專利名稱：單向壓緊制孔試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種試驗裝置，尤其是一種用于獲取在復雜表面鉆孔參數(shù)的試驗裝置，具體地說是一種單向壓緊制孔試驗裝置。
背景技術：
目前，國內(nèi)各大飛機主機廠，依然采用人工的方法來進行鉆孔和連接，這在很大程度上制約著飛機裝配的效率和質(zhì)量。飛機蒙皮的制孔和緊固件連接過程是一個比較復雜的過程，因為緊固件孔一般是在蒙皮、長桁以及長桁接頭等零件已經(jīng)固定在型架上以后才開始制孔，此時，飛機部段結構開敞性不好，難以在機艙內(nèi)部放置壓緊裝置，因而必須采用單向壓緊的方法來實現(xiàn)，在這種條件下制孔貼合面間隙控制規(guī)律與雙向壓緊有很大不同。因此需要對單向壓緊條件下制孔相關工藝參數(shù)(單向壓緊力、進給量、轉速等)的確定進行試驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對單向壓緊條件下難以獲得相關參數(shù)而影響單向制孔參數(shù)的問題，設計一種單向壓緊制孔試驗裝置，通過在該試驗裝置上安裝的各類檢測儀器獲得全面的制孔工藝參數(shù)(如單向壓緊力、進給量、轉速等)。本發(fā)明的技術方案是
一種單向壓緊制孔試驗裝置，其特征是它包括內(nèi)框1、四個ζ向升降足2、末端執(zhí)行器移動平臺12和末端執(zhí)行器13，末端執(zhí)行器13的上端與末端執(zhí)行器移動平臺12上的Y向滑塊相連，Y向滑塊安裝在Y向?qū)к壣喜⑴c驅(qū)動螺母相連，驅(qū)動螺母與Y向驅(qū)動絲桿18相連，Y 向驅(qū)動絲桿18安裝在末端執(zhí)行器移動平臺12上，末端執(zhí)行器移動平臺12的兩端分別與內(nèi)框1相對兩邊上安裝的X向滑塊相連，各X向滑塊安裝在X向?qū)к壣?，至少有一個X向滑塊與X向驅(qū)動螺母相連，X向驅(qū)動螺母與X向絲桿19相連，X向絲桿19安裝在內(nèi)框1邊上； 所述的四個Z向升降足2的結構相同，它包括保護罩3、安裝板5和滾珠絲杠6，保護罩3罩裝在安裝板5上，安裝板5的下端通過球面關節(jié)軸承10與底座8相連，底座8支承在被加工面上，安裝板5的上端與滾珠絲杠6的一端可轉動相連，滾珠絲杠6的另一端穿過保護罩 3與Z向驅(qū)動裝置30相連，Z向螺母固定安裝在保護罩3的上部，保護罩3的側面通過連接機構17與內(nèi)框1的框邊相連；所述的末端執(zhí)行器13上安裝有用于壓緊工件的壓緊頭7及鉆孔用的電主軸9，在壓緊頭7的周圍安裝有法向傳感器23，壓緊頭7由氣缸29驅(qū)動。所述的Y向驅(qū)動絲桿18連接有Y向手輪11，X向驅(qū)動絲桿19連接有X向手輪14。所述的Z向驅(qū)動裝置5為Z向手輪15或伺服電機。所述的連接機構17主要由X向?qū)к?、Y向?qū)к?6、Χ向滑塊20和Y向滑塊21組成，Y向?qū)к?6安裝在內(nèi)框1上，Y向滑塊21安裝在Y向?qū)к?6上并與X向滑塊20相連， X向?qū)к?安裝在X向滑塊20上并與Z向升降足2的保護罩3相連。與所述的四個Z向升降足2相連的四個連接機構17中至少有一個的X向滑塊20和Y向滑塊21是固定不動的。所述的安裝板上安裝有導軌22，保護罩22相對位置處安裝有相配的滑塊。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的末端執(zhí)行器通過兩根分別沿X、Y方向的滑軌與框架相連，這類似于一種“行車”結構，可以在工件表面的任意位置進行制孔。同時將法向傳感器應用在該試驗裝置上， 可以很精確的沿曲面法向方向施加壓緊力。整套裝置結構緊湊，成本相對較低。如果用電機代替手輪，可以實現(xiàn)全自動化調(diào)整。本發(fā)明為單向壓緊制孔工藝參數(shù)的獲得提供了理想的實現(xiàn)平臺，通過加裝相關的傳感器即可實現(xiàn)加工過程的在線或離線檢測。


圖1是本發(fā)明的俯視結構示意圖。
圖2是本發(fā)明的內(nèi)框的結構示意圖。
圖3是本發(fā)明的Z向升降足的結構示意圖。
圖4是圖3的后視圖。
圖5是本發(fā)明的連接機構的結構示意圖。
圖6是圖5的左視圖。
圖7是本發(fā)明的連接機構補償調(diào)整示意圖。
圖8是本發(fā)明的末端執(zhí)行器的結構示意圖。
圖9是圖8的仰視圖。
圖10是本發(fā)明的試驗裝置的調(diào)節(jié)過程的原理框圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1-10所示。一種單向壓緊制孔試驗裝置，它包括內(nèi)框1、四個Z向升降足2、末端執(zhí)行器移動平臺12和末端執(zhí)行器13，末端執(zhí)行器13的上端與末端執(zhí)行器移動平臺12上的平臺Y向滑塊27相連，平臺Y向滑塊27安裝在平臺Y向?qū)к?8上并與驅(qū)動螺母31相連，驅(qū)動螺母31 與Y向驅(qū)動絲桿18相連，Y向驅(qū)動絲桿18安裝在末端執(zhí)行器移動平臺12上，在Y向驅(qū)動絲桿18的一端上安裝有Y向手輪11，末端執(zhí)行器移動平臺12的兩端分別與內(nèi)框1相對兩邊上安裝的平臺X向滑塊24相連，各平臺X向滑塊24安裝在平臺X向?qū)к?5上，至少有一個平臺X向滑塊24與X向驅(qū)動螺母26相連，X向驅(qū)動螺母26與X向絲桿19相連，X向絲桿19安裝在內(nèi)框1邊上，驅(qū)動X向絲桿19的X向手輪14安裝在X向絲桿19的一端上， 如圖1所示；所述的四個Z向升降足2的結構相同，如圖3、4所示，它包括保護罩3、安裝板 5和滾珠絲杠6，保護罩3罩裝在安裝板5上，安裝板5的下端通過球面關節(jié)軸承10與底座 8相連，底座8支承在被加工面上，安裝板5的背面安裝有導軌22，保護罩22相對位置處安裝有相配的滑塊；安裝板5的上端與滾珠絲杠6的一端可轉動相連，滾珠絲杠6的另一端穿過保護罩3與Z向驅(qū)動裝置30 (可采用Z向手輪15實現(xiàn))相連，Z向螺母固定安裝在保護罩3的上部，保護罩3的側面通過連接機構17與內(nèi)框1的框邊相連；所述的末端執(zhí)行器13為一常見的電主軸鉆頭結構，其上安裝有用于壓緊工件的壓緊頭7及鉆孔用的電主軸9，在壓緊頭7的周圍安裝有法向傳感器23，壓緊頭7由氣缸29驅(qū)動。所述的連接機構17主要由X向?qū)к?、Y向?qū)к?6、Χ向滑塊20和Y向滑塊21組成，如圖5、6所示，Y向?qū)к?6安裝在內(nèi)框1上，Y向滑塊21安裝在Y向?qū)к?6上并與X向滑塊相連，X向?qū)к?安裝在X 向滑塊20上并與Z向升降足2的保護罩3相連。與所述的四個Z向升降足2相連的四個連接機構17中至少有一個的X向滑塊20和Y向滑塊21是固定不動的，如圖7所示。進一步詳述如下
本發(fā)明的整套試驗裝置如圖1所示，它主要包括內(nèi)框、ζ向升降足(4根)和末端執(zhí)行
ο內(nèi)框如圖2所示，X向兩側框架內(nèi)側安裝導軌，通過導軌滑塊與Y向滑動梁相連。 在框架X向框架一側上安裝滾珠絲杠，負責滑動梁X向移動。在Y向滑動梁上安裝導軌和絲杠，末端執(zhí)行器通過導軌滑塊與該滑動梁相連，在絲杠驅(qū)動下實現(xiàn)末端執(zhí)行器Y向滑動。Z向升降足的結構如圖3、4所示，升降足包括滾珠絲杠、滾動導軌、手輪、保護罩、 安裝板、球形鉸鏈。四根升降足的保護罩分別通過連接機構與框架相連，升降足底部固定在工件的工作臺上，手輪安置在升降足頂部，與滾珠絲杠連接在一起，可以通過轉動手輪來旋轉滾珠絲杠實現(xiàn)進給。滾珠絲杠的兩端支撐軸承座與升降足的保護罩固定在一起，螺母與保護罩上端固定在一起，通過滾珠絲杠的驅(qū)動可以實現(xiàn)保護罩與安裝板的相對運動，從而實現(xiàn)升降足的高度發(fā)生變化，進而帶動內(nèi)框的俯仰角度發(fā)生變化。在安裝板的一側安裝有導軌22，負責Z向的導向。升降足的底部有一個球面關節(jié)軸承10，升降足通過該軸承與機床工作臺相連，可以容忍升降足與工作臺之間的夾角在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)。升降足頂部安裝有手輪，負責整個機構的調(diào)姿，以確保末端執(zhí)行器加工工件時，加工方向為工件表面的法線方向一致。末端執(zhí)行器13是整套裝置的加工單元，如圖8、9所示，末端執(zhí)行器由電機、滾珠絲杠、電主軸、法向傳感器、壓緊裝置、滾動導軌、氣缸、安裝板等組成。在加工時，必須要保證壓緊裝置施壓方向沿著工件表面的法向，同時電主軸也是沿著法向進給。法向的檢測是通過法向傳感器23來實現(xiàn)的，法向傳感器23附在壓緊頭7 —側，可以精確的測量工件表面的法向。內(nèi)框通過連接機構17與升降足相連，連接機構17如圖5、6所示，是一個十字滑軌機構，可以承擔X、Y兩個方向的彎矩與滑動。在本發(fā)明中共有四個連接機構17，其中一個連接機構固定，另外兩個連接機構單向補償，剩余一個連接機構雙向補償，如圖7所示。壓緊裝置方向的調(diào)節(jié)由安裝在四根升降足頂部的手輪來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)過程如圖10 所示。在調(diào)節(jié)的過程中觀察法向傳感器的測量方向，當測量方向?qū)柿思庸の恢脮r停止轉動手輪，表明此時壓緊頭已經(jīng)在工件表面的法線方向上，這樣可以確保壓緊頭能夠沿工件表面的法線方向施加壓緊力。壓緊頭與末端執(zhí)行器中的Z向滑軌相連，可以實現(xiàn)Z向的進給。壓緊頭附有氣缸，壓緊力通過氣缸的壓力來實現(xiàn)，可以精確的施加壓緊力。電主軸的進給通過兩部分來實現(xiàn)第一，在調(diào)節(jié)手輪的過程中，升降足的高度減小，最后導致末端執(zhí)行器向工件表面靠近，即電主軸實現(xiàn)了第一步進給；第二步進給通過末端執(zhí)行器上的滾珠絲杠實現(xiàn)，當壓緊頭已經(jīng)沿法線方向?qū)⒐ぜ壕o時，滾珠絲杠帶動電主軸沿Z向進給，加工工件。具體使用方法為
(1)將整個試驗裝置固定在工作臺上，依靠四根Z向升降足的底座(圖3、4中部件7)與工作臺螺栓連接。(2)當需要在工件表面指定位置鉆孔時，同時調(diào)節(jié)內(nèi)框1上的X向絲杠19和末端執(zhí)行器移動平臺12上的Y向絲杠18，可以把末端執(zhí)行器13移動到待加工位置，由此可以實現(xiàn)在工件表面上的任意位置上懸停。(3)在加工時必須要保證末端執(zhí)行器上的電主軸(圖8中部件9)以及壓緊頭(圖8、 9中部件7)處于工件表面的法線方向上。通過壓緊頭上的法向傳感器(圖8、9中部件23) 來檢測工件表面的法線方向，如果電主軸以及壓緊頭沒有處于法線方向上，分別調(diào)節(jié)四根Z 向升降足頂端的手輪(圖3中部件15)，使每根升降足的高度發(fā)生變化，與升降足相連的框架的俯仰角度也會發(fā)生變化，進而帶動末端執(zhí)行器上的壓緊頭7和電主軸9所對的方向也發(fā)生變化，一直調(diào)節(jié)到對正法線方向為止。(4) Z向升降足在調(diào)節(jié)過程中，會與工作臺發(fā)生相對的傾斜，這時可以由升降足下端的球面關節(jié)軸承(圖3中部件10)來提供升降足在一個錐形范圍內(nèi)的活動。(5)連接機構為一個十字滑軌機構，在調(diào)節(jié)過程中，升降足與內(nèi)框的相對位置發(fā)生變化，這個位置變化引起的位移主要靠該連接機構來補償。(6)當調(diào)節(jié)結束時，開始對工件加工，末端執(zhí)行器上的壓緊頭(圖8中部件7)在氣缸(圖8中部件29)的推力下沿著導軌方向(即整體裝置的Z向)進給，壓緊工件，壓緊力可以由氣壓來調(diào)節(jié)。然后滾珠絲杠在電機的驅(qū)動下推動電主軸(圖8中部件9)進給，完成工件的加工。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權利要求
1.一種單向壓緊制孔試驗裝置，其特征是它包括內(nèi)框(1)、四個Z向升降足(2)、末端執(zhí)行器移動平臺(12)和末端執(zhí)行器(13)，末端執(zhí)行器(13)的上端與末端執(zhí)行器移動平臺 (12)上的Y向滑塊相連，Y向滑塊安裝在Y向?qū)к壣喜⑴c驅(qū)動螺母相連，驅(qū)動螺母與Y向驅(qū)動絲桿(18)相連，Y向驅(qū)動絲桿(18)安裝在末端執(zhí)行器移動平臺(12)上，末端執(zhí)行器移動平臺(12)的兩端分別與內(nèi)框(1)相對兩邊上安裝的X向滑塊相連，各X向滑塊安裝在X向?qū)к壣?，至少有一個X向滑塊與X向驅(qū)動螺母相連，X向驅(qū)動螺母與X向絲桿(19)相連，X 向絲桿(19)安裝在內(nèi)框(1)邊上；所述的四個Z向升降足(2)的結構相同，它包括保護罩 (3)、安裝板(5)和滾珠絲杠(6)，保護罩(3)罩裝在安裝板(5)上，安裝板(5)的下端通過球面關節(jié)軸承(10)與底座(8)相連，安裝板(5)的上端與滾珠絲杠(6)的一端可轉動相連，滾珠絲杠(6)的另一端穿過保護罩(3)與Z向驅(qū)動裝置(30)相連，Z向螺母固定安裝在保護罩(3)的上部，保護罩(3)的側面通過連接機構(17)與內(nèi)框(1)的框邊相連；所述的末端執(zhí)行器(13)上安裝有用于壓緊工件的壓緊頭(7)及鉆孔用的電主軸(9)，在壓緊頭(7)的周圍安裝有法向傳感器(23)。
2.根據(jù)權利要求1所述的單向壓緊制孔試驗裝置，其特征是所述的Y向驅(qū)動絲桿(18) 連接在Y向手輪(11)，X向驅(qū)動絲桿(19)連接有X向手輪(14)。
3.根據(jù)權利要求1所述的單向壓緊制孔試驗裝置，其特征是所述的Z向驅(qū)動裝置(30) 為Z向手輪(15)或伺服電機。
4.根據(jù)權利要求1所述的單向壓緊制孔試驗裝置，其特征是所述的連接機構(17)主要由X向?qū)к?4)、Y向?qū)к?16)、Χ向滑塊(20)和Y向滑塊(21)組成，Y向?qū)к?16)安裝在內(nèi)框(1)上，Y向滑塊(21)安裝在Y向?qū)к?16)上并與X向滑塊(21)相連，X向?qū)к?4) 安裝在X向滑塊(20)上并與Z向升降足(2)的保護罩(3)相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的單向壓緊制孔試驗裝置，其特征是與所述的四個Z向升降足 (2)相連的四個連接機構(17)中至少有一個的X向滑塊(20)和Y向滑塊(21)是固定不動的。
6.根據(jù)權利要求1所述的單向壓緊制孔試驗裝置，其特征是所述的安裝板上安裝有導軌(22)，保護罩(3)相對位置處安裝有相配的滑塊。
全文摘要
一種單向壓緊制孔試驗裝置，其特征是它包括內(nèi)框(1)、四個Z向升降足(2)、末端執(zhí)行器移動平臺(12)和末端執(zhí)行器(13)，末端執(zhí)行器(13)的上端與末端執(zhí)行器移動平臺(12)上的Y向滑塊相連，Y向滑塊安裝在Y向?qū)к壣喜⑴c驅(qū)動螺母相連，驅(qū)動螺母與Y向驅(qū)動絲桿(18)相連，末端執(zhí)行器移動平臺(12)的兩端分別與內(nèi)框(1)相對兩邊上安裝的X向滑塊相連，各X向滑塊安裝在X向?qū)к壣?，至少有一個X向滑塊與X向驅(qū)動螺母相連，X向驅(qū)動螺母與X向絲桿(19)相連；所述的四個Z向升降足(2)的結構相同，它包括保護罩(3)、安裝板(5)和滾珠絲杠(6)；所述的末端執(zhí)行器(13)上安裝有用于壓緊工件的壓緊頭(7)及鉆孔用的電主軸(9)，在壓緊頭(7)的周圍安裝有法向傳感器(23)。本發(fā)明結構簡單，調(diào)整方便。
文檔編號B23Q17/00GK102357839SQ20111032672
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2011年10月25日
發(fā)明者曾長, 王珉, 薛少丁, 郝小忠, 陳文亮, 鮑益東, 黃大興 申請人:南京航空航天大學