空气板线外导体校正装置的研制成果介绍

1、 “空气板线外导体校正装置的研制”成果介绍中电集团三十八所 李俊涛、齐浩军、丁庆文一、概述中电集团第38研究所是我国雷达重点研究所，空气板线外导体是雷达上的重要零件之一，当前普遍运用于XX29、X05等产品上，它的质量好坏直接关系到雷达的性能。空气板线外导体质量的主要指标之一就是直线度和平面度，这一点，以往一直是靠钳工手工校直来保证的。因而，空气板线外导体的校直是保障雷达性能的的重要环节之一。二、选题理由（一）问题的提出随着我所的研发能力不断加强，产品品种、数量不断增多，原来靠敲敲打打的生产模式不再能够满足日益增长的生产需求。板线外导体的加工在制造部机加分厂占有相当大的比重，周期长、任务重。结

2、合我所开展的可制造性专题活动，制造部机加分厂相关人员在上级领导及有关部门的支持下，经过多次讨论，深入生产现场,经分析后决定实施空气板线外导体加工项目。（二）空气板线外导体的校直情况的调查研究XX29空气板线外导体的基本结构和工作流程：宽边校直校 扭窄边校直校 平 面YYYY检验齐套2005年4月2005年5月，我小组对20根XX29空气板线外导体的校直情况进行了调查和分析：序号宽边校直校 扭窄边校直校 平 面（铁锤敲打）（工装扳扭）（工装压直）（铁锤敲打）时间M次数时间M时间M时间M次数135288101075124623330512970135533729781274141642831671

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

4、铁锤重8磅（8×4.448235.59N），上下行程10CM，每次做功=35.59N×0.1M=3.56J；每根空气板线外导体的校直，铁锤在和中共做功=（312+1344）×3.56=5895.36J6000J。根据流程各环节铁锤敲打次数统计绘制的排列图：从排列图中可以看出，铁锤敲打的校平面和宽边时间合计占总工作时间的83.9%。三、设定课题目标（一）目标值的设定目标二校直劳动强度由6000J/根降为1200J/根，降低80%目标一校直效率由4根/天提高到6根/天，提高50%（二）设定理由1.每根板线校直，新工装只需约1Kg力拉动约20多次滚动的装置，而原先要挥动

5、约2Kg铁锤50余次，1-(1Kg×20)÷(2Kg×50)×100%=80%故新方法降低80%是可能实现的；2.一般的有效劳动在40%左右，新工装的校正频率约10次，是人工的五倍，(每天工作时间U÷(U×60%)÷每天生产件数V+(U×40%)÷V)÷5)÷V-1)×100%=47%,故校直效率提高50%是可能实现的；3.从技术角度来说，虽然没有现成的校正装置，但我们对现成的成熟技术进行组合运用，基本能够满足我们的目标要求。4.由于GB3869-1997体力劳动强度等级规定

6、的测试方法太过专业，本小组不具备测量技术和手段，故用做功的概念来表示劳动力的投入多少。四、提出方案并确定最佳方案（一）总体方案的提出采用头脑风暴法，针对课题目标提出两个总体解决方案，并从以上六个方面进行了对比：总体方案模具整体成型效果机械手整形效果研发周期模具整体成型，除了考虑模具的上下腔体的结构尺寸的设计、加工精度的工艺性以外，还要考虑沉重腔体运动的操作机构，因而结构复杂，研发周期至少半年，加上试验完善时间，需要一年以上时间，不能立竿见影地解决迫在眉睫的问题。整形机械手，其原理是模仿人体敲击空气板线外导体的动作，是成熟的工艺方法，无需再经过论证；且整个设计过程采用模块化设计，各个模块都是成熟

7、技术，相应地只需将各模块进行组合协调。因而设计周期较短，到试投产也就半年时间。优制造成本由于空气板线外导体长度约6.5m，宽近20cm，高约3cm，因而其模具腔体外形尺寸大，制造成本高；要让如此庞大沉重的腔体灵活地运作，必然配备复杂的操作系统，增加其制造成本，估计制造成本在20万元以上。采用可移动式整形机械手，可以不受空气板线外导体长度限制，因而其外形不至于过于庞大；再加上其由各成熟模块组成，因而成本更低；其中许多部件可以考虑用生产中的边角料在我们自己的设备上加工出来，整体成本不会超过5000元。优应用范围 模具自身的特点决定了一件一模，XX5、XX29、4XXA等都得有其自己的空气板线外导体

8、的模具，适用性差，柔性不足，相应地增加了制造成本，占用大量空间。整形机械手由于它的可移动性和可伸缩性，因而对不同类型的空气板线外导体都可以在同一个整形平台上完成，不但节约了制造成本，还节省了大量空间。优生产效率 生产效率高，一次可以解决整形的四个部位；且每次整形周期较短，约10分钟；每天大约整形空气板线外导体40件。生产效率能够提高10倍，达1000%。优整形机械手由于其基本原理是模仿人手工作时的动作，因而它的生产效率不是特别高，它只是确定动作的一致性和减少员工疲劳而间接提高生产效率。劳动强度 由于机械化、自动化程度较高，因而操作者的劳动强度非常低，模具成型每根板线的劳动强度大约是600J，相

9、对手工劳动强度降低至少在90%以上。优整形机械手代替员工手工敲击，能够解决部分的工作时间占工作总时间的84%；使该部分劳动强度由6000J/根下降到1200J/根，下降幅度达80%以上。整形效果 板线因拉制成型在内部会产生较大的集中应力，在用模具成型过程中，应力没有得到释放，在整形过后还会产生自然时效，发生变形。除非增加去应力退火或振动去应力工序，配合模具成型循环进行，而该工序在我厂内部无法实现。 整形机械手其基本原理是模仿人手工作时的动作，它在敲击凸起部分使之发生塑性变形的同时，通过振动的功效消除了板线拉制成过程中产生的集中应力，避免了在时效过程中由于较大应力释放而产生的变形。优确定课题目标

10、后，小组人员集思广益，采用头脑风暴法，确定了研制方案所需的六种因素，以及这六种因素的相互关系：在满足整形效果的前提下，去提高生产效率和降低劳动强度，同时兼顾研发周期、应用范围和制造成本。生产效率整形效果劳动强度研发周期应用范围制造成本我们对这两种方案进行平衡优劣，从实施成本角度对比论证：方 案整形效果生产效率劳动强度研发周期应用范围制造成本合 计模具整体成型45000元00500000200000400000695000机械手整形01800元1500元1000元02000元6300元备 注与现行工艺相比，需额外增加的工序成本达到模具成型效率所要增加的成本达到模具成型劳动强度所要增加的成本研发周

11、期的直接成本及周期影响生产的成本今后扩展应用所要增加的成本直接生产的材料费和加工费（含外购件） 经论证，满足相同整形效果并达到相同生产效率和劳动强度的情况下，模具整体成型的投入成本远远大于机械手成形，因而我们决定采用“机械手整形”方案。（二）确定最佳方案整形机械手理论上由工作模块、支撑模块、移动模块和控制模块四部分组成：1.工作模块的确定方案一： 我们首先想到的是夯锤，但经过查相关资料，夯锤的系列尺寸和力度都过大，不适用；方案二： 我们遂想到有类似功能的顶铆枪：1 首先对顶铆枪的规格性能进行了对比试验：我们先使用工程中心的顶铆枪（M31）进行试验：M31顶铆枪试验数据试 验 点12345平均效

12、果打击次数231921242823频率较高冲击力较小我们又使用钣金装配组的顶铆枪（7X）进行试验：试 验 点12345平均效果打击次数111411121012频率稍高 冲击力稍小我们又购买了顶铆枪（9X）进行试验：试 验 点12345平均效果打击次数958677频率正常 冲击力尚可参考顶铆枪系列参数表参数，我们工作模块选择了9X顶铆枪，其工作气压0.63MPa，在我厂供气气压（0.8 MPa）范围内；其工作频率15Hz，最接近手工工作频率（5 Hz）；其冲击功为20J，大于手工敲击力度（3.56J），可以减少敲击次数；同时，我们通过上述对比试验也验证了这一点。 随后，我们对接嘴进行了试验：原接

13、嘴截面太小，易形成点压力，不易形成平整面，我们试验了两种方案：PDCA方案一：分体式分为工作部和冲击部，冲击部先与回位弹簧装于枪管上，再装工作部，安装方便螺纹根部应力较为集中，长时间冲击，造成疲劳破坏，产生断裂。将相关试验结果记录文件中：不宜采纳。方案二：整体式工作部和冲击部为一体，靠安装孔用螺钉固定于枪管上，安装不是很方便不存在疲劳破坏而产生断裂，接嘴使用寿命长。将相关试验结果记录文件中：宜采纳。通过对比试验，我们确定使用整体式接嘴。接嘴直接工作于工件表面，会破坏工件的表面质量。因而，我们在接嘴直和工件表面之间，用垫块加以保护：PDCA材料一：无硫橡胶板28401垫在工件表面校平垫层太薄，没

14、有起到隔垫的作用。将相关试验结果记录文件中：不宜采纳。材料二：硅橡胶板61444垫在工件表面校平垫层厚度尚可，但冲击力没能得到有效的扩散，对于每点来说效果较好，对于一个区域的面来说，还不够理想。将相关试验结果记录文件中：不宜采纳。材料三：航空海绵橡胶板HM10220垫在工件表面校平 垫层太厚，冲击能量大部分被吸收，没能起到有效的校平效果。将相关试验结果记录文件中：不宜采纳。材料四：环氧玻璃布板32403垫在工件表面校平垫层厚度适中，能够有效地将冲击力在区域的面上传播，校平效果良好。将相关试验结果记录文件中：宜采纳。 根据上述对比试验，在接嘴直和工件表面之间，保护垫块采用的材料为：材料四-环氧玻

15、璃布板3240 工作模块确定为方案二。2. 支撑模块的确定支撑模块我们从攻丝机上得到启发，但不同之处是：攻丝机每次用后自动弹起复位，它垂直向下的作用力要求较小；而整形机械手垂直向下的作用力要求相对稍大一点，我们不需要太大的复位弹力，避免操作者向下过度用力，造成不必要的疲劳。由于9X顶铆枪重2.72kg，而攻丝机重1.9kg，因而我们要确定气弹簧的数量、规格以及支点的位置，为此我们做了一系列的试验：气弹簧数量规格对比试验气弹簧数量规格对比试验数量型号工作行程举力效果单根弹簧SIP3212A93mm200N举力不够，顶铆枪不能复位弹起SIP3201A200mm450N举力过大，顶铆枪用力才能按下两

16、根弹簧SIP3212A93mm200N举力与重力相等，顶铆枪基本可以停放任意位置气弹簧支点位置对比试验气弹簧支点位置对比试验试验内容具体位置效果实物图根据弹簧弹力公式F=kx及力矩公式T=Fl确定弹簧支点的大致位置，再通过试验在大致位置范围内确定准确位置，以达到顶铆枪可以停放任意位置的目的。左端举力较弱，顶铆枪容易下垂中间举力偏弱，顶铆枪较易下垂右端举力较好，顶铆枪上下均衡通过上述对比试验确定支撑模块的可行方案为：选用型号为SIP3212A的气弹簧两根，其支点为右端孔位，结合工作托架、四连杆、支撑杆、转轴等形成支撑模块。3. 移动模块的确定攻丝机的底盘是固定的，无法满足我们的移动要求，我们因此

17、设计了移动模块，用以承载其它三个模块在校正平台上进行移动。它由四个部分组成：承载平台；滚动机构；利用T形槽导向的双向滚动导向销；利用T形槽锁紧的防倾覆机构。PDCA承载平台方案一：轨道式导轨式结构复杂，制作复杂，占用空间影响同一平台的其余操作动作不宜采用方案二：滚轮式滚轮式考虑其重量既要能平衡支撑模块和工作模块的重量，又不能太占空间外形50×150×400又不占空间重量约25kg可平衡支撑模块和工作模块的重量将相关结果记录到设计文件中:基本实现预期的目标。PDCA滚动机构滚动机构由滚动轴承、轴和轴套组成，确保承载平台的重心尽可能的低，以保安全；又要有足够的强度支撑承载平台2

18、5kg的重量滚动灵活，承载平稳，无任何晃动和震动。支撑模块和工作模块在承载平台可以任意操作将相关结果记录到设计文件中:基本实现预期的目标。PDCA导向销利用校正平台自身所带的T形槽，用导向销导向，确保承载平台沿直线行进。承载平台沿T形槽直线行进将相关结果记录到设计文件中:基本实现预期的目标。PDCA防倾覆机构防止承载平台在意外情况下倾覆，利用倒T形机构勾住T形槽宽边。即使用手有意来掀翻承载平台也难以达到将相关结果记录到设计文件中:基本实现预期的目标。通过上述系列试验确定移动模块的可行方案为：承载平台、滚动机构、滚动导向销和防倾覆机构。4. 控制模块的确定由于顶铆枪系列为曲柄，开关位于曲柄部位，

19、不利于直握操作，因而我们计划将其开关移至枪柄部位。方案一：直接改造顶铆枪：由于顶铆枪的结构复杂，且无改造的空间和余地，故此方案不可行。方案二：利用机械的杠杆原理，将开关动作移至枪柄部位方案三：利用电磁阀，实现用电开关控制气开关的目的我们通过上述对比试验确定了方案三为可行方案。通过分析及评估，小组找出了实现目标的最终最佳方案（树图）：五、制定对策六、对策实施实施一 工作模块的研制PA根据9X顶铆枪和接嘴及垫块的综合使用，调整系统压力，以及枪口与垫片的距离，确定理想的冲击力和冲击频率，达到最理想校平效果。将试验数据纳入操作指导书中，作为工艺编制和实际操作的指导依据。DC在不同的系统压力及工作距离下

20、，经过反复多点的试验，获取最理想校平效果的经验数据。负责人：胡建裕 时间：05.08.03 地点：西厂房从试验数据表中可以看出，在0.63MPa系统气压下，校正次数最少；在0.9 cm的工作距离下，校正次数最少。所以我们确定系统气压为0.63MPa、工作距离为0.9 cm。最终最佳方案图对策表方案对策目标措施研制空气板线外导体校正装置-整形机械手工作模块研制为了使工作模块有效地替代手工敲击，必须确定出工作模块的最佳工作压力和工作距离，使之能够达到合格的校正效果。连续调整9X顶铆枪系统压力，以及枪口与垫片的距离，找到达到合理的冲击力和冲击频率下的最佳压力和距离。支撑模块的研制使整形机械手具有可伸

21、缩性，能够涵盖整形台的宽度范围，从而对不同类型的空气板线外导体都可以在同一个整形平台上完成，以节约制造成本和空间。确定四连杆的尺寸，使顶铆枪有一定的前后、左右活动区域；采用机箱立柱铝型材作为方管材料，减轻支撑模块重量和降低制造成本。 移动模块的研制使整形机械手可以移动，避免受空气板线外导体长度限制，宽度不影响板线的摆放；同时要考虑其重量能够平衡支撑模块和工作模块的重量不至于倾覆。采用45#厚钢板，设计合理长宽高尺寸，在确保重心稳定的情况下不占用板线空间；采用轴承作为移动部件。控制模块使操作和控制合二为一，操作方便。利用微动开关、两位三通电磁阀，实现用电开关控制气开关。整体安装整体装配后能够方便

22、有效地工作。为使效率更高，配备两套系统同时工作；制作配套的线路移动系统和照明系统。实施二 支撑模块的研制PA确定四连杆的尺寸，使顶铆枪有一定的前后、左右活动区域；采用骨架型材YX731作为上下连杆的方管材料、前立柱型材CFXC26作为支撑杆的方管材料，减轻支撑模块重量和降低制造成本。将试验数据纳入操作指导书中，作为工艺编制和实际操作的指导依据。DC校正平台宽度：500mm，支撑模块理论伸展范围：114工作托架+380四连杆+48连接座+328支撑杆=870mm负责人：齐浩军 时间：05.08.09 地点：西厂房实际测量数据：最远端：860mm平台W500mm能够实现最边角的校正，以往手工校正铁

23、锤太大，人手无法准确把持。实施三 移动模块的研制PA确定移动模块最佳宽度：宽度越宽，重心越低，整个装置越平稳；但宽度不能占用校正平台用于校正空气板线外导体的空间。将试验数据纳入操作指导书中，作为工艺编制和实际操作的指导依据。DC我们还采用GB/T281-94的61808滚动轴承（D52d40B7）作为滚轮、605滚动轴承（D14d5B5）作为导向滚轮。（CAD设计图） 校正平台宽度校正平台宽度：500mm移动模块宽度：150mm负责人：胡建裕 时间：05.08.15 地点：西厂房 平台W500-移动模块宽150mm板线宽176mm 根据力矩公式，顶铆枪的倾覆力矩=2.72×9.8&#

24、215;0.87=23.19N.m；移动模块的倾覆力矩=25×9.8×0.17=41.65N.m；顶铆枪的倾覆力矩移动模块的倾覆力矩，所以整个装置很平稳。实施四 控制模块的研制PA利用电磁阀，实现用电开关控制气开关。将试验数据纳入操作指导书中，作为工艺编制和实际操作的指导依据。DC将顶铆枪的自身开关强制为常开，两位三通电磁阀设为常闭（一位堵头封闭），枪管处微动开关闭合时电流控制电磁阀打开，顶铆枪开始工作。调理组合可以调节系统气压，将管道压缩空气由0.8MPa调到0.63MPa以下，并可对管道压缩空气进行过滤和添加润滑油。负责人：齐浩军 时间：05.08.24 地点：西厂房根

25、据该原理图，我们选择的体积小巧、动作灵敏的微动开关，能够快速反应我们手指的控制动作，并使之在电磁阀上得到实现。实施五 整体安装调试PA先进行整体结构安装，协调各模块结构尺寸的正确配合；再协调各模块操作的灵活性，能否轻松地将顶铆枪上下左右移动，以及轻松将整个整形装置左右拖动；最后协调工作模块、控制模块开关的灵活性、电磁阀反应的延滞性等。将试验数据纳入操作指导书中，作为工艺编制和实际操作的指导依据。DC供电及供电系统通过校正平台侧面的悬挂钢丝，可以随校正装置左右伸缩移动；为提高工作效率，在同一平台两端各安装一台校正装置同时工作；在移动模块上还安装了照明设施，既方便工作又节约能源。负责人：齐浩军 时

26、间：05.08.30 地点：西厂房照明对比两套装置同时工作七、效果检查1.目标完成情况：从2005年9月26日至2005年9月30日五天内，采用整形机械手对XX29空气板线外导体进行校正，共校正32根，平均每天校正6.4根，超过了6根/天的目标值；生产效率提高了60%，超过了提高50%的目标值。因而，我们的目标一顺利完成了。我们记录了2005年9月26日至2005年9月30日五天内，采用整形机械手对XX29空气板线外导体进行校正的某批次的10根的调查表：序号宽边校直校 扭窄边校直校 平 面（铁锤敲打）（工装扳扭）（工装压直）（铁锤敲打）时间M次数时间M时间M时间M次数12412211115052521112691348571323126984959641813461049491522139109445806241306124858072112210104952982312271349462920134121248647101913081146575平均