本发明属于机械钻铆领域，具体涉及一种自动钻铆机压铆力位移混合控制方法。
背景技术：
铆接技术在飞机壁板装配中，是一项普遍使用的机械连接技术，具有重量轻、强度高等优势，在航空制造领域得到了广泛的应用。经过多年的发展，铆接技术从经历了人工锤铆、气动锤铆阶段，逐渐发展到自动化机床进行钻铆安装，而自动钻铆机也从最初的气动力、液压动力，发展到现在的全自动化电动力压铆和电磁铆接。
随着压铆工艺的不断发展更新，很多研究成果已经表明，对固定尺寸、材料的加工对象，能够精确控制形成镦头时的压铆力，可以获得稳定的加工质量，所以能够进行精确的压铆力控制才能应对压铆工艺的需求。而传统的位置闭环控制中，力信号只起到了检测辅助作用，最好能够实现在达到一定压铆力时就及时停止压铆的功能。目前的钻铆机压铆动力主要采用的是电动力压铆，以欧美为代表的自动钻铆机厂商如EI、GEMCOR、BROETJE等代表了当今钻铆设备的最高水平，但由于自动钻铆机原理和结构非常复杂，国内的各个相关技术仍存在很大差距，因此针对钻铆机压铆过程和工艺需求，提出了一种自动钻铆机力位移混合控制方法，以长度计读数作为位置反馈，力传感器信号作为力反馈，将位置反馈闭环控制与力反馈闭环控制混合，可以获得期望的压铆力，对满足钻铆机压铆功能需求具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明提供了一种自动钻铆机压铆力位移混合控制方法，在钻铆机压铆加工时，该方法通过控制系统实时获取长度计和力传感器信号，在压铆头进给过程中未与铆钉接触阶段，采用位置反馈闭环控制，精确、稳定控制压铆头进给；在压铆头与铆接接触后，快速切换到力反馈闭环控制，精确控制压铆过程结束时的压铆力为设定值。
一种自动钻铆机压铆力位移混合控制方法，具体步骤为：
(1)设定衬套的进给速度、压铆顶杆进给速度；
(2)调整法矢，保证压铆进给方向与壁板垂直，此时压铆头前端面与衬套的前端面齐平，长度计的读数为X0；
(3)控制系统通过可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)给出启动信号到衬套气缸的气动控制电磁阀，衬套伸出贴紧壁板表面后锁死，此时长度计的读数为X1，则衬套前端面与压铆头前端面间的实际距离L＝X1-X0；
(4)控制系统通过PLC给出启动信号到墩紧驱动电机，压铆顶杆开始进给运动，，此时压铆头做位置闭环控制，压铆过程中读取长度计的读数X，则进给轴的实际进给量Z1＝X1-X；
(5)根据进给轴的实际进给量Z1采用位置闭环控制，控制进给过程；
(6)根据设定压铆力和实际压铆力采用力闭环控制，控制压铆结束时的压铆力；
(7)压铆结束后，控制系统通过PLC给出回零信号，墩紧驱动电机反转，压铆头回到初始位置；再启动衬套气缸缩回衬套，完成压铆过程。
步骤(5)采用位置闭环控制的方法为：
(5-1)进给过程中，设定进给量Z，根据进给轴的实际进给量Z1，计算出进给误差△Z＝Z1-Z；
(5-2)将进给误差△Z反馈给控制系统，补偿机械传动和电器控制带来的误差。
步骤(6)采用力闭环控制的方法为：
(6-1)当压铆头与铆钉钉杆接触后，设定压铆力F，力传感器检测到接触力信号，系统切换到力闭环控制，压铆过程中的压铆力为F1，计算进给的压铆力误差△F＝F-F1；
(6-2)将压铆力误差△F反馈给控制系统，补偿机械传动和电器控制带来的误差；
(6-3)当进给量达到设定压铆力F时，墩紧驱动电机制动，停止运动，此时获得压铆力F。
因为力位移移混合控制方法是先采用位置闭环控制再切换到力闭环控制，为了能够保证力传感器检测到压铆头和铆钉接触的压铆力，位置控制控制阶段的进给量要保证压铆头前端面能到达铆钉前端面，如果铆钉钉杆露出的距离为L0，则设定的进给量Z满足Z＞L-L0。
如果因为参数设置不当(设定压铆力过大，难以达到)或其他意外情况，压铆过程中有可能出现压铆力未达到设定值而压铆头一直进给，超过允许的限度顶伤壁板，为避免出现这种危险，通过PLC设置软限位，压铆头的进给距离最大为L1，L1＝L-0.5mm，超过这个值系统自动报警，墩紧电机反转退回原位。
本发明一种自动钻铆机压铆力位移混合控制方法同时将力信号与位置信号接入了闭环控制系统，在压铆头进给过程中未与铆钉接触的阶段，采用位置反馈闭环控制，压铆头与铆钉接触后的阶段，采用力反馈闭环控制，这样既保留了力闭环控制可以精确控制压铆力的优点，又通过利用位置闭环控制可以精确、稳定控制压铆头进给的优点，克服了系统未出现压铆力时的不稳定阶段。该方法可以满足压铆工艺中对压铆力控制的要求。
附图说明
图1是自动钻铆机力位移混合控制方法原理图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明自动钻铆机压铆力位移混合控制方法的具体步骤为：
步骤1，设定衬套的进给速度为40mm/s、压铆头进给速度为15mm/s，压铆头进给距离为19mm，压铆力大小为22000N；
步骤2，调整法矢，保证压铆进给方向与壁板垂直，此时压铆头前端面与衬套的前端面齐平，长度计的读数为0.46mm；
步骤3，控制系统通过PLC给出启动信号到衬套气缸的气动控制电磁阀，衬套伸出贴紧壁板表面后锁死，此时长度计的读数为20.1mm，则衬套前端面与压铆头前端面间的实际距离为19.64mm；
步骤4，控制系统通过PLC给出启动信号到墩紧驱动电机，压铆顶杆开始进给运动，此时压铆头做位置闭环控制，压铆过程中读取长度计的读数X，则进给轴的实际进给量Z1＝20.1-X；
步骤5，进给过程中，根据已经设定的进给量15mm，与进给轴的实际进给量Z1做对比，计算出进给误差△Z＝Z1-15；
步骤6，将进给误差△Z反馈给控制系统，补偿机械传动和电器控制带来的误差；
步骤7，当压铆头与铆钉钉杆接触后，力传感器检测到接触力信号，系统切换到力闭环控制，压铆过程中的压铆力为F1，计算进给的压铆力误差△F＝22000-F1；
步骤8，将压铆力误差△F反馈给控制系统，补偿机械传动和电器控制带来的误差；
步骤9，当进给量达到设定的压铆力22000N时，墩紧驱动电机制动，停止运动，此时获得较精确的压铆力，通过实际的加工数据可以保证压铆力的误差控制在5％以内；
步骤10，压铆结束后，控制系统通过PLC给出回零信号，墩紧驱动电机反转，压铆头回到初始位置；再启动衬套气缸缩回衬套，完成压铆过程。
因为力位移移混合控制方法是先采用位置闭环控制再切换到力闭环控制，为了能够保证力传感器检测到压铆头和铆钉接触的压铆力，位置控制控制阶段的进给量要保证压铆头前端面能到达铆钉前端面，例如铆钉钉杆的长度为11mm，壁板厚度为6mm，则铆钉钉杆露出的长度为5mm，设定的进给量为15mm，满足19＞19.64-6。
如果因为参数设置不当(设定压铆力过大，难以达到)或其他意外情况，压铆过程中有可能出现压铆力未达到设定值而压铆头一直进给，超过允许的限度顶伤壁板，为避免出现这种危险，通过PLC设置软限位，压铆头的进给距离最大为19mm，超过这个值系统自动报警，墩紧电机反转退回原位。
该方法既保留了力闭环控制可以精确控制压铆力的优点，又通过利用位置闭环控制可以精确、稳定控制压铆头进给的优点，克服了系统未出现压铆力时的不稳定阶段。该方法可以满足压铆工艺中对压铆力控制的要求。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。