一种气动锤铆过程模拟和监测的实验台及方法与流程

本发明涉及装配制造领域，尤其涉及一种气动锤铆过程模拟和监测的实验台及方法。

背景技术：

在装配制造领域，机械连接是零部件之间连接的重要连接方法，机械连接铆接连接时机械连接中非常重要的连接方式。铆接具有低风阻系数、性能稳定、寿命长、密封性好等优点而被广泛应用于航空航天领域。

目前，为了保证铆接的高效率和连接质量的一致性，国外研发了采用压铆方式的自动钻铆设备，但由于该设备只能用于开敞部位且存在法向检测不准确等问题，其使用受到很大限制。因此，开敞性差的连接部位，只能采用气动锤铆的方式。气动铆枪结构简单、结实轻便，目前国内气动锤铆的自动化水平较低，主要以人工手持铆枪进行铆接的方式为主，这种铆接的方式以工人的现场经验为指导，存在铆接质量一致性不高的缺点。为此进行气动锤铆自动化研究，需要对气动锤铆过程中不同工艺参数的影响进行探究。如何针对各种工况，确定气动锤铆过程工艺参数，如进给量、预紧力、气压、铆接次数等成为锤铆工艺的核心问题。目前，关于气动锤铆的工艺参数均被各大总装厂所封锁，如何以铆接质量为目标对铆接的工艺参数进行探究成为一个急需解决的难题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种气动锤铆过程模拟和监测的实验台及方法，能够探究不同工艺参数下气动锤铆的铆接质量，为寻找气动锤铆过程的最优工艺参数范围提供科学依据。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够探究不同工艺参数下气动锤铆的铆接质量，为寻找气动锤铆过程的最优工艺参数范围提供科学依据的设备及方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种气动锤铆过程模拟和监测的实验台，包括底座、前支架、后支架、中间支架、第一电动推杆、铆枪、铆枪夹紧装置、顶铁、铆接板、铆钉；所述底座固定设置；所述前支架固定设置在所述底座的前端，所述后支架固定设置在所述底座的后端，所述中间支架设置在所述前支架和所述后支架之间，所述中间支架的下端活动安装在所述底座上，所述中间支架的下端与所述底座构成前后方向的滑动副，所述中间支架的下端与所述底座的滑动方向垂直于所述后支架的前端面；所述第一电动推杆设置在所述前支架和所述中间支架之间，所述第一电动推杆的固定端固定安装在所述前支架上，所述第一电动推杆的伸长端固定安装在所述中间支架上，所述第一电动推杆的伸长方向为前后方向；所述铆枪夹紧装置固定安装在所述中间支架的上端，所述铆枪通过所述铆枪夹紧装置固定于所述中间支架的上端，所述铆枪的工作端正对且垂直于所述后支架的前端面；所述顶铁固定设置在所述后支架的前端面上，所述铆接板设置在所述铆枪和所述后支架之间，所述铆接板固定安装在所述顶铁上。

进一步地，还包括传感检测系统，所述传感检测系统包括力检测传感器，位置检测传感器；所述力检测传感器被配置为检测所述顶铁受到的冲击力，所述位置检测传感器被配置为检测所述中间支架的位置。

进一步地，所述中间支架的下端与所述底座构成的滑动副包括滑板、滑块，所述滑板为长方体构件，所述滑板的下表面固定安装在所述底座的上表面，所述滑块为长方体构件，所述滑块的上表面固定安装在所述中间支架的下端面，所述滑块的下表面设置有凹槽，所述凹槽的底面与所述滑板的上表面接触，所述凹槽的两侧面与所述滑板的两个侧面构成小间隙配合。

进一步地，还包括气动控制系统，所述气动控制系统包括气动软管、气动比例阀、气动开关、气源，所述气动软管依次连接所述铆枪的进气口、所述气动比例阀、所述气动开关和所述气源，所述气动比例阀为电控比例阀，所述气动比例阀被配置为调节进入所述铆枪的气体的压力和时间，所述气动开关被配置为控制所述气源的气体进入所述气动比例阀的通和断。

进一步地，所述气动开关为第二电动推杆。

进一步地，所述铆接板为带锪窝孔的铝板，所述铆钉设置在所述铆接板的钉孔内。

进一步地，还包括铆接板定位夹紧装置，所述铆接板定位夹紧装置包括定位安装背板、固定压板、螺钉，所述铆接板通过所述固定压板固定安装在所述定位安装背板的前端面，所述固定压板与所述定位安装背板通过所述螺钉螺纹连接，所述定位安装背板的后端面固定在所述顶铁的前端面上。

进一步地，还包括数据处理系统，所述数据处理系统被配置为对所述传感检测系统采集的数据进行接收、存储、处理、分析和输出。

进一步地，所述力检测传感器为三轴力学传感器，所述三轴力学传感器安装在所述顶铁的几何中心上，所述三轴力学传感器和所述顶铁采用螺纹连接；所述位置检测传感器为激光距离传感器，所述激光距离传感器固定安装在所述后支架上。

本发明还公开了一种采用所述气动锤铆过程模拟和监测的实验台进行气动锤铆过程模拟和监测的方法，包括如下步骤：

步骤1：启动所述气动锤铆过程模拟和监测的实验台的电源开关，进行所述传感检测系统、所述第一电动推杆、所述第二电动推杆的调零操作；

步骤2：根据期望的工艺参数对所述第一电动推杆以及气动比例阀进行预设；

步骤3：将所述铆钉插入所述铆接板的钉孔内，之后将所述铆接板装入所述铆接板定位加紧装置，并拧紧所述螺钉；

步骤4：启动所述第一电动推杆将所述铆枪移动到预设的铆接位置，准备铆接；

步骤5：控制所述第二电动推杆，开始铆接；

步骤6：根据所述数据处理系统，监测铆接结果。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过第一电动推杆控制铆接进给量和预紧力，通过气动比例阀控制铆接气压和铆接时间，结构紧凑，工艺参数调节方便、覆盖范围广；

2、本发明通过气动比例阀，可以通过控制输入气压的曲线，实现机器铆接或人工铆接的模拟；

3、本发明对于各个工艺参数的模拟可以单独进行，可以检测单个工艺参数变化对于铆接质量的影响，以及每个因素影响的系数，可以快速实现不同工艺参数下铆接质量好坏的判定，从而获得不同直径和材料下铆钉合格的工艺参数范围；

4、本发明通过设定输入参数和对各参数的精确控制，能够保证多次铆接实验的重复性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的铆枪夹紧装置结构示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的铆接板和三轴力学传感器的安装示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的流程图。

其中：1-底座，2-前支架，3-滑板，4-第一电动推杆，5-铆枪夹紧装置，5.1-支撑台，5.2-紧固螺钉，5.3-上盖板，5.4-铆枪底座支撑台，6-铆枪，7-铆接板定位夹紧装置，7.1-固定压板，7.2-螺钉，7.3-定位安装背板，8-顶铁，9-后支架，10-三轴力学传感器，11-第二电动推杆，12-激光距离传感器，13-气动比例阀，14-中间支架，15-铆接板。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1：

如图1所示，本实施例公开了一种气动锤铆过程模拟和监测的实验台，包括底座1、前支架2、第一电动推杆4、铆枪夹紧装置5、铆枪6、铆接板定位夹紧装置7，顶铁8、后支架9、中间支架14、铆接板15、铆钉，传感检测系统，气动控制系统，数据处理系统；底座1固定设置；前支架2固定设置在底座1的前端，后支架9固定设置在底座1的后端，中间支架14设置在前支架2和后支架9之间，中间支架14的下端活动安装在底座1上，中间支架14的下端与底座1构成前后方向的滑动副，中间支架14的下端与底座1的滑动方向垂直于后支架9的前端面；中间支架14的下端与底座1构成的滑动副包括滑板3、滑块，滑板3为长方体构件，滑板3的下表面通过螺纹连接固定安装在底座1的上表面，滑板3的上表面设置有若干个润滑脂的出脂口，滑块为长方体构件，滑块的上表面固定安装在中间支架14的下端面，滑块的下表面设置有凹槽，凹槽的底面与滑板3的上表面接触，凹槽的两侧面与滑板3的两个侧面构成小间隙配合；第一电动推杆4设置在前支架2和中间支架14之间，第一电动推杆4的固定端固定安装在前支架2上，第一电动推杆4的伸长端固定安装在中间支架14上，第一电动推杆4的伸长方向为前后方向；铆枪夹紧装置5固定安装在中间支架14的上端，铆枪6通过铆枪夹紧装置5固定于中间支架14的上端，铆枪6的工作端正对且垂直于后支架9的前端面；顶铁8固定设置在后支架9的前端面上，铆接板15为带锪窝孔的铝板，铆钉设置在铆接板15的钉孔内，铆接板15设置在铆枪6和后支架9之间，铆接板15通过铆接板定位夹紧装置7固定安装在顶铁8上，通过第一电动推杆4的伸缩，推动中间支架14的前进和后退，进而带动铆枪夹紧装置5实现铆枪6的进给。

如图2所示，铆枪夹紧装置5包括支撑台5.1，紧固螺钉5.2，上盖板5.3，铆枪底座支撑台5.4，铆枪底座支撑台5.4和支撑台5.1前后固定安装在中间支架14的上端面，铆枪6的底座安装在铆枪底座支撑台5.4内，铆枪底座支撑台5.4的铆枪6安装位设置有台阶，用于限制铆枪6朝向前支架2方向的位移，铆枪底座支撑台5.4上方设置有紧固螺钉5.2，紧固螺钉5.2用于锁紧铆枪的底座；铆枪6的枪身通过上盖板5.3固定安装在支撑台5.1上。

如图3所示，铆接板定位夹紧装置7包括定位安装背板7.3、固定压板7.1、螺钉7.2，铆接板15通过固定压板7.1固定安装在定位安装背板7.3的前端面，固定压板7.1与定位安装背板7.3通过螺钉7.2螺纹连接，定位安装背板7.3的后端面固定在顶铁8的前端面上。

传感检测系统包括力检测传感器，位置检测传感器；力检测传感器被配置为检测顶铁8受到的冲击力，位置检测传感器被配置为检测中间支架14的位置；力检测传感器为三轴力学传感器10，三轴力学传感器10安装在顶铁8的几何中心上，三轴力学传感器10和顶铁8采用螺纹连接，用于直接检测顶铁传递的x、y、z三轴冲击力；位置检测传感器为激光距离传感器12，激光距离传感器12固定安装在后支架9上。

气动控制系统包括气动软管、气动比例阀13、气动开关、气源，气动软管依次连接铆枪6的进气口、气动比例阀13、气动开关和气源，气动比例阀13为电控比例阀，气动比例阀13被配置为调节进入铆枪6的气体的压力和时间，气动开关被配置为控制气源的气体进入气动比例阀13的通和断，本实施例气动开关为第二电动推杆11，实现铆枪6工作气压的通断控制。

数据处理系统被配置为对传感检测系统采集的数据进行接收、存储、处理、分析和输出。

如图4所示，采用本实施例公开的气动锤铆过程模拟和监测的实验台进行气动锤铆过程模拟和监测的方法，包括如下步骤：

步骤1：启动气动锤铆过程模拟和监测的实验台的电源开关，进行传感检测系统、第一电动推杆4、第二电动推杆11的调零操作；

步骤2：根据期望的工艺参数对第一电动推杆4以及气动比例阀13进行预设；

步骤3：将铆钉插入铆接板15的钉孔内，之后将铆接板15装入铆接板定位加紧装置7，并拧紧螺钉7.2；

步骤4：启动第一电动推杆4将铆枪6移动到预设的铆接位置，准备铆接；

步骤5：控制第二电动推杆11，开始铆接；

步骤6：根据数据处理系统，监测铆接结果。

实施例2：

在实施例1的基础上，第一电动推杆4替换为液压缸或其他可伸缩动力执行机构；滑板3和滑块的材质采用自润滑材料，滑板3和滑块之间不采用润滑脂润滑。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。