1、-59-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 7 期航空航天装配双头螺柱过程分析装配双头螺柱是目前钳工类操作难度较高的工作之一，其操作具体过程为：手持扭矩扳手，扭矩扳手末端放置转接器，转接器加持双头螺柱，目视将双头螺柱对准待装配螺纹孔，旋入双头螺柱，观测扭矩示数，旋入一定深度后检测双头螺柱探出高度，至高度与扭矩均合格，完成双头螺柱装配。分析该过程的自动化可能：机械加持扭矩检测装置及转接器，依据零件尺寸确定待装配位置，依靠轴向浮动旋入双头螺柱，自动监测扭矩值及深度值，至理论要求范围，完成装配。该过程自动化运
2、行可行，可进一步研究执行问题。双头螺柱常见的装配问题有：1）双头螺柱与基体表面垂直度不满足使用要求；2）双头螺柱扭矩限值与高度限值无法同时达到要求；3）装配不合格的双头螺柱拆除困难。同时由于钳工操作水平的不同，双头螺柱装配合格率起伏较大。为实现机械栽桩，需采取相应措施解决以上三个难题。双头螺柱与基体表面垂直度差问题由于双头螺柱装配位置有径向及轴向分布，需要对零件进行有效的装夹定位，以保证零件待装配位置与双头螺柱的相对位置关系。底座可使用三爪定心夹具，实现零件的快速定心，配合角向销钉进行角向定位，保证零件与设备有确定的位置关系。悬臂需具备三个轴的准确尺寸运动，悬臂末端安装转接器，转接器夹持双头螺
3、柱；同时悬臂具备立式、卧式切换功能，满足多零件需求。双头螺柱扭矩限值与高度限值无法同时满足问题双头螺柱扭矩限值与高度限值无法同时达到要求是双头螺柱装配的最大难点，螺纹孔及双头螺柱的有效分组是实现装配合格的前提，同时要保证螺纹孔内及双头螺柱上的清洁无杂物。装配过程中，沿双头螺柱轴向需具备浮动，可实现随转动的联动；在双头螺柱旋入时，需对装配扭矩进行全程监控，保证过程扭矩不大于装配限力要求，限力值可调节；设置双头螺柱旋入限高块，限高尺寸可调节，保证旋入深度不大于工艺要求。配置报警装置，若在装配过程中扭矩或限高有超出要求时，报警并执行退桩工作。为实现螺纹孔及双头螺柱的有效分组，可增加夹持分组量规对螺纹
4、孔进行分组检测工作，通过识别各分组量规的拧紧扭矩，自动判断螺纹孔所属分组，按照分组选用相行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度航空机匣双头螺柱及插销螺套装配方法徐胜男 齐文睿徐胜男1 齐文睿21.空装驻沈阳地区某军事代表室；2.中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司研究内容及目标目前，航空机匣类部分零组件存在装配双头螺柱、插销螺套等工作，但该类装配工作全部由钳工操作者手动进行，劳动强度大、装配质量不稳定。针对中介机匣、前机匣等需要进行该类装配工作的零件，需要进行自动化、半自动化装配双头螺柱、冲键槽、装配插销螺套等工作的技术研究论证，形成装配双头螺柱、冲键槽
5、、装配插销螺套等内容的自动化转化的可行性技术方案。中国科技信息 2023 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-60-航空航天适用的双头螺柱进行装配。按照现场常规的过盈螺纹规格（CG50.8mm、CG61mm、CG81.25mm），需要配备分组量规检测末端 9 个，相应需配备双头螺柱存储库位12 个，附加机构较多。装配不合格双头螺柱拆除问题在装配过程中扭矩或限高有超出要求时，需进行退桩工作。过盈双头螺柱两端均为螺纹，旋出困难，通常需对双头螺柱露出端进行破坏，形成加持区域，将过盈双头螺柱旋出。在进行退桩时，需更换加持装置，
6、强力加持露出端双头螺柱，反向扭转双头螺柱，沿双头螺柱轴向需具备浮动，可实现随转动的联动。各类装置可根据信号自动更换，各功能可自动运行。冲键槽及装配螺套过程分析装配插销螺套的操作具体过程为：旋入插销螺套（保证深度尺寸）、标记位置、旋出插销螺套、冲键槽、旋入插销螺套、砸入锁键（保证深度尺寸）。分析该过程的自动化可能：机械加持插销螺套，依据零件尺寸确定待装配位置，依靠轴向浮动旋入插销螺套，自动监测深度值至理论要求范围，利用视觉识别技术确定锁键位置，计算得出冲键槽的旋转角度，反向旋出插销螺套；更换冲键槽刀具依据计算角度进行冲键槽，冲键槽过程为轴向往复运动至理论要求深度；换回插销螺套加持装置，旋入插销螺
7、套；更换砸锁键工具，将锁键砸入至理论要求深度，完成装配。该过程自动化运行，涉及使用视觉识别技术、方位自动计算与补偿，进行生产应用难度较大，需借助相关专业能力进行应用验证；对于冲键槽及砸入锁键两项工作内容，较易实现应用。进一步研究执行问题。插销螺套旋入、旋出与识别计算旋入插销螺套（保证深度尺寸）、标记位置、旋出插销螺套自动过程实现方式涉及使用视觉识别技术、方位自动计算与补偿。设备执行末端从内侧涨紧插销螺套，依据零件理论尺寸对准待装配孔，旋入时监测深度值至理论要求范围，利用视觉识别技术确定锁键位置，计算并记录偏转角度存入控制器，反向旋出插销螺套。自动冲键槽冲键槽自动过程实现方式：设备执行末端更换冲
8、键槽刀具，依据计算记录的偏转角度对冲键槽刀具角向进行微调，之后进行冲键槽动作，冲键槽过程为轴向往复运动，至理论要求深度时退出冲键槽刀具。自动冲键槽可显著降低操作强度，并可保证键槽方向不偏斜。自动装配锁键砸入锁键（保证深度尺寸）自动过程实现方式：设备执行末端更换砸锁键工具，将锁键砸入至理论要求深度，过程施力缓慢均衡，避免锁键倾斜损坏。自动装配可行性研究全自动装配双头螺柱与插销螺套的过程均较为烦琐，实际生产应用效果暂无法预知，目前暂无全自动装配双头螺柱与插销螺套的实际应用案例，可针对性地进行半自动装配方案研究，重点解决钳工操作强度大、质量控制差的问题，进行自动化替代，其余维持手动进行。半自动装配双
9、头螺柱：使用辅助机械臂，手动对准待装配螺纹孔，增加辅助矫正双头螺柱垂直度机构，手动进行螺纹孔分组检测并选用双头螺柱，自动进行双头螺柱旋入动作，通过末端附加扭矩检测装置进行装配扭矩值检测，通过限高块进行高度值限制。半自动装配插销螺套：使用辅助机械臂，手动进行插销螺套旋入、标记、旋出动作，手动对准待冲键槽位置，冲键槽刀具可进行旋转微调，自动进行冲键槽动作，通过限高块进行深度值限制，自动旋入插销螺套，自动进行压入锁键动作。自动装配技术确认自动双头螺柱装配工作具备一定的应用基础，基本可实现自动化加工；冲键槽及装配插销螺套工作暂缺少设备设计及应用经验，需从制定设备设计方案开始进行。自动装配双头螺柱：使用
10、辅助机械臂，手动对准待装配螺纹孔，增加辅助矫正双头螺柱垂直度机构，手动进行螺纹孔分组检测并选用双头螺柱，自动进行双头螺柱旋入动作，通过末端附加扭矩检测装置进行装配扭矩值检测，通过限高块进行高度值限制。自动装配插销螺套：使用辅助机械臂，手动进行插销螺套旋入、标记、旋出动作，手动对准待冲键槽位置，冲键槽刀具可进行旋转微调，自动进行冲键槽动作，通过限高块进行深度值限制，自动旋入插销螺套，自动进行压入锁键动作。目 前 现 场 批 量 生 产 的 过 盈 螺 纹 孔 主 要 为CG50.8mm、CG61mm、CG81.25mm 三 种 规格，需要进行双头螺柱装配工作的主要为 CG61mm、CG81.25
11、mm 两种，每种规格的过盈螺纹孔各有 4 个组别的分化、对应 4 个组别的双头螺柱。CG61mm 规格双头螺柱的装配扭矩为 1013N.m，CG81.25mm 规格双头螺柱的装配力矩为 2030N.m，同时各双头螺柱均存在悬出长度尺寸要求。目前现场批量生产的插销螺套螺纹孔主 要 为：3750-16UNJC-3B、.4375-14UNJC-3B 两种规格，需要厂内进行插销螺套装配工作的主要为.4375-图 1 机匣双头螺柱图示图 2 机匣插销螺套图示-61-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 7 期航空航
12、天14UNJC-3B。冲键槽时需要保证键槽长度 100.3mm、宽度 1.5+0.2/0mm、深度 50.2mm 尺寸，装配插销螺套时需要保证插销螺套沉入端面的深度 0.50.2mm 尺寸。初步设定双头螺柱自动装配装置的结构：可立卧转换的悬臂，其末端可夹持双头螺柱转接器，通过程序控制悬臂在三个坐标轴中进行移动，主轴可进行正反向旋转，具备扭矩测量仪及限高块。初步设定插销螺套自动装配装置的结构：可立卧转换的悬臂，其末端可夹持冲键槽刀具，通过程序控制悬臂在三个坐标轴中进行移动，末端可实现快速及慢速的往复冲击运动，具备限高块。自动装配实现方案通过技术交流，对设备构成及功能实现已形成了初步预案。目前设备
13、的设计制作方案为：工作站由工作平台、装夹定位装置、半自动双头螺柱装配机械臂、半自动冲键槽机械臂、防护罩、控制系统等构成，零件通过装夹定位装置确定回转中心及角向，通过控制系统实现零件的转度、各机械臂点位的运动，在各机械臂末端安装执行工具（双头螺柱装配转接器、冲键槽刀、退桩转接器、按压器等），操作机械臂的控制开关启动设备加工运行，通过限力及限位装置控制运行程度，到达指定位置并装配合格后，操作控制开关退出执行工具，进行后续工作。可实现双头螺柱旋入拧紧、废桩退出、插销螺套孔冲键槽、插销螺套锁键按压工作的自动运行，其余工作需操作者进行手动辅助进行。依据现场需求，进行冲键槽刀施加力具体数值、双头螺栓拧紧力
14、矩测试工作，确定钛合金螺纹冲键槽操作实际需要施加的压力以及双头螺栓拧紧时扭矩头、转接器及双头螺柱系统的刚性情况，确定技术指标要求。键槽深度：14+0.5/0mm；插销螺套深度：0.50.2mm；插销深度：0.50.2mm；双头螺柱扭矩范围：535Nm；力矩精度要求：3%；主轴回转速率：20380r/min；装配角度可实现竖直、水平及某一固定角度的冲压及拧紧；螺柱外露高度：100.5mm。设备主要有键槽自动压制成型系统、插销压装系统、拧紧系统、激光扫描系统、控制系统和信息化管理系统等组成。自动装配流程装配工艺过程如下：1）采用助力臂将工件吊装至装配设备工装夹具上；2）扫码确认是不是信息管理系统所
15、选型号，正确后，工件夹紧并旋转机构自动旋转寻找原点并旋转定位至 1#螺纹孔位置；3）键槽压制工具在伺服压机驱动下以特定运行逻辑进行键槽孔的压制；4）当 1#键槽孔压制完成后，驱动电机自动旋转工件，使其 2#位对准压装机构，重复上述动作，直至所有键槽孔压制完成；5）旋转机构将 1#螺纹孔旋转至检测工位，测头自动伸入螺纹孔，对冲键槽深度进行检测；6）测量合格，系统自动将 2#孔位旋转至检测工位；测量不合格，将当前孔位旋转至压制工位重新压制，直至所有螺纹孔的键槽检测合格，并将所有测量数据存储至数据库；7）旋转机构将 1#压制合格螺纹孔旋转至手工安装插销轴套工位，员工将全部螺套手工安装到位并将插销对准
16、键槽，采用电动工具减轻劳动强度；8）按下启动按钮，旋转机构将1#螺纹孔旋转至插销压装工位；9）压装机构下压，1#螺纹孔插销压装完成后，系统自动将 2#孔位旋转至插销店装工位并执行插销压装，直至所有插销螺套压装完成；10）旋转机构将1#螺纹孔旋转至检测工位，对插销压装高度进行检测；11）检测合格，系统自动将 2#孔位旋转至检测工位；检测不合格，将当前孔位旋转至压装工位重新压装，直至所有轴套安装检测合格，并将所有测量数据存储至数据库；12）系统旋转机构将 1#螺柱安装位置；手动将双头螺柱预装配至机匣 23 圈；13）调用相应拧紧程序（由于可能每个型号每个螺柱扭矩设定值不同），用电动拧紧机将工具头旋入双头螺柱头部，通过扭矩控制判断是否贴合工装；14）用电动拧紧机通过扭矩控制将双头螺柱装配到机匣中，扭矩合格后通过高度激光传感器自动测量装配完成时螺柱外露端到机画表面的高度；合格则自动跳转到下一步；如检测不合格，系统报警提示，需手动反转退出拧紧工具头，并更换拆卸工具头将不合格螺柱拆下，更换另一公差等级螺柱重复本步骤，直至装配合格；15）当 1#螺柱装配完成后，旋转机构带动工件旋转，使其 2#位双头
