范圍。

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是由上位機、顯示器組成。上位機通過接收對應(yīng)傳感器傳輸?shù)膶崟r信號，按照既定的程序進行處理和計算，最終給出鉚接力作用過程狀態(tài)，對設(shè)定的鉚接偏差進行可靠性和準(zhǔn)確性驗證。

如圖6所示，本發(fā)明還提供了使用所述的飛機氣動鉚接過程驗證裝置的驗證方法，包括：

模式一：實驗驗證方式

第一步：參見圖1，啟動電腦1的電源開關(guān)，進行相關(guān)傳感器設(shè)備的調(diào)零操作。

第二步：參見圖2，調(diào)整位置調(diào)整模塊，確定模擬的位移偏差和角度偏斜工況類型。

第三步：調(diào)節(jié)三爪卡盤夾緊鉚槍，之后啟動絲桿驅(qū)動電機把移動鉚槍到合適的鉚接位置，準(zhǔn)備鉚接。

第四步：按壓鉚槍開關(guān)，鉚槍進行沖擊鉚接。

第五步：在顯示器檢查鉚接結(jié)果，與理論計算的結(jié)果做對比，驗證偏差設(shè)定是否準(zhǔn)確可靠。若結(jié)果一致，則說明偏差模擬準(zhǔn)確，系統(tǒng)可靠；若相同，則重新調(diào)零，直至結(jié)果一致。

模式二：偏差模擬模式

第一步：參見圖1，啟動電腦1的電源開關(guān)，進行相關(guān)傳感器設(shè)備的調(diào)零操作。

第二步：參見圖2，調(diào)整位置調(diào)整模塊，確定模擬的位移偏差和角度偏斜工況類型。

第三步：選擇一種材料和厚度的鉚接板，以及對應(yīng)的鉚釘(材料和尺寸)，安裝夾緊。

第四步：調(diào)節(jié)三爪卡盤夾緊鉚槍，之后啟動絲桿驅(qū)動電機把移動鉚槍到合適的鉚接位置，準(zhǔn)備鉚接

第五步：按壓鉚槍開關(guān)，鉚槍進行沖擊鉚接。

第六步：檢查鉚接結(jié)果，確定出鉚接失效情況下，對應(yīng)連接板和鉚釘組合的允許偏差范圍(角度偏斜和位移偏置)

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。