空氣板線外導體校正裝置的研制成果介紹

1、 “空氣板線外導體校正裝置的研制”成果介紹中電集團三十八所 李俊濤、齊浩軍、丁慶文一、概述中電集團第38研究所是我國雷達重點研究所，空氣板線外導體是雷達上的重要零件之一，當前普遍運用于XX29、X05等產(chǎn)品上，它的質量好壞直接關系到雷達的性能?？諝獍寰€外導體質量的主要指標之一就是直線度和平面度，這一點，以往一直是靠鉗工手工校直來保證的。因而，空氣板線外導體的校直是保障雷達性能的的重要環(huán)節(jié)之一。二、選題理由（一）問題的提出隨著我所的研發(fā)能力不斷加強，產(chǎn)品品種、數(shù)量不斷增多，原來靠敲敲打打的生產(chǎn)模式不再能夠滿足日益增長的生產(chǎn)需求。板線外導體的加工在制造部機加分廠占有相當大的比重，周期長、任務重。結

2、合我所開展的可制造性專題活動，制造部機加分廠相關人員在上級領導及有關部門的支持下，經(jīng)過多次討論，深入生產(chǎn)現(xiàn)場,經(jīng)分析后決定實施空氣板線外導體加工項目。（二）空氣板線外導體的校直情況的調查研究XX29空氣板線外導體的基本結構和工作流程：寬邊校直校 扭窄邊校直校 平 面YYYY檢驗齊套2005年4月2005年5月，我小組對20根XX29空氣板線外導體的校直情況進行了調查和分析：序號寬邊校直校 扭窄邊校直校 平 面（鐵錘敲打）（工裝扳扭）（工裝壓直）（鐵錘敲打）時間M次數(shù)時間M時間M時間M次數(shù)135288101075124623330512970135533729781274141642831671

3、172117353232711966137763631361071138273129510127312568342918117210979303229127015401029313713681372113530111106714661237294141272129213322939117511341436329109781528153335012874135616313127117214811734324117711254183629881369153219353461012661221203233479721408平均33312911711344百分比26.6%7.3%8.8%57.3%注：

4、鐵錘重8磅（8×4.448235.59N），上下行程10CM，每次做功=35.59N×0.1M=3.56J；每根空氣板線外導體的校直，鐵錘在和中共做功=（312+1344）×3.56=5895.36J6000J。根據(jù)流程各環(huán)節(jié)鐵錘敲打次數(shù)統(tǒng)計繪制的排列圖：從排列圖中可以看出，鐵錘敲打的校平面和寬邊時間合計占總工作時間的83.9%。三、設定課題目標（一）目標值的設定目標二校直勞動強度由6000J/根降為1200J/根，降低80%目標一校直效率由4根/天提高到6根/天，提高50%（二）設定理由1.每根板線校直，新工裝只需約1Kg力拉動約20多次滾動的裝置，而原先要揮動

5、約2Kg鐵錘50余次，1-(1Kg×20)÷(2Kg×50)×100%=80%故新方法降低80%是可能實現(xiàn)的；2.一般的有效勞動在40%左右，新工裝的校正頻率約10次，是人工的五倍，(每天工作時間U÷(U×60%)÷每天生產(chǎn)件數(shù)V+(U×40%)÷V)÷5)÷V-1)×100%=47%,故校直效率提高50%是可能實現(xiàn)的；3.從技術角度來說，雖然沒有現(xiàn)成的校正裝置，但我們對現(xiàn)成的成熟技術進行組合運用，基本能夠滿足我們的目標要求。4.由于GB3869-1997體力勞動強度等級規(guī)定

6、的測試方法太過專業(yè)，本小組不具備測量技術和手段，故用做功的概念來表示勞動力的投入多少。四、提出方案并確定最佳方案（一）總體方案的提出采用頭腦風暴法，針對課題目標提出兩個總體解決方案，并從以上六個方面進行了對比：總體方案模具整體成型效果機械手整形效果研發(fā)周期模具整體成型，除了考慮模具的上下腔體的結構尺寸的設計、加工精度的工藝性以外，還要考慮沉重腔體運動的操作機構，因而結構復雜，研發(fā)周期至少半年，加上試驗完善時間，需要一年以上時間，不能立竿見影地解決迫在眉睫的問題。整形機械手，其原理是模仿人體敲擊空氣板線外導體的動作，是成熟的工藝方法，無需再經(jīng)過論證；且整個設計過程采用模塊化設計，各個模塊都是成熟

7、技術，相應地只需將各模塊進行組合協(xié)調。因而設計周期較短，到試投產(chǎn)也就半年時間。優(yōu)制造成本由于空氣板線外導體長度約6.5m，寬近20cm，高約3cm，因而其模具腔體外形尺寸大，制造成本高；要讓如此龐大沉重的腔體靈活地運作，必然配備復雜的操作系統(tǒng)，增加其制造成本，估計制造成本在20萬元以上。采用可移動式整形機械手，可以不受空氣板線外導體長度限制，因而其外形不至于過于龐大；再加上其由各成熟模塊組成，因而成本更低；其中許多部件可以考慮用生產(chǎn)中的邊角料在我們自己的設備上加工出來，整體成本不會超過5000元。優(yōu)應用范圍 模具自身的特點決定了一件一模，XX5、XX29、4XXA等都得有其自己的空氣板線外導體

8、的模具，適用性差，柔性不足，相應地增加了制造成本，占用大量空間。整形機械手由于它的可移動性和可伸縮性，因而對不同類型的空氣板線外導體都可以在同一個整形平臺上完成，不但節(jié)約了制造成本，還節(jié)省了大量空間。優(yōu)生產(chǎn)效率 生產(chǎn)效率高，一次可以解決整形的四個部位；且每次整形周期較短，約10分鐘；每天大約整形空氣板線外導體40件。生產(chǎn)效率能夠提高10倍，達1000%。優(yōu)整形機械手由于其基本原理是模仿人手工作時的動作，因而它的生產(chǎn)效率不是特別高，它只是確定動作的一致性和減少員工疲勞而間接提高生產(chǎn)效率。勞動強度 由于機械化、自動化程度較高，因而操作者的勞動強度非常低，模具成型每根板線的勞動強度大約是600J，相

9、對手工勞動強度降低至少在90%以上。優(yōu)整形機械手代替員工手工敲擊，能夠解決部分的工作時間占工作總時間的84%；使該部分勞動強度由6000J/根下降到1200J/根，下降幅度達80%以上。整形效果 板線因拉制成型在內部會產(chǎn)生較大的集中應力，在用模具成型過程中，應力沒有得到釋放，在整形過后還會產(chǎn)生自然時效，發(fā)生變形。除非增加去應力退火或振動去應力工序，配合模具成型循環(huán)進行，而該工序在我廠內部無法實現(xiàn)。 整形機械手其基本原理是模仿人手工作時的動作，它在敲擊凸起部分使之發(fā)生塑性變形的同時，通過振動的功效消除了板線拉制成過程中產(chǎn)生的集中應力，避免了在時效過程中由于較大應力釋放而產(chǎn)生的變形。優(yōu)確定課題目標

10、后，小組人員集思廣益，采用頭腦風暴法，確定了研制方案所需的六種因素，以及這六種因素的相互關系：在滿足整形效果的前提下，去提高生產(chǎn)效率和降低勞動強度，同時兼顧研發(fā)周期、應用范圍和制造成本。生產(chǎn)效率整形效果勞動強度研發(fā)周期應用范圍制造成本我們對這兩種方案進行平衡優(yōu)劣，從實施成本角度對比論證：方 案整形效果生產(chǎn)效率勞動強度研發(fā)周期應用范圍制造成本合 計模具整體成型45000元00500000200000400000695000機械手整形01800元1500元1000元02000元6300元備 注與現(xiàn)行工藝相比，需額外增加的工序成本達到模具成型效率所要增加的成本達到模具成型勞動強度所要增加的成本研發(fā)周

11、期的直接成本及周期影響生產(chǎn)的成本今后擴展應用所要增加的成本直接生產(chǎn)的材料費和加工費（含外購件） 經(jīng)論證，滿足相同整形效果并達到相同生產(chǎn)效率和勞動強度的情況下，模具整體成型的投入成本遠遠大于機械手成形，因而我們決定采用“機械手整形”方案。（二）確定最佳方案整形機械手理論上由工作模塊、支撐模塊、移動模塊和控制模塊四部分組成：1.工作模塊的確定方案一： 我們首先想到的是夯錘，但經(jīng)過查相關資料，夯錘的系列尺寸和力度都過大，不適用；方案二： 我們遂想到有類似功能的頂鉚槍：1 首先對頂鉚槍的規(guī)格性能進行了對比試驗：我們先使用工程中心的頂鉚槍（M31）進行試驗：M31頂鉚槍試驗數(shù)據(jù)試 驗 點12345平均效

12、果打擊次數(shù)231921242823頻率較高沖擊力較小我們又使用鈑金裝配組的頂鉚槍（7X）進行試驗：試 驗 點12345平均效果打擊次數(shù)111411121012頻率稍高 沖擊力稍小我們又購買了頂鉚槍（9X）進行試驗：試 驗 點12345平均效果打擊次數(shù)958677頻率正常 沖擊力尚可參考頂鉚槍系列參數(shù)表參數(shù)，我們工作模塊選擇了9X頂鉚槍，其工作氣壓0.63MPa，在我廠供氣氣壓（0.8 MPa）范圍內；其工作頻率15Hz，最接近手工工作頻率（5 Hz）；其沖擊功為20J，大于手工敲擊力度（3.56J），可以減少敲擊次數(shù)；同時，我們通過上述對比試驗也驗證了這一點。 隨后，我們對接嘴進行了試驗：原接

13、嘴截面太小，易形成點壓力，不易形成平整面，我們試驗了兩種方案：PDCA方案一：分體式分為工作部和沖擊部，沖擊部先與回位彈簧裝于槍管上，再裝工作部，安裝方便螺紋根部應力較為集中，長時間沖擊，造成疲勞破壞，產(chǎn)生斷裂。將相關試驗結果記錄文件中：不宜采納。方案二：整體式工作部和沖擊部為一體，靠安裝孔用螺釘固定于槍管上，安裝不是很方便不存在疲勞破壞而產(chǎn)生斷裂，接嘴使用壽命長。將相關試驗結果記錄文件中：宜采納。通過對比試驗，我們確定使用整體式接嘴。接嘴直接工作于工件表面，會破壞工件的表面質量。因而，我們在接嘴直和工件表面之間，用墊塊加以保護：PDCA材料一：無硫橡膠板28401墊在工件表面校平墊層太薄，沒

14、有起到隔墊的作用。將相關試驗結果記錄文件中：不宜采納。材料二：硅橡膠板61444墊在工件表面校平墊層厚度尚可，但沖擊力沒能得到有效的擴散，對于每點來說效果較好，對于一個區(qū)域的面來說，還不夠理想。將相關試驗結果記錄文件中：不宜采納。材料三：航空海綿橡膠板HM10220墊在工件表面校平 墊層太厚，沖擊能量大部分被吸收，沒能起到有效的校平效果。將相關試驗結果記錄文件中：不宜采納。材料四：環(huán)氧玻璃布板32403墊在工件表面校平墊層厚度適中，能夠有效地將沖擊力在區(qū)域的面上傳播，校平效果良好。將相關試驗結果記錄文件中：宜采納。 根據(jù)上述對比試驗，在接嘴直和工件表面之間，保護墊塊采用的材料為：材料四-環(huán)氧玻

15、璃布板3240 工作模塊確定為方案二。2. 支撐模塊的確定支撐模塊我們從攻絲機上得到啟發(fā)，但不同之處是：攻絲機每次用后自動彈起復位，它垂直向下的作用力要求較??；而整形機械手垂直向下的作用力要求相對稍大一點，我們不需要太大的復位彈力，避免操作者向下過度用力，造成不必要的疲勞。由于9X頂鉚槍重2.72kg，而攻絲機重1.9kg，因而我們要確定氣彈簧的數(shù)量、規(guī)格以及支點的位置，為此我們做了一系列的試驗：氣彈簧數(shù)量規(guī)格對比試驗氣彈簧數(shù)量規(guī)格對比試驗數(shù)量型號工作行程舉力效果單根彈簧SIP3212A93mm200N舉力不夠，頂鉚槍不能復位彈起SIP3201A200mm450N舉力過大，頂鉚槍用力才能按下兩

16、根彈簧SIP3212A93mm200N舉力與重力相等，頂鉚槍基本可以停放任意位置氣彈簧支點位置對比試驗氣彈簧支點位置對比試驗試驗內容具體位置效果實物圖根據(jù)彈簧彈力公式F=kx及力矩公式T=Fl確定彈簧支點的大致位置，再通過試驗在大致位置范圍內確定準確位置，以達到頂鉚槍可以停放任意位置的目的。左端舉力較弱，頂鉚槍容易下垂中間舉力偏弱，頂鉚槍較易下垂右端舉力較好，頂鉚槍上下均衡通過上述對比試驗確定支撐模塊的可行方案為：選用型號為SIP3212A的氣彈簧兩根，其支點為右端孔位，結合工作托架、四連桿、支撐桿、轉軸等形成支撐模塊。3. 移動模塊的確定攻絲機的底盤是固定的，無法滿足我們的移動要求，我們因此

17、設計了移動模塊，用以承載其它三個模塊在校正平臺上進行移動。它由四個部分組成：承載平臺；滾動機構；利用T形槽導向的雙向滾動導向銷；利用T形槽鎖緊的防傾覆機構。PDCA承載平臺方案一：軌道式導軌式結構復雜，制作復雜，占用空間影響同一平臺的其余操作動作不宜采用方案二：滾輪式滾輪式考慮其重量既要能平衡支撐模塊和工作模塊的重量，又不能太占空間外形50×150×400又不占空間重量約25kg可平衡支撐模塊和工作模塊的重量將相關結果記錄到設計文件中:基本實現(xiàn)預期的目標。PDCA滾動機構滾動機構由滾動軸承、軸和軸套組成，確保承載平臺的重心盡可能的低，以保安全；又要有足夠的強度支撐承載平臺2

18、5kg的重量滾動靈活，承載平穩(wěn)，無任何晃動和震動。支撐模塊和工作模塊在承載平臺可以任意操作將相關結果記錄到設計文件中:基本實現(xiàn)預期的目標。PDCA導向銷利用校正平臺自身所帶的T形槽，用導向銷導向，確保承載平臺沿直線行進。承載平臺沿T形槽直線行進將相關結果記錄到設計文件中:基本實現(xiàn)預期的目標。PDCA防傾覆機構防止承載平臺在意外情況下傾覆，利用倒T形機構勾住T形槽寬邊。即使用手有意來掀翻承載平臺也難以達到將相關結果記錄到設計文件中:基本實現(xiàn)預期的目標。通過上述系列試驗確定移動模塊的可行方案為：承載平臺、滾動機構、滾動導向銷和防傾覆機構。4. 控制模塊的確定由于頂鉚槍系列為曲柄，開關位于曲柄部位，

19、不利于直握操作，因而我們計劃將其開關移至槍柄部位。方案一：直接改造頂鉚槍：由于頂鉚槍的結構復雜，且無改造的空間和余地，故此方案不可行。方案二：利用機械的杠桿原理，將開關動作移至槍柄部位方案三：利用電磁閥，實現(xiàn)用電開關控制氣開關的目的我們通過上述對比試驗確定了方案三為可行方案。通過分析及評估，小組找出了實現(xiàn)目標的最終最佳方案（樹圖）：五、制定對策六、對策實施實施一 工作模塊的研制PA根據(jù)9X頂鉚槍和接嘴及墊塊的綜合使用，調整系統(tǒng)壓力，以及槍口與墊片的距離，確定理想的沖擊力和沖擊頻率，達到最理想校平效果。將試驗數(shù)據(jù)納入操作指導書中，作為工藝編制和實際操作的指導依據(jù)。DC在不同的系統(tǒng)壓力及工作距離下

20、，經(jīng)過反復多點的試驗，獲取最理想校平效果的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。負責人：胡建裕 時間：05.08.03 地點：西廠房從試驗數(shù)據(jù)表中可以看出，在0.63MPa系統(tǒng)氣壓下，校正次數(shù)最少；在0.9 cm的工作距離下，校正次數(shù)最少。所以我們確定系統(tǒng)氣壓為0.63MPa、工作距離為0.9 cm。最終最佳方案圖對策表方案對策目標措施研制空氣板線外導體校正裝置-整形機械手工作模塊研制為了使工作模塊有效地替代手工敲擊，必須確定出工作模塊的最佳工作壓力和工作距離，使之能夠達到合格的校正效果。連續(xù)調整9X頂鉚槍系統(tǒng)壓力，以及槍口與墊片的距離，找到達到合理的沖擊力和沖擊頻率下的最佳壓力和距離。支撐模塊的研制使整形機械手具有可伸

21、縮性，能夠涵蓋整形臺的寬度范圍，從而對不同類型的空氣板線外導體都可以在同一個整形平臺上完成，以節(jié)約制造成本和空間。確定四連桿的尺寸，使頂鉚槍有一定的前后、左右活動區(qū)域；采用機箱立柱鋁型材作為方管材料，減輕支撐模塊重量和降低制造成本。 移動模塊的研制使整形機械手可以移動，避免受空氣板線外導體長度限制，寬度不影響板線的擺放；同時要考慮其重量能夠平衡支撐模塊和工作模塊的重量不至于傾覆。采用45#厚鋼板，設計合理長寬高尺寸，在確保重心穩(wěn)定的情況下不占用板線空間；采用軸承作為移動部件?？刂颇K使操作和控制合二為一，操作方便。利用微動開關、兩位三通電磁閥，實現(xiàn)用電開關控制氣開關。整體安裝整體裝配后能夠方便

22、有效地工作。為使效率更高，配備兩套系統(tǒng)同時工作；制作配套的線路移動系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。實施二 支撐模塊的研制PA確定四連桿的尺寸，使頂鉚槍有一定的前后、左右活動區(qū)域；采用骨架型材YX731作為上下連桿的方管材料、前立柱型材CFXC26作為支撐桿的方管材料，減輕支撐模塊重量和降低制造成本。將試驗數(shù)據(jù)納入操作指導書中，作為工藝編制和實際操作的指導依據(jù)。DC校正平臺寬度：500mm，支撐模塊理論伸展范圍：114工作托架+380四連桿+48連接座+328支撐桿=870mm負責人：齊浩軍 時間：05.08.09 地點：西廠房實際測量數(shù)據(jù)：最遠端：860mm平臺W500mm能夠實現(xiàn)最邊角的校正，以往手工校正鐵

23、錘太大，人手無法準確把持。實施三 移動模塊的研制PA確定移動模塊最佳寬度：寬度越寬，重心越低，整個裝置越平穩(wěn)；但寬度不能占用校正平臺用于校正空氣板線外導體的空間。將試驗數(shù)據(jù)納入操作指導書中，作為工藝編制和實際操作的指導依據(jù)。DC我們還采用GB/T281-94的61808滾動軸承（D52d40B7）作為滾輪、605滾動軸承（D14d5B5）作為導向滾輪。（CAD設計圖） 校正平臺寬度校正平臺寬度：500mm移動模塊寬度：150mm負責人：胡建裕 時間：05.08.15 地點：西廠房 平臺W500-移動模塊寬150mm板線寬176mm 根據(jù)力矩公式，頂鉚槍的傾覆力矩=2.72×9.8&#

24、215;0.87=23.19N.m；移動模塊的傾覆力矩=25×9.8×0.17=41.65N.m；頂鉚槍的傾覆力矩移動模塊的傾覆力矩，所以整個裝置很平穩(wěn)。實施四 控制模塊的研制PA利用電磁閥，實現(xiàn)用電開關控制氣開關。將試驗數(shù)據(jù)納入操作指導書中，作為工藝編制和實際操作的指導依據(jù)。DC將頂鉚槍的自身開關強制為常開，兩位三通電磁閥設為常閉（一位堵頭封閉），槍管處微動開關閉合時電流控制電磁閥打開，頂鉚槍開始工作。調理組合可以調節(jié)系統(tǒng)氣壓，將管道壓縮空氣由0.8MPa調到0.63MPa以下，并可對管道壓縮空氣進行過濾和添加潤滑油。負責人：齊浩軍 時間：05.08.24 地點：西廠房根

25、據(jù)該原理圖，我們選擇的體積小巧、動作靈敏的微動開關，能夠快速反應我們手指的控制動作，并使之在電磁閥上得到實現(xiàn)。實施五 整體安裝調試PA先進行整體結構安裝，協(xié)調各模塊結構尺寸的正確配合；再協(xié)調各模塊操作的靈活性，能否輕松地將頂鉚槍上下左右移動，以及輕松將整個整形裝置左右拖動；最后協(xié)調工作模塊、控制模塊開關的靈活性、電磁閥反應的延滯性等。將試驗數(shù)據(jù)納入操作指導書中，作為工藝編制和實際操作的指導依據(jù)。DC供電及供電系統(tǒng)通過校正平臺側面的懸掛鋼絲，可以隨校正裝置左右伸縮移動；為提高工作效率，在同一平臺兩端各安裝一臺校正裝置同時工作；在移動模塊上還安裝了照明設施，既方便工作又節(jié)約能源。負責人：齊浩軍 時

26、間：05.08.30 地點：西廠房照明對比兩套裝置同時工作七、效果檢查1.目標完成情況：從2005年9月26日至2005年9月30日五天內，采用整形機械手對XX29空氣板線外導體進行校正，共校正32根，平均每天校正6.4根，超過了6根/天的目標值；生產(chǎn)效率提高了60%，超過了提高50%的目標值。因而，我們的目標一順利完成了。我們記錄了2005年9月26日至2005年9月30日五天內，采用整形機械手對XX29空氣板線外導體進行校正的某批次的10根的調查表：序號寬邊校直校 扭窄邊校直校 平 面（鐵錘敲打）（工裝扳扭）（工裝壓直）（鐵錘敲打）時間M次數(shù)時間M時間M時間M次數(shù)12412211115052521112691348571323126984959641813461049491522139109445806241306124858072112210104952982312271349462920134121248647101913081146575平均