專利名稱：一種大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在大型復合筒的徑向進行自動鉆孔的裝置。
背景技術：
在航空制造領域，有一種采用碳纖維復合材料制成的圓筒狀零件，簡稱為復合筒。 在復合筒的端部套裝有金屬端框，金屬端框與復合筒的筒體通過螺栓在筒壁的徑向上連接，因此需在端框和復合筒的筒體上沿徑向加工出圓孔。復合筒的直徑和長度均達數米以上，因此加工出的圓孔多達數百個。目前，機械制造中的鉆孔裝置主要是鉆床，普通鉆床在鉆孔加工時，利用鉆具或鉗工劃線確定孔的位置，利用搖臂的運動來對刀；在定位精度要求高或不易定位的情況下，常使用數控鉆床。但對于直徑和長度均達數米以上的大型復合筒，在其筒壁上沿徑向進行批量鉆孔，目前尚未有專用鉆床進行鉆孔加工。若在普通鉆床和數控鉆床或數控多軸鉆床進行鉆孔加工，因鉆床的零件加工范圍小、且在圓柱面上進行鉆孔對刀定位難度大，若對刀不準，易磨損鉆套，造成孔位錯誤甚至鉆套報廢等難點而無法直接加工，若在原有鉆床上進行結構改造，則改造難度大、成本高，無法滿足批量生產的需要。碳纖維復合材料屬于難加工材料，若從外向里加工，難免出現復合筒體內壁纖維撕裂、分層現象，進一步增加了鉆孔的難度，采用常規(guī)方法鉆孔效率低下，難以滿足生產需求。就已知的鉆床而言，鉆孔大家是單個地、或成對或者按多重排量方式進行操作，并再一個相應的鉆架上加以引導。在使用單獨操作的鉆架和工具時，每個鉆孔位置必須用鉆床分別接近，鉆孔刀具的調整要求操作人員具有相應的經驗和技能，從而增加了操作和調節(jié)技術上的費用，每個單獨鉆孔的調整過程相當耗時，這對于批量鉆孔而言，將對總加工時長影響甚大。在一般情況下，由于所加工的復合筒直徑較大，所鉆孔數較多，對規(guī)定的鉆孔線和鉆孔方向的偏離是不可避免的，除了增加鉆床的調整時間外，還造成孔位錯位，為了保證復合筒的鉆孔質量，必須再加以孔位修整，再次造成增加附加工作量和增加成本甚至報廢復合筒ο

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，針對大型復合筒上進行徑向鉆孔出現的對刀困難，鉆孔效率低的問題，發(fā)明一種結構簡單、且可實現對大型復合筒進行徑向批量自動鉆孔的裝置。該鉆孔裝置采用從里向外加工方式，避免復合材料筒體內壁纖維撕裂、分層；采用雙動力頭鉆孔，可同時加工第一排和第二排孔，更換鉆孔位置時，僅轉動待加工的復合筒，無需移動大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置，提高了加工范圍。同時設計鉆孔裝置托架，用于鉆孔裝置的存放和安裝，保證鉆孔裝置與筒體內壁不發(fā)生剮蹭。本發(fā)明的技術方案如下—種大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置，包括托架、第一鉆孔單元、第二鉆孔單元、 鉆模和張緊裝置。
托架主要由萬向輪、X向手輪、Z向手輪和Y向移動機構等組成，通過萬向輪在地面上任意移動，以方便工人搬運本發(fā)明的大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置，X向手輪、Z向手輪和Y向移動機構可方便實現大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置與待加工復合筒的對位。鉆模是本發(fā)明的主框架，為帶鉆模法蘭的框架式結構，在與鉆模法蘭相對的一端有六個滑槽作為固定，鉆模的外徑小于復合筒筒體的內徑，以防在裝夾過程中剮蹭所述復合筒筒體的內壁。在鉆模的外圓柱面上開有沿徑向的三排孔，分別為第一排孔、第二排孔和測量孔，第一排孔和第二排孔內鑲嵌有鉆套，分別對應與要在復合筒上的孔位，用于本發(fā)明的大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置的對刀，測量孔用于探頭接觸所述復合筒的內表面，消除所述復合筒和鉆模存在的圓度誤差和裝配誤差，保證劃窩深度一致。本發(fā)明有兩套鉆孔單元，即第一鉆孔單元和第二鉆孔單元，第一鉆孔單元和第二鉆孔單元的結構相同，分別由左定位錐銷、右定位錐銷、右氮氣彈簧、左氮氣彈簧、探頭、刀具、旋轉電機、進給電機和進給機構組成。分別用于同時在復合筒鉆出與所述的第一排孔和所述的第二排孔對應的孔。第一鉆孔單元和所述的第二鉆孔單元分別固定于轉盤上，轉盤可繞芯軸自由轉動，在重力的作用下，第一鉆孔單元和所述的第二鉆孔單元自然下垂。張緊裝置由手柄、凸輪、頂桿、氮氣彈簧、連桿和壓板組成，用于支撐大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置，將大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置固定于所述的復合筒內壁上。復合筒由復合筒筒體和金屬端框組成，使用本發(fā)明的大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置鉆孔后， 可在孔內插入螺釘，將所述的復合筒筒體和所述的金屬端框緊固在一起。本發(fā)明的有益效果是所發(fā)明大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置可在大型復合筒壁上進行徑向批量自動鉆孔，更換鉆孔位置時，僅轉動待加工的復合筒，無需移動大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置，提高了加工范圍。從里向外的鉆孔方式可先加工復合筒筒體后加工金屬端框，避免了復合材料筒體內壁纖維撕裂和分層。采用兩套鉆孔單元，且能實現獨立自動對刀，可同時加工出兩排孔。托架便于鉆孔裝置的存放和安裝，三自由度的移動方式保證了鉆孔裝置與筒體內壁不發(fā)生剮蹭。


圖1是本發(fā)明的大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置。圖2是托架的結構圖。圖3是鉆模的結構圖。圖4是鉆孔單元的結構圖。圖5是鉆孔單元I的半剖視圖。圖6是張緊裝置的結構圖。圖7是鉆孔裝置加工復合筒時的示意圖。圖8是圖7中的局部剖視圖。圖中1托架；2第一鉆孔單元；3第二鉆孔單元；4鉆模；5轉盤；6芯軸；7張緊裝置；8支架；9墊塊；10萬向輪；IlX向手輪；12Z向手輪；13Y向移動機構；14第一排孔；15 第二排孔；16測量孔；17滑槽；18鉆模法蘭；19左定位錐銷；20右定位錐銷；21右氮氣彈簧；22左氮氣彈簧；23探頭；對刀具；25旋轉電機J6進給電機；27進給機構；觀手柄；四凸輪；30頂桿；31氮氣彈簧；32連桿；33壓板；34復合筒；35復合筒筒體；36金屬端框。
具體實施例方式結合技術方案和附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。如圖1所示，鉆模4的中心軸線水平放置，芯軸6的一端插入鉆模4的滑槽17中心處，另一端由支架8固定。第一鉆孔單元2和第二鉆孔單元3分別與轉盤5固定連接，轉盤5中心孔中與鉆模4的中心孔同軸，且用芯軸6貫穿，轉盤5可繞芯軸芯軸6自由轉動， 無論鉆模4繞自身軸如何轉動，第一鉆孔單元2和第二鉆孔單元3在自身重力的作用下始終保證自由下垂狀態(tài)。一組墊塊9固定與鉆模4的法蘭18上，目的在于調整鉆孔的軸向位置。鉆模4放置與托架1上，以方便拖動和運輸。如圖2所示，萬向輪10保證托架1在地面上自由行走，X向手輪11可為螺旋結構， 用于調整放置在托架1上的鉆模4在X向精確左右移動，Z向手輪12可為螺旋結構，用于調整放置在托架1上的鉆模4在Z向精確升降移動，Y向移動機構可保證放置在托架1上的鉆模4沿其軸向前后移動。如圖3所示，鉆模4為圓筒狀結構，在鉆模4的一端有鉆模法蘭18，在鉆孔時，用于需用螺釘將鉆模法蘭18固定在待加工零件復合筒34的端面上。在另一端有六個滑槽17 固定，滑槽17起到加強筋的作用。在鉆模4的外圓柱面上開有沿徑向的三排孔，分別為第一排孔14、第二排孔15和測量孔16，第一排孔14和第二排孔15內鑲嵌有鉆套，分別對應與要在復合筒34上的待鉆孔位，用于本發(fā)明的大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置的對刀，測量孔16用于探頭23接觸復合筒34的內表面，消除復合筒34和鉆模4存在的圓度誤差和裝配誤差，保證劃窩深度一致。如圖4和圖5所示，第一鉆孔單元2和第二鉆孔單元3固定于轉盤5上，第一鉆孔單元2和第二鉆孔單元3結構相同，以第一鉆孔單元2說明其結構和功能。左定位錐銷19 在通電狀態(tài)下，其前端的錐銷在電磁作用下可伸出，可卡在鉆模4的第一排孔14內，實現第一鉆孔單元2的定位，從而保證刀具M自動對刀；斷電時，在左氮氣彈簧22的拉力下縮回， 以避免鉆模4轉動時發(fā)生碰撞。同理，右定位錐銷20在通電狀態(tài)下，其前端的錐銷在電磁作用下可伸出，斷電時，在右氮氣彈簧21的拉力下縮回。刀具M固定在旋轉電機25的前端，在旋轉電機25的驅動下轉動鉆孔。進給機構27在進給電機沈帶動下，驅動刀具M沿其軸向進給。探頭23用于探測刀具M與復合筒34的距離，保證劃窩深度一致。如圖6所示，張緊裝置7為手動操作機構，手柄觀與凸輪四固定連接，凸輪四上有與六個滑槽17對應的六個凸輪面。頂桿30頭部與凸輪四接觸，另一端連接氮氣彈簧 31，再與連桿32連接，連桿32與壓板33鉸接。操作時，扳動手柄觀，帶動凸輪四轉動，頂桿30在凸輪四驅動下，從中心向圓周方向移動，帶到氮氣炭火31和連桿32移動，同時將壓板33壓緊在腹痛筒34的內壁上，將鉆模4張緊。以在一種大型復合筒的徑向進行自動鉆孔為例，說明本發(fā)明的示范性實施例。將本發(fā)明的大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置固定于支架1上，將刀具對旋轉電機安裝于25前端，根據鉆孔的軸向位置選擇合適厚度的墊塊9，安裝與鉆套4的鉆套法蘭18 上。操作工人推動支架1接近待鉆孔的復合筒34，調整X向手輪11和Z向手輪12，保證本發(fā)明的大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置鉆模4與復合筒34同軸，然后推動Y向移動機構 13，將鉆模4推入復合筒34中，用螺釘將鉆套法蘭18固定于復合筒34的軸端。同時扳動
5手柄觀，張緊后，保證本發(fā)明的大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置與復合筒34固定。卸下支架1與鉆模4的連接螺栓，移走支架1，加工時的狀態(tài)如圖7所示。如圖8所示，轉動復合筒34，使第一鉆孔單元2的左定位錐銷19和右定位錐銷20 大致對準鉆套4上的第一排孔14，左定位錐銷19和右定位錐銷20同時通電，其前端的錐銷插入鉆套4的第一排孔14中，完成第一鉆孔單元2的對刀過程，與第一鉆孔單元2對刀相似，第二鉆孔單元3與第二排孔15對刀。進給電機沈驅動刀具M向復合筒34進刀開始鉆孔，鉆孔結束后刀具M在進給電機沈驅動下退出。對應第一鉆孔單元2和第二鉆孔單元3的左定位錐銷19和右定位錐銷20斷電，右氮氣彈簧21和左氮氣彈簧22將定位錐銷拉出，自此完成第一排孔14第一個孔和第二排孔15中第一個孔的加工。順時針轉動轉盤5，使第一鉆孔單元2的左定位錐銷19與第一排孔14第一個孔的軸線對齊，利用已加工的孔進行對刀，然后重復前面經給過程重復鉆孔，直至與第一排孔14 第一個孔和第二排孔15相對應的所用孔加工完畢。
權利要求
1. 一種大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置，其特征在于，該徑向自動鉆孔裝置包括托架(1)、第一鉆孔單元O)、第二鉆孔單元(3)、鉆模(4)和張緊裝置(7)；所述的托架(1)主要由萬向輪(10)、X向手輪(11、Z向手輪(12和Y向移動機構(13) 組成，所述的托架(1)通過所述的萬向輪(10)在地面上任意移動；所述的X向手輪(11)、 Z向手輪(1 和Y向移動機構(1 實現大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置與待加工復合筒 (34)的對位；所述的鉆模(4)是主框架，為帶鉆模法蘭(18)的框架式結構，在與所述鉆模法蘭(18) 相對的一端有六個滑槽(17)作為固定，鉆模的外徑小于復合筒筒體(3 的內徑；鉆模⑷的外圓柱面上開有沿徑向的三排孔，分別為第一排孔(14)、第二排孔(15)和測量孔 (16)；第一排孔(14)和第二排孔(1 內鑲嵌有鉆套，分別對應與要在復合筒(34)上的孔位，用于徑向自動鉆孔裝置的對刀，測量孔(16)用于探頭03)接觸復合筒(34)的內表面， 消除復合筒(34)和鉆模(4)存在的圓度誤差和裝配誤差；兩套鉆孔單元第一鉆孔單元⑵和第二鉆孔單元(3)，第一鉆孔單元⑵和第二鉆孔單元(3)的結構相同，分別由左定位錐銷(19)、右定位錐銷(20)、右氮氣彈簧(21)、左氮氣彈簧(22)、探頭(23)、刀具(M)、旋轉電機(25)、進給電機06)和進給機構(JT)組成，分別用于同時在復合筒(34)鉆出與所述的第一排孔(14)和所述的第二排孔(1 對應的孔； 第一鉆孔單元( 和第二鉆孔單元C3)分別固定于轉盤( 上，轉盤( 繞芯軸(6)自由轉動，初始狀態(tài)下，在重力的作用下，第一鉆孔單元( 和第二鉆孔單元(3)自然下垂；所述的張緊裝置(7)由手柄( )、凸輪( )、頂桿(30)、氮氣彈簧(31)、連桿(32)和壓板(3 組成；張緊裝置(7)用于支撐大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置，將大型復合筒的徑向自動鉆孔裝置固定于所述的復合筒(34)內壁上，復合筒(34)由復合筒筒體(3 和金屬端框(36)組成，徑向自動鉆孔裝置鉆孔后，在孔內插入螺釘，將復合筒筒體(3 和金屬端框(36)緊固在一起。
全文摘要
本發(fā)明針對大型復合筒上進行徑向鉆孔出現的對刀困難，鉆孔效率低的問題，發(fā)明一種結構簡單、且可實現對大型復合筒進行徑向批量自動鉆孔的裝置。該鉆孔裝置采用從里向外加工方式，避免復合材料筒體內壁纖維撕裂、分層；采用雙動力頭鉆孔，可同時加工第一排和第二排孔，更換鉆孔位置時，僅轉動鉆孔單元，無需移動大型復合筒，提高了加工范圍。同時設計鉆孔裝置托架，用于鉆孔裝置的存放和安裝，保證鉆孔裝置與筒體內壁不發(fā)生剮蹭。
文檔編號B23B41/02GK102205433SQ20111013306
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月22日 優(yōu)先權日2011年5月22日
發(fā)明者佟宇, 劉海鷗, 康仁科, 邱介山, 郭東明 申請人:大連理工大學