飞机装配自动制孔刀具技术浅谈

飞机装配自动制孔刀具技术浅谈

吕远东

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司   黑龙江哈尔滨 150000

摘要：随着航空产品的不断更新换代，飞机制造业面临着不断提高制造与装配效率、改善机体疲劳与安全性能的挑战。为此，飞机装配自动制孔刀具技术应运而生，它结合了自动化、激光跟踪辅助测量、移动平台导轨和终端执行器等技术，构建了航空材料的高效、高精度柔性制孔系统。这种技术不仅提高了制孔质量和效率，还改善了工人工作环境，是当今飞机装配制造业的发展趋势。

关键词：飞机装配；自动制孔；刀具技术

飞机装配自动制孔刀具技术是一种高效、高精度的柔性制孔系统，它结合了自动化、激光跟踪辅助测量、移动平台导轨和终端执行器等技术。这种技术能够极大地提高飞机的制造与装配效率，改善机体疲劳与安全性能，同时将工人从恶劣、危险的劳动环境中解放出来。这也是当今飞机装配制造业的发展趋势。制孔技术的关键是正确选择和使用专用的切削刀具，以获得理想的孔和减少粉尘污染。

1.自动制孔刀具技术的基本原理

当自动制孔刀具系统进行加工时，首先需要通过传感器和机器视觉系统对工件进行识别和定位。传感器可以检测工件的位置和姿态，而机器视觉系统则可以通过图像处理技术对工件进行精确的测量和识别。这些信息将为接下来的加工提供重要的参考。在确定工件的位置和姿态后，系统将根据预设的加工参数和刀具路径，通过机器人手臂调整刀具的位置和姿态。在这个过程中，系统需要不断监测刀具的状态，包括刀具的磨损和切削力的变化等。如果发现刀具的磨损超过允许范围，系统将自动更换刀具，以确保加工的顺利进行。在调整刀具的位置和姿态后，系统将根据感知到的信息做出决策，进一步调整切削参数和刀具的位置。这个过程是基于机器视觉系统和控制系统的智能决策，以确保加工质量和效率。最后，系统将通过机器人手臂执行决策，完成加工过程。在这个过程中，系统需要不断优化算法和控制策略，以提高感知的准确性和决策的智能性，进而提高加工质量和效率。自动制孔刀具技术的工作原理是基于传感器和机器视觉系统的“感知-决策-执行”三个步骤。通过不断优化算法和控制策略，系统可以实现对刀具和工件的精确感知和决策，进而提高加工质量和效率。

2.刀具的材料和设计

2.1刀具材料选择

自动制孔刀具系统常用的刀具材料包括高速钢、硬质合金、陶瓷等。根据不同的加工需求和材料特性，需要选择合适的刀具材料。例如，高速钢具有较好的韧性和耐磨性，适用于加工硬度较高的材料；硬质合金具有高硬度和耐磨性，适用于加工硬度较高的金属材料；陶瓷具有高硬度和耐磨性，适用于加工硬度较高的非金属材料。

2.2刀具设计要求

刀具的设计需要考虑切削力、切削温度、刀具寿命等因素，以确保加工质量和效率。例如，刀具的切削刃口需要具有高硬度、高耐磨性和高韧性等特性，以确保刀具在切削过程中不磨损或少磨损；刀具的柄部需要具有高刚度和高精度等特点，以确保刀具在加工过程中稳定和精确；刀具的整体结构需要考虑到排屑和冷却等因素，以确保加工过程中不出现堵塞和过热等问题。

2.3刀具参数选择

2.3.1刀具材料

刀具材料的选择需要根据制孔的材料和加工要求进行考虑。常用的刀具材料包括硬质合金、高速钢、陶瓷和超硬材料等。硬质合金刀具具有高硬度、高耐磨性和良好的热稳定性，适用于加工硬度较高的材料；高速钢刀具具有较好的韧性和耐磨性，适用于加工硬度较低的材料；陶瓷刀具具有高硬度、高耐磨性和良好的化学稳定性，适用于加工硬度很高或非金属材料；超硬材料刀具如金刚石和立方氮化硼等具有极高的硬度和耐磨性，适用于加工难加工的材料。

2.3.2刀具几何形状

不同的刀具几何形状适用于不同的加工要求，如平面、圆柱面、曲面等。常用的刀具几何形状有平底刀、碗刀、柱刀等。平底刀适用于平面或凸面的制孔加工，碗刀适用于曲面的制孔加工，柱刀适用于圆柱面的制孔加工。

2.3.3刀具尺寸

尺寸需要根据制孔的大小和加工要求进行选择。刀具的直径和长度等尺寸参数直接影响制孔的精度和效率。一般来说，刀具的直径越小，制孔的精度越高，但加工效率较低；刀具的直径越大，加工效率越高，但制孔的精度可能较低。此外，刀具的长度也需要根据加工要求进行选择，过短的刀具会影响加工质量，过长的刀具会增加加工时间。

2.3.4刀具涂层

涂层可以增加刀具表面的硬度和耐磨性，降低切削力和切削热，提高刀具的使用寿命。常用的刀具涂层包括TiC、TiN、TiCN等，可以根据加工要求进行选择。

2.3.5切削参数

切削参数的选择对制孔的质量和效率也有很大的影响。切削速度、进给速度和切削深度等参数需要根据加工要求进行选择。切削速度过慢或进给速度过快会导致切削力增大，增加刀具的磨损，切削速度过快或进给速度过慢会导致切削热增加，影响制孔的质量。切削深度需要根据制孔的深度和材料硬度进行选择，过大的切削深度会导致刀具的磨损加剧，过小的切削深度会影响加工效率。

3.自动制孔刀具技术的优势

自动制孔刀具技术是现代飞机装配制造业的重要技术，其优势主要体现在以下几个方面。首先，它能够显著提高生产效率，缩短生产周期，减少工人的培训时间和费用，同时提高飞机装配的质量和一致性。其次，自动制孔刀具技术具有更高的精度和一致性，可以减少人为操作误差，提高孔的质量和一致性。此外，它具有较强的适应性，可以适应不同的材料和孔径要求，并且可以自动调整参数，提高生产效率。同时，它可以降低工人的劳动强度，提高工作效率，改善工作环境，降低人为因素对产品质量的影响。最后，自动制孔刀具技术还可以降低生产成本，减少资源的浪费，实现高效、高质量的孔加工。

自动制孔刀具技术通过高精度、高效率的孔加工，提高了飞机装配效率和质量，缩短了生产周期，降低了生产成本。同时，它也减少了工人的培训时间和费用，提高了工作效率和产品质量。这些优势使得自动制孔刀具技术在飞机装配制造业中得到了广泛应用。

4.主要技术分析

首先，金刚石涂层刀具是在刀刃上涂覆一层金刚石膜，这层膜具有高硬度、高耐磨性和高导热性，可以有效地切割复合材料。金刚石涂层刀具具有较长的使用寿命，并且能够实现高质量的孔加工。使用金刚石涂层刀具时，需要采用湿式加工，即不断注入冷却剂，以降低刀具和材料的温度，减少热损伤。其次，PCD（聚晶金刚石）铣刀也是一种常用的加工复合材料的刀具。PCD铣刀具有高硬度、高耐磨性和高抗冲击性，能够实现高效、高质量的孔加工。PCD铣刀的加工效率高，使用寿命长，适用于高速加工。与金刚石涂层刀具一样，PCD铣刀也需要采用湿式加工，并注意控制加工温度，以减少热损伤。除了刀具的选择，针对复合材料的自动制孔还需要采用一些特殊的加工工艺。湿式加工是在加工过程中不断注入冷却剂，以降低刀具和材料的温度，减少热损伤。湿式加工可以有效减少复合材料的烧伤和分层，提高孔加工质量。

结束语：

综上所述，自动制孔刀具技术是飞机装配过程中不可或缺的技术手段，它通过结合自动化、激光跟踪辅助测量、移动平台导轨和终端执行器等多种技术，实现了对飞机装配过程的精确控制和优化。它不仅可以大幅度提高飞机装配效率，还可以减少工人的劳动强度和风险，确保飞机的安全性和性能。随着科技的不断进步和创新，相信自动制孔刀具技术将继续发展和完善，为飞机制造业的发展和进步做出更大的贡献。

参考文献：

[1]李海伟,潘新,张辉等.自动制孔技术在某飞机装配中的应用研究[J].航空制造技术,2021,64(21):84-89+95.

[2]罗群,薛宏,刘博锋等.飞机自动制孔离线编程数据准确提取技术[J].航空制造技术,2021,64(04):97-102.

[3]王良,郭春英.飞机装配制孔技术发展浅析[J].航空制造技术,2017(Z2):88-92+102.

[4]唐臣升,王巍.飞机装配自动制孔刀具技术研究[J].航空制造技术,2015(06):43-46.