啄钻在飞机装配中的应用与维护

    李子菲

    摘 要：本文通过波音737尾段项目生产中的应用实例，对啄钻的结构、使用方法和型号选择、维护等作以简单介绍，结合生产实践论述了啄钻在民机装配生产中的具体应用，为推广使用啄钻及先进工具和工艺方法提供一些经验。

    关键词：啄钻;飞机装配;应用

    在飞机装配中，制孔方法主要有两种：一种是使用风钻手动进行的制孔;另一种是使用精加工动力头进行制孔。前者操作简单，一般用于铆钉、高锁螺栓等紧固件孔的钻制，对比较厚或者难于加工的材料往往受人力限制且在制孔工作量较大时，质量得不到可靠保证;后者主要是对关键部位的接头孔进行加工，可以严格保证制孔质量。在波音737飞机尾段装配中，为了获得足够的结构强度，部分位置大量采用了高锁螺栓。由于材料软硬层叠，厚度、孔径大，精度高，给钻孔工作带来很大困难，啄钻的应用主要就是为了解决这一类问题。

    1 啄钻

    啄钻是自动进给钻的一种，其名称是根据英文原名Peck Drill直译而来的，很形象的表明了该种钻机的工作形式。普通自动进给钻在工作时一直向前进给，直至穿透工件完成孔的钻制，而啄钻则在此基础上改进了进给机构和进给方式，由单一的一直向前进给变为往返式啄动进给。即在设定的进给量和啄动效率下，来回往返运动，每次向前进给一定量，逐渐推进，直至达到设定行程或穿透工件完成制孔。

    2 啄钻加工优缺点

    与传统钻孔相比，往返式啄动进给具有改善排屑，解决了同时钻软硬层叠材料的难题，一次完成深孔高精孔加工的优点;往返式啄动完成每次啄动进给量（切削量）之后回程时将大部分切屑带出，从根本上解决了制孔过程中的排屑问题，避免金属切屑在孔内对孔壁造成划伤，改善孔壁质量;每次切削后的回程也使刀具得到完全的冷却，在避免切削产生热量造成切削性能下降，延长了刀具的使用寿命，同时恒定的钻孔速度也保证了深孔高精孔的加工质量。

    啄钻加工具有明显优势的同时也存在一定的缺点，一方面啄钻加工的效率较低，不适合产品高速率生产;另一方面，啄钻的制造技术为国外垄断，啄钻及其配件的价格昂贵。

    3 啄钻在飞机装配中的应用

    由于啄钻特殊的进给方式，主要适用于厚度较大的难加工材料，如钛合金、钢件等，以及多层材料中包括较硬材料与较软材料的情况，如钛合金和铝合金，可以避免硬料切屑对软料进行切削，导致出现软料部分孔径超差，而硬料部分满足尺寸要求的现象。

    但是，由于啄钻特殊的进给方式，往复运动的空程需占用一定时间，导致制孔时间较长。虽然可以通过调大进给量、降低啄动频率来缩短制孔时间，但会引起孔壁质量下降。在实际生产中应针对不同情况通过反复试验选择两者之间的最佳平衡点，以尽可能短的时间制出满足精度要求的孔。

    3.1 啄钻初始设置

    将卡盘连接到啄钻主轴上，装夹钻头，初步夹紧，然后安装前端并夹紧钻头，拧紧钻套，在前端套上护罩。

    在对啄钻进行设置前用内六角扳手打开啄钻后部外盖、液压单元（Hydraulic Unit）的端盖以及啄动频率调节旋钮（Peck Timer Knob）的外盖。

    3.1.1 液压单元的设置

    液压单元的功能是通过液压机构对啄钻的进给量进行调节。其值越小，进给量越大，孔壁质量越差。

    首先将液压单元调节旋钮旋转到0。向前推动行程杆（Thrust Bar）直至钻尖大约与钻套齐平为止;松开作动支架（Reaction Bracket）上的止动螺钉（Lock Screw），将作动螺杆（Back Stop Screw）拧到与作动阀（Motor Valve）接合的位置。作动螺杆和作动阀的作用是在一次啄动完成后，主轴退回时带动作动螺杆返回撞击作动阀，启动下一次啄动。调整后务必重新拧紧止动螺钉。

    在该步骤中，向前推动行程杆会导致啄钻行程缩短，可能小于零件厚度，无法钻透，所以应尽量避免调整行程杆。实际生产时使用了可调前端，通过调整前端长度达到相同目的，省略此步骤，避免缩短行程。

    3.1.2 止动块

    向前推动行程杆直至钻尖距离零件大约1/8英寸（3.175mm），然后调整快进螺杆（Rapid Advance Rod）直至止动块与液压杆接合为止。此时行程杆的位置即为整个啄动行程的起点，并由止动块加以固定。要注意的是，钻尖与工件的距离不能够小于1/8英寸（3.175mm）。因为啄钻需要一定的空程进行首次啄动，然后逐渐进给。如果距离太短，会使刀具在首次啄动中就切削到工件并试图完成该次进给，表现为启动后一直向前进给切削，不进行啄动。

    3.1.3 设定行程终点

    设定行程起点后，需设定行程终点。测量出钻头必须经过的距离（即工件厚度）。保持行程杆仍在上一步所设定的起点位置，由行程杆的端面量起，将深度螺杆锁紧螺母设定在工件厚度加大约1/16英寸（1.5875mm）的位置。

    3.1.4 液压单元回程设定

    要钻制高质量的孔，液压单元回程设定（Set Back）值的大小是很关键的参数。通常情况下，0.006英寸的回程设定就足够了。然而，如果工装存在偏差，那么有必要增加这个数值以确定再次接触零件之前钻尖的进给是可控的。

    3.1.5 调整啄动频率

    开动啄钻，记录其每分钟啄动的次数，据此调整啄动频率调节旋钮，使啄动频率为大约每分钟60次。液压单元20、啄动频率60为系统默认值，基本适用于所有情况并能保证制孔质量，我们也通过对试验件的试切比较验证了这一点。但在实际使用时可以在此基数上适度调整以适应不同情况及要求。

    3.2 啄钻的精调

    在啄钻进行初始设置之后，须进一步精调以在尽可能短的时间内得到最佳質量的孔。通常有以下原则：

    （1）每分鐘啄动的次数越多，孔的质量越好，但同时制孔时间越长;

    （2）对给定的材料和钻头，孔径减小，液压单元的设置值相应的要增大;

    （3）如果在操作中钻头或材料出现过热，将液压单元设置值增大或增加啄动次数，通常两者都要进行调整，但首先应调整液压单元设置值;

    （4）对于未知的情况，将液压单元设置为20，啄动次数设置为每分钟60次，钻铰一个孔后检查孔径和表面质量;如果两者都满足要求，通过减小液压单元设置值来缩短钻制时间，如果发现啄钻啄动切削吃力，或者切削材料时发出异响，或者孔的质量下降，需增加液压单元设置值。同时也可对啄动次数进行一定调整，通过增加啄动次数、减少每次啄动切削量改善孔的质量。一旦制出最佳质量的孔，记录此时的啄动次数和液压单元设置值作为将来使用时的参考。

    3.3 啄钻使用注意事项及维护

    （1）压缩空气压力为90psig。

    （2）啄钻使用压缩空气必须经过滤器，避免不纯净的空气将水、油等异物带入工具内部，造成工具内结构器件锈蚀、损坏或堵塞，引起工具故障。

    （3）啄钻属精密工具，除上面提到连接过滤器外，应定期加注机油，保持啄钻内的作动零件润滑。对于连续循环使用的啄钻，润滑速率应每分钟一滴。对于每15秒钟一个循环的啄钻，正确的润滑速率应该是每四个循环使用一滴。

    （4）啄钻等高级专用工具还需定期保养，维护保养时间可以根据客户客观条件以架次或时间论定，如3个月等;维护保养的内容可分为：简单护养、综合保养和维修保养。从而以保证工具合理的使用寿命，降低维修成本，保证加工精度。

    4 常见故障及原因（见表1）

    5 结束语

    啄钻等自动进给钻使用和维护都很简单，尤其适用于飞机装配过程中的制孔，改造起来比较方便。对于已有的工装，所需要的仅仅是增加一块钻模板用于确定孔位、固定钻机，简单易行，十分适合在飞机装配中需大量制孔处和关键结构件上推广使用，尤其是钻软硬层叠材料及深孔高精孔的加工方面更具优势，显著提高制孔质量，降低劳动强度，提高产品质量。

    本文力争使每位读者读后对啄钻的使用和应用有一定程度的了解和认识，并能够在本文基础上完成啄钻的选型、制孔方案的确定，以及生产中的实际操作、应用及维护等。

    参考文献：

    [1]范玉青.现代飞机制造技术[M].北京：北京航空航天大学出版社， 2001.

    [2]《航空制造工程手册》总编委会.航空制造工程手册[M].北京： 航空工艺出版社，1993.