一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，包括繞置在飛機(jī)機(jī)身外的圓形軌道模塊，沿所述圓形軌道模塊滑動(dòng)配合的弧形軌道模塊，和滑動(dòng)配合在弧形軌道模塊上的自動(dòng)制孔單元；飛機(jī)機(jī)身沿圓形軌道模塊被劃分為若干待制孔區(qū)域，自動(dòng)制孔單元用于完成弧形軌道模塊所對(duì)應(yīng)的待制孔區(qū)域的制孔任務(wù)；圓形軌道模塊包括兩條圓形軌道，每條圓形軌道由多段圓形軌道組件拼接而成，每段圓形軌道組件朝向機(jī)身的一側(cè)設(shè)有高度可調(diào)的支撐腳。本發(fā)明適應(yīng)性好，可以應(yīng)用于雙曲面機(jī)身；可滿足孔位置精度、表面粗糙度和孔徑尺寸精度的設(shè)計(jì)要求；鉆孔锪窩加工范圍可以覆蓋整個(gè)機(jī)身段周向區(qū)域，工作效率高。本發(fā)明還公開了一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔方法。
【專利說明】一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛機(jī)數(shù)字化裝配自動(dòng)化制孔領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于飛機(jī)機(jī)身自動(dòng)適應(yīng)蒙皮曲率變化的弧形軌制孔裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)裝配是飛機(jī)制造過程中的主要環(huán)節(jié)，飛機(jī)裝配工作量約占整個(gè)飛機(jī)制造工作量的40%?50%，裝配工作量主要以制孔、锪窩和鉚接為主。飛機(jī)大部件的精確制孔問題一直以來都是航空制造業(yè)的一個(gè)棘手問題，迄今還沒有一個(gè)適用于多種結(jié)構(gòu)部件的完全令人滿意的解決方案。
[0003]以大飛機(jī)機(jī)身對(duì)接段裝配為例，在對(duì)接段環(huán)形區(qū)域，加工孔的數(shù)量巨大，隨著飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料中復(fù)合材料、鈦合金等難加工材料比重大幅上升，制孔工作量也迅速增加，并且在一些情況下制孔區(qū)域的工作空間還會(huì)受到限制。在機(jī)身對(duì)接段環(huán)形區(qū)域的制孔工作中，若采用傳統(tǒng)的人工制孔方式，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，制孔質(zhì)量無法保證，制孔效率低；若采用機(jī)器人制孔方式，由于飛機(jī)外形尺寸大，飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)和工裝的約束，使得制孔設(shè)備工作空間受限，機(jī)器人可達(dá)工作空間無法覆蓋全部環(huán)形制孔區(qū)域；若采用專用機(jī)床制孔方式，則機(jī)床外形尺寸大，精度高，勢(shì)必帶來機(jī)床制造成本很高，因此機(jī)床制孔方式也不適合。
[0004]在這個(gè)背景下，國外首先提出并發(fā)展了柔性軌道自動(dòng)制孔技術(shù)。波音公司首先開發(fā)了大型飛機(jī)機(jī)身段對(duì)接區(qū)域柔性軌道自動(dòng)制孔設(shè)備，該設(shè)備通過安裝于導(dǎo)軌上的真空吸盤，直接吸附在飛機(jī)等值段機(jī)身曲面上進(jìn)行自動(dòng)制孔，安裝于導(dǎo)軌上的輕便制孔執(zhí)行器可一次性完成鉆孔和锪窩功能。該設(shè)備適用于等值段飛機(jī)機(jī)身表面制孔加工，具有重量輕、效率高、靈活方便以及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，取消了大型制孔及定位設(shè)備的介入，降低了飛機(jī)裝配的制造成本，縮短了制孔周期。但由于柔性軌道采用真空吸盤與機(jī)身蒙皮吸附的定位方式，制孔執(zhí)行器重量輕，導(dǎo)致系統(tǒng)整體剛度較差，加工穩(wěn)定性不足。除此之外，該柔性軌道自動(dòng)制孔設(shè)備不能適應(yīng)機(jī)身曲率變化大的曲面。
[0005]目前，我國飛機(jī)機(jī)身段裝配過程中的連接裝配與國外差距較大，仍以手工鉆鉚為主，質(zhì)量穩(wěn)定性較差，成本高，制孔效率低。本發(fā)明針對(duì)我國飛機(jī)裝配的現(xiàn)狀以及國外柔性軌道設(shè)備剛度不足的缺點(diǎn)，發(fā)明了飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔方法，該方法可以適用于雙曲面機(jī)身型面，定位精度高，一次安裝可完成機(jī)身部分環(huán)形區(qū)域內(nèi)的全部制孔任務(wù)，特別適合機(jī)身段對(duì)接裝配中連接區(qū)域的制孔；同時(shí)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，成本低。綜合看來，大型飛機(jī)機(jī)身弧形軌道制孔方法在自動(dòng)化精密制孔方面有著突破性的意義，對(duì)提升我國航空航天制造裝備業(yè)自動(dòng)化水平有著重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有機(jī)身段對(duì)接裝配過程中的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置及方法，適用于機(jī)身對(duì)接裝配中連接區(qū)域的一次性完成孔位的鉆孔、锪窩等功能。[0007]在本發(fā)明中，采用多軸數(shù)控驅(qū)動(dòng)自動(dòng)制孔單元，自動(dòng)制孔單元單元可以在弧形軌道上運(yùn)動(dòng)，弧形軌道分區(qū)域固定在分段拼接而成的圓形軌道上，通過支撐腳固定在機(jī)身型面上，制孔裝置可以實(shí)現(xiàn)圓周方向分區(qū)域自動(dòng)制孔，并具有锪窩的功能。具體公開的技術(shù)方案如下:
[0008]一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，包括繞置在飛機(jī)機(jī)身外的圓形軌道模塊，沿所述圓形軌道模塊滑動(dòng)配合的弧形軌道模塊，和滑動(dòng)配合在弧形軌道模塊上的自動(dòng)制孔單元；
[0009]所述的飛機(jī)機(jī)身沿圓形軌道模塊被劃分為若干待制孔區(qū)域，弧形軌道模塊所對(duì)應(yīng)的工作區(qū)域與每個(gè)待制孔區(qū)域?qū)Φ龋詣?dòng)制孔單元用于完成弧形軌道模塊所對(duì)應(yīng)的待制孔區(qū)域的制孔任務(wù)；
[0010]所述的圓形軌道模塊包括兩條圓形軌道，每條圓形軌道由多段圓形軌道組件拼接而成，每段圓形軌道組件與機(jī)身相貼合的面設(shè)有高度可調(diào)的支撐腳，且位于下部的圓形軌道組件具有與機(jī)身表面配合的支架，所述支撐腳安裝在支架上。
[0011]圓形軌道模塊。包括兩條圓形軌道，每條圓形軌道由9段上部圓形軌道組件和I段下部圓形軌道組件通過插銷依次拼接而成。每段上部圓形軌道組件包括:單段圓形軌道、支撐腳、插銷。下部圓形軌道組件包括:下部圓形軌道和支撐腳。圓形軌道通過支撐腳壓緊并固定在飛機(jī)機(jī)身蒙皮上。
[0012]優(yōu)選的，兩條圓形軌道間滑動(dòng)配合有軌道保持架模塊，軌道保持架模塊包括通過保持架連桿依次連接的多個(gè)軌道保持架，該軌道保持架模塊與弧形軌道模塊圍繞呈環(huán)形。每個(gè)軌道保持架上設(shè)有與圓形軌道配合的保持架滾輪，還設(shè)有用于平衡所述自動(dòng)制孔單元的配重塊。
[0013]軌道保持架模塊用于保持兩條圓形軌道的等距性，同時(shí)增強(qiáng)制孔系統(tǒng)的剛性，并且在圓形軌道鋪設(shè)時(shí)，可用于檢查軌道的平行性。軌道保持架模塊包括:軌道保持架、保持架連桿、保持架連接件、保持架滾輪。9個(gè)軌道保持架通過兩側(cè)的保持架滾輪安裝在圓形軌道上，各個(gè)軌道保持架之間通過保持架連接件與保持架連桿相連并保持相應(yīng)的間距。軌道保持架上安裝配重塊可以平衡自動(dòng)制孔單元的重量，也便于弧形軌道模塊沿軌道變換工位。
[0014]優(yōu)選的，弧形軌道模塊包括弧形軌道底座和安裝在弧形軌道底座上的弧形導(dǎo)軌，弧形軌道底座的兩端設(shè)有連接所述軌道保持架的弧形軌道連接架，該弧形軌道底座上還設(shè)有沿圓形軌道滑動(dòng)的弧形軌滾輪，和用于固定所述弧形軌道模塊的鎖緊片，且所述的弧形軌道底座上設(shè)有引導(dǎo)自動(dòng)制孔單元移動(dòng)的弧形齒條。
[0015]弧形軌道模塊包括:弧形軌道底座、弧形導(dǎo)軌、弧形軌道連接架、鎖緊片、弧形軌滾輪、弧形齒條?；⌒诬壍滥K通過兩端的弧形軌道連接架與軌道保持架模塊相連形成一個(gè)閉環(huán)整體。弧形軌道模塊通過弧形軌滾輪安裝在圓形軌道模塊上，并可通過鎖緊片鎖緊固定在圓形軌道模塊上。
[0016]支撐腳包括支撐桿、調(diào)整螺母、支撐座、支柱、調(diào)整腳和蝶形彈簧，支撐座內(nèi)安裝有兩個(gè)支柱，該支柱貫穿所述的支撐座，支柱的一端套有螺母，另一端帶有連接用球頭，所述球頭上套有抵住機(jī)身的調(diào)整腳；位于所述支撐座內(nèi)的支柱部分套有蝶形彈簧，該蝶形彈簧的一端抵住所述的螺母，另一端抵住凸設(shè)在支柱周面的環(huán)形臺(tái)階。[0017]優(yōu)選的，圓形軌道組件設(shè)有支撐桿，所述支撐座套設(shè)在支撐桿上，支撐座的兩側(cè)設(shè)有與支撐桿螺紋配合的調(diào)節(jié)螺母。
[0018]支撐腳的支撐高度可調(diào)，適應(yīng)不同曲率的蒙皮表面。支撐桿固定安裝在圓形軌道上，支撐座通過調(diào)整螺母安裝在支撐桿上，通過調(diào)節(jié)調(diào)整螺母改變支撐座的位置，從而來實(shí)現(xiàn)支撐腳的支撐高度粗調(diào)。一個(gè)支撐座安裝兩個(gè)支柱，蝶形彈簧壓縮變形安裝在支撐座內(nèi)部，調(diào)整腳通過球頭連接安裝在支柱下端，可自由靈活擺動(dòng)，松開支柱上的螺母，在蝶形彈簧作用下使得調(diào)整腳與機(jī)身型面接觸并壓緊，此時(shí)可以鎖緊螺母，實(shí)現(xiàn)精調(diào)。
[0019]優(yōu)選的，所述弧形軌道模塊的弧長(zhǎng)為整個(gè)圓形軌道周長(zhǎng)的四分之一。弧形軌道模塊一次安裝固定可以覆蓋整個(gè)圓形軌道的四分之一制孔加工范圍，機(jī)身所有孔位的制備需要至少變換四次弧形軌道模塊的位置。
[0020]優(yōu)選的，所述的自動(dòng)制孔單元上裝有打孔用刀具的電主軸和沿弧形軌道模塊滑動(dòng)的X軸底座，該電主軸安裝在一中間托板上，并設(shè)有用于安裝中間托板的執(zhí)行器托板，所述執(zhí)行器托板滑動(dòng)配合在Y軸底座上，該Y軸底座與X軸底座轉(zhuǎn)動(dòng)配合；所述的自動(dòng)制孔單元還包括:x軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的X軸底座沿弧形軌道模塊做X向運(yùn)動(dòng)；A軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的Y軸底座繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)；Y軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的執(zhí)行器托板沿Y軸底座在兩條圓形軌道間作Y向直線運(yùn)動(dòng),該Y向直線垂直于所述的A軸；Β軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的中間托板繞B軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該B軸與所述的Y向直線平行；Z1軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的中間托板沿著Zl軸方向做直線運(yùn)動(dòng)，該Zl軸垂直于所述Y向直線和A軸；Z2軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的電主軸沿Z2軸方向直線運(yùn)動(dòng)，該Z2軸與所述的Zl軸平行。
[0021]自動(dòng)制孔單元包括:Y軸伺服電機(jī)、B軸伺服電機(jī)、Zl軸伺服電機(jī)、Ζ2軸伺服電機(jī)、中間托板、電主軸、A軸伺服電機(jī)、快換刀柄、刀具、執(zhí)行器托板、Y軸底座、X軸底座、底座滾輪、X軸伺服電機(jī)、X軸齒輪。自動(dòng)制孔單元通過底座滾輪安裝在弧形軌道模塊上，Y軸底座、底座滾輪和X軸驅(qū)動(dòng)組件安裝在X軸底座上，驅(qū)動(dòng)X軸伺服電機(jī)帶動(dòng)X軸齒輪旋轉(zhuǎn)，通過X軸齒輪與弧形齒條的嚙合作用，使得自動(dòng)制孔單元沿著弧形導(dǎo)軌作X向運(yùn)動(dòng)。A軸驅(qū)動(dòng)組件和執(zhí)行器托板安裝在Y軸底座上，通過驅(qū)動(dòng)A軸伺服電機(jī)可帶動(dòng)Y軸底座繞著A軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行器托板上設(shè)有執(zhí)行器和Y軸驅(qū)動(dòng)組件、B軸驅(qū)動(dòng)組件，通過驅(qū)動(dòng)Y軸伺服電機(jī)可帶動(dòng)執(zhí)行器托板沿著Y軸方向做直線運(yùn)動(dòng)，通過驅(qū)動(dòng)B軸伺服電機(jī)可帶動(dòng)中間托板繞著B軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。Zl軸驅(qū)動(dòng)組件、Ζ2軸驅(qū)動(dòng)組件和電主軸安裝在中間托板上，驅(qū)動(dòng)Zl軸伺服電機(jī)可推動(dòng)中間托板沿著Zl軸方向做直線運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)Ζ2軸伺服電機(jī)可推動(dòng)電主軸沿著Ζ2軸方向做直線運(yùn)動(dòng)。刀具通過快換刀柄安裝在電主軸上。
[0022]自動(dòng)制孔單元的Zl軸驅(qū)動(dòng)組件和電主軸安裝在中間托板上，驅(qū)動(dòng)Zl軸伺服電機(jī)可推動(dòng)中間托板沿著Zl軸方向做直線運(yùn)動(dòng)，用于補(bǔ)償Ζ2軸驅(qū)動(dòng)行程不足，適合于雙曲面機(jī)身型面制孔加工。
[0023]制孔單元在各軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可實(shí)現(xiàn)X軸、A軸、B軸三個(gè)回轉(zhuǎn)方向和Y軸、Zl軸兩個(gè)直線方向運(yùn)動(dòng)，完成主軸定位和姿態(tài)調(diào)整，使得刀具軸線與加工孔型面法矢一致，通過控制電主軸和Ζ2向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具一次鉆孔、锪窩復(fù)合加工。
[0024]本發(fā)明還提供了一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔方法，分為以下步驟:
[0025]I)架設(shè)圓形軌道模塊于飛機(jī)機(jī)身外，并在圓周向上將飛機(jī)機(jī)身劃分為若干個(gè)待制孔區(qū)域；[0026]2)設(shè)置沿圓形軌道模塊滑動(dòng)的弧形軌道模塊，且該弧形軌道模塊所覆蓋的機(jī)身區(qū)域與每個(gè)待制孔區(qū)域?qū)?yīng)；
[0027]3)自動(dòng)制孔單元安裝在弧形軌道模塊上，并沿弧形軌道模塊滑動(dòng)以完成弧形軌道模塊所對(duì)應(yīng)的待制孔區(qū)域的制孔；
[0028]4)控制弧形軌道模塊沿圓形軌道模塊滑動(dòng)，并依次遍歷所有的待加工區(qū)域，完成整個(gè)飛機(jī)機(jī)身的制孔任務(wù)。
[0029]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:1)適應(yīng)性好，可以應(yīng)用雙曲面機(jī)身；2)可以滿足飛機(jī)機(jī)身特別是機(jī)身段對(duì)接區(qū)大范圍自動(dòng)制孔的加工要求；3)可以滿足孔位置精度、锪窩深度、表面粗糙度和孔徑尺寸精度的設(shè)計(jì)要求；4)鉆孔锪窩加工范圍可以覆蓋整個(gè)機(jī)身段周向區(qū)域，工作效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖2是圓形軌道模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖3是支撐腳的剖面圖；
[0033]圖4是軌道保持架模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖5是弧形軌道模塊和自動(dòng)制孔單元的結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖6是自動(dòng)制孔單元的結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖1中標(biāo)號(hào)名稱:圓形軌道模塊1、軌道保持架模塊2、弧形軌道模塊3和自動(dòng)制孔單元4、保持架連桿5。
[0037]圖2中標(biāo)號(hào)名稱:單段圓形軌道6、底部圓形軌道板7、支撐腳8、插銷9、支撐桿10。
[0038]圖3中標(biāo)號(hào)名稱:調(diào)整螺母11、支撐座12、支柱13、調(diào)整腳14、蝶形彈簧15。
[0039]圖4中標(biāo)號(hào)名稱:軌道保持架16、保持架連接件17、保持架滾輪18。
[0040]圖5中標(biāo)號(hào)名稱:弧形軌道底座19、弧形導(dǎo)軌20、弧形軌道連接架21、鎖緊片22、弧形軌滾輪23、弧形齒條24 ；X代表自動(dòng)制孔單元X軸旋轉(zhuǎn)方向、Y代表自動(dòng)制孔單元Y軸直線運(yùn)動(dòng)方向、A代表自動(dòng)制孔單元A軸旋轉(zhuǎn)方向、B代表自動(dòng)制孔單元B軸旋轉(zhuǎn)方向、Zl代表自動(dòng)制孔單元Zl軸直線運(yùn)動(dòng)方向、Z2代表自動(dòng)制孔單元Z2軸直線運(yùn)動(dòng)方向。
[0041]圖6中標(biāo)號(hào)名稱:Y軸伺服電機(jī)25、Β軸伺服電機(jī)26、Ζ1軸伺服電機(jī)27、Ζ2軸伺服電機(jī)28、中間托板29、電主軸30、A軸伺服電機(jī)31、快換刀柄32、刀具33、執(zhí)行器托板34、Y軸底座35、X軸底座36、底座滾輪37、X軸伺服電機(jī)38、X軸齒輪39。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0043]通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，采用多軸數(shù)控驅(qū)動(dòng)自動(dòng)制孔單元4，制孔單元可以在弧形軌道上運(yùn)動(dòng)，弧形軌道分區(qū)域固定在分段拼接而成的圓形軌道上，通過支撐腳10固定在機(jī)身型面上，制孔系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)圓周方向分區(qū)域自動(dòng)制孔，并具有锪窩的功能。
[0044]如圖1所示，本發(fā)明的制孔裝置包括:圓形軌道模塊1、軌道保持架模塊2、弧形軌道模塊3和自動(dòng)制孔單元4。圓形軌道模塊I繞置在飛機(jī)機(jī)身外，軌道保持架模塊2用于圓形軌道模塊I的形狀保持，并與弧形軌道模塊3銜接呈圍繞圓形軌道模塊I的圓環(huán)，自動(dòng)制孔單元4滑動(dòng)配合在弧形軌道模塊3上。
[0045]如圖2所示，圓形軌道模塊I包括兩條圓形軌道，每條圓形軌道由9段上部圓形軌道組件和I段下部圓形軌道組件通過插銷9依次拼接而成。每段上部圓形軌道組件包括:單段圓形軌道6、支撐腳8、插銷9，支撐腳8安裝在單段圓形軌道6上，并抵住機(jī)身蒙皮，插銷9用于單段圓形軌道6間的銜接。下部圓形軌道組件包括:下部圓形軌道7、支撐腳8和支架。支架與機(jī)身表面形狀相適應(yīng)，支撐腳8安裝在支架上。
[0046]如圖3所示，支撐腳8包括支撐桿10、調(diào)整螺母11、支撐座12、支柱13、調(diào)整腳14、蝶形彈簧15。支撐桿10安裝在圓形軌道上，并貫穿支撐座12，調(diào)整螺母11套在支撐座12兩側(cè)的支撐桿10上，用于調(diào)節(jié)和鎖緊支撐腳8的位置，支柱13貫穿支撐座12，支柱13的一端套有螺母，另一端帶有連接調(diào)整腳14的球頭；同時(shí)，位于支撐座12內(nèi)的支柱部分套有蝶形彈簧15，該蝶形彈簧15的一端抵住所述的螺母，另一端抵住凸設(shè)在支柱13周面的環(huán)形臺(tái)階。
[0047]如圖4所示,軌道保持架模塊2包括:軌道保持架16、保持架連桿5、保持架連接件17、保持架滾輪18。軌道保持架16上設(shè)有一定質(zhì)量的配重塊，用于平衡自動(dòng)制孔單元4的重量。軌道保持架16通過兩側(cè)的保持架滾輪18安裝在兩條圓形軌道上，保持架連桿5連接在相鄰兩軌道保持架16的保持架連接件17上。
[0048]如圖5所示，弧形軌道模塊3包括:弧形軌道底座19、弧形導(dǎo)軌20、弧形軌道連接架21、鎖緊片22、弧形軌滾輪23、弧形齒條24?；⌒螌?dǎo)軌20固定在弧形軌道底座19上，弧形軌道連接架21連接在弧形軌道底座19的兩端，并與保持架連接件17連接，弧形軌道底座19通過弧形軌滾輪23滑動(dòng)在圓形軌道上，鎖緊片22用于固定弧形軌道底座19于圓形軌道上，弧形齒條24位于弧形軌道底座19上，用于驅(qū)動(dòng)自動(dòng)制孔單元4沿弧形導(dǎo)軌20運(yùn)動(dòng)。
[0049]如圖6所示，自動(dòng)制孔單元4包括:Y軸伺服電機(jī)25、B軸伺服電機(jī)26、Zl軸伺服電機(jī)27、Ζ2軸伺服電機(jī)28、中間托板29、電主軸30、A軸伺服電機(jī)31、快換刀柄32、刀具33、執(zhí)行器托板34、Y軸底座35、X軸底座36、底座滾輪37、X軸伺服電機(jī)38、X軸齒輪39。
[0050]自動(dòng)制孔單元通過底座滾輪37安裝在弧形軌道模塊3上，Y軸底座35、底座滾輪37和X軸驅(qū)動(dòng)組件安裝在X軸底座36上，X軸驅(qū)動(dòng)組件包括X軸伺服電機(jī)38和位于X軸伺服電機(jī)38輸出軸上的X軸齒輪39，X軸伺服電機(jī)38帶動(dòng)X軸齒輪39旋轉(zhuǎn)，通過X軸齒輪39與弧形齒條24的嚙合作用，使得自動(dòng)制孔單元沿著弧形導(dǎo)軌20作X向運(yùn)動(dòng)。A軸驅(qū)動(dòng)組件和執(zhí)行器托板34安裝在Y軸底座35上，A軸驅(qū)動(dòng)組件包括A軸伺服電機(jī)31，通過驅(qū)動(dòng)A軸伺服電機(jī)31可帶動(dòng)Y軸底座35繞著A軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行器托板34上設(shè)有執(zhí)行器和Y軸驅(qū)動(dòng)組件、B軸驅(qū)動(dòng)組件，Y軸驅(qū)動(dòng)組件中的Y軸伺服電機(jī)25可帶動(dòng)執(zhí)行器托板34沿著Y軸方向做直線運(yùn)動(dòng)，B軸驅(qū)動(dòng)組件內(nèi)的B軸伺服電機(jī)26可帶動(dòng)中間托板29繞著B軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。Zl軸驅(qū)動(dòng)組件、Ζ2軸驅(qū)動(dòng)組件和電主軸30安裝在中間托板29上，Zl軸驅(qū)動(dòng)組件帶有的Zl軸伺服電機(jī)27可推動(dòng)中間托板29沿著Zl軸方向做直線運(yùn)動(dòng)。Ζ2軸驅(qū)動(dòng)組件帶有的驅(qū)動(dòng)Ζ2軸伺服電機(jī)28可推動(dòng)電主軸30沿著Ζ2軸方向做直線運(yùn)動(dòng)。刀具33通過快換刀柄32安裝在電主軸30上。
[0051]自動(dòng)制孔單元的Zl軸驅(qū)動(dòng)組件和電主軸30安裝在中間托板29上，驅(qū)動(dòng)Zl軸伺服電機(jī)27可推動(dòng)中間托板29沿著Zl軸方向做直線運(yùn)動(dòng)，用于補(bǔ)償Ζ2軸驅(qū)動(dòng)行程不足，適合于雙曲面機(jī)身型面制孔加工。
[0052]制孔單元在各軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可實(shí)現(xiàn)X軸、A軸、B軸三個(gè)回轉(zhuǎn)方向和Y軸、Zl軸兩個(gè)直線方向運(yùn)動(dòng)，完成主軸定位和姿態(tài)調(diào)整，使得刀具軸線與加工孔型面法矢一致，通過控制電主軸和Z2向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具一次鉆孔、锪窩復(fù)合加工。
[0053]本發(fā)明的工作過程如下:
[0054]I)安裝圓形軌道模塊
[0055]圓形軌道模塊I包括兩條圓形軌道，每條圓形軌道由9段上部圓形軌道組件和I段下部圓形軌道組件通過插銷9依次拼接而成。支撐腳8分布在圓形軌道上，支撐腳8的支撐高度可調(diào)，適應(yīng)不同曲率的蒙皮表面。圓形軌道通過可自由靈活擺動(dòng)的支撐腳8適應(yīng)機(jī)身不同曲率的蒙皮表面并壓緊，通過調(diào)整螺母11調(diào)節(jié)蝶形彈簧15壓縮變形量可自由調(diào)節(jié)調(diào)整腳14施加在蒙皮表面的載荷大小，從而實(shí)現(xiàn)圓形軌道壓緊并固定在飛機(jī)機(jī)身段型面上。
[0056]2)安裝保持架模塊
[0057]調(diào)節(jié)兩條圓形軌道之間的距離，將軌道保持架16通過保持架滾輪18依次安裝在圓形軌道上，九個(gè)軌道保持架16之間通過保持架連桿5相連，保證各個(gè)軌道保持架16均布在圓形軌道上，用于保持兩條圓形軌道的等距性，同時(shí)增強(qiáng)制孔系統(tǒng)的剛性。
[0058]3)安裝弧形軌道模塊
[0059]飛機(jī)機(jī)身段對(duì)接區(qū)的制孔加工區(qū)域可分為上下左右四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域占了整個(gè)圓形軌道的四分之一，弧形軌道模塊3的加工范圍可以覆蓋一個(gè)加工區(qū)域，將弧形軌道模塊3通過弧形軌滾輪23安裝在圓形軌道模塊I上，通過弧形軌道連接架21與保持架連桿5相連使得弧形軌道模塊3與軌道保持架模塊2連接成為一個(gè)環(huán)向整體?；⌒诬壍滥K3在圓形軌道模塊I上的位置可以手工調(diào)節(jié)，當(dāng)弧形軌道模塊3到達(dá)相應(yīng)加工區(qū)域后，通過鎖緊片22將弧形軌道模塊3鎖緊安裝在圓形軌道模塊I上。
[0060]4)安裝自動(dòng)制孔單元
[0061]自動(dòng)制孔單元4通過底座滾輪37安裝在弧形導(dǎo)軌20上，X軸齒輪39與弧形齒條24嚙合。由于自動(dòng)制孔單元4質(zhì)量較大，在圓形軌道另一側(cè)的軌道保持架16上安裝相應(yīng)質(zhì)量的配重塊，用來平衡自動(dòng)制孔單元4的重量，同時(shí)也便于弧形軌道模塊3沿軌道變換工位。
[0062]5)帶刀具的主軸定位、刀具制孔和锪窩
[0063]驅(qū)動(dòng)X軸伺服電機(jī)38帶動(dòng)X軸齒輪39旋轉(zhuǎn)，與X軸齒輪39嚙合的弧形齒條24固定不動(dòng)，使得自動(dòng)制孔單元4沿著弧形導(dǎo)軌20作X向運(yùn)動(dòng)。A軸驅(qū)動(dòng)組件和執(zhí)行器托板34安裝在Y軸底座35上，通過驅(qū)動(dòng)A軸伺服電機(jī)31可帶動(dòng)Y軸底座35繞著A軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀具33的A軸角度的調(diào)節(jié)。通過驅(qū)動(dòng)Y軸伺服電機(jī)25可帶動(dòng)執(zhí)行器托板34沿著Y軸方向做直線運(yùn)動(dòng)。通過驅(qū)動(dòng)B軸伺服電機(jī)26可帶動(dòng)中間托板29繞著B軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具33的B軸角度的調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)X軸、Y軸、A軸、B軸的位姿，使刀具33軸線與被加工孔軸線重合。
[0064]Zl軸驅(qū)動(dòng)組件、Z2軸驅(qū)動(dòng)組件和電主軸30安裝在中間托板29上，驅(qū)動(dòng)Zl軸伺服電機(jī)27可推動(dòng)中間托板29沿著Zl軸方向做直線運(yùn)動(dòng)，用于調(diào)節(jié)電主軸進(jìn)給單元與機(jī)身制孔加工表面距離。驅(qū)動(dòng)Z2軸伺服電機(jī)28可實(shí)現(xiàn)Z2軸方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具33的制孔锪窩工作。
[0065]6)完成所有孔制作
[0066]重復(fù)步驟5)，自動(dòng)制孔單元4移動(dòng)到下一個(gè)孔位完成制孔锪窩。完成一個(gè)加工區(qū)域所有孔位的制孔后，松開鎖緊片22與圓形軌道的連接，沿著圓形軌道周向旋轉(zhuǎn)弧形軌道模塊3到達(dá)下一個(gè)加工區(qū)域后重新鎖緊，重復(fù)上述步驟，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)身段對(duì)接區(qū)所有孔位的自動(dòng)制孔。
【權(quán)利要求】
1.一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，包括繞置在飛機(jī)機(jī)身外的圓形軌道模塊(1)，沿所述圓形軌道模塊(1)滑動(dòng)配合的弧形軌道模塊(3)，和滑動(dòng)配合在弧形軌道模塊(3)上的自動(dòng)制孔單元(4)； 所述的飛機(jī)機(jī)身沿圓形軌道模塊(1)被劃分為若干待制孔區(qū)域，弧形軌道模塊(3)所對(duì)應(yīng)的工作區(qū)域與每個(gè)待制孔區(qū)域?qū)Φ?，自?dòng)制孔單元(4)用于完成弧形軌道模塊(3)所對(duì)應(yīng)的待制孔區(qū)域的制孔任務(wù)； 所述的圓形軌道模塊(1)包括兩條圓形軌道，每條圓形軌道由多段圓形軌道組件拼接而成，每段圓形軌道組件朝向機(jī)身的一側(cè)設(shè)有高度可調(diào)的支撐腳(8)，且位于下部的圓形軌道組件具有與機(jī)身表面配合的支架，所述支撐腳(8)安裝在支架上。
2.如權(quán)利要求1所述的通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，兩條圓形軌道間滑動(dòng)配合有軌道保持架模塊(2 )，軌道保持架模塊(2 )包括通過保持架連桿(5 )依次連接的多個(gè)軌道保持架(16)，該軌道保持架模塊(2)與弧形軌道模塊(3)圍繞呈環(huán)形。
3.如權(quán)利要求2所述的通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，每個(gè)軌道保持架(16)上設(shè)有與圓形軌道配合的保持架滾輪(18)，還設(shè)有用于平衡所述自動(dòng)制孔單元(4)的配重塊。
4.如權(quán)利要求3所述的通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，弧形軌道模塊(3)包括弧形軌道底座(19)和安裝在弧形軌道底座(19)上的弧形導(dǎo)軌(20)，弧形軌道底座(19)的兩端設(shè)有連接所述軌道保持架(16)的弧形軌道連接架(21)， 該弧形軌道底座(19)上還設(shè)有沿圓形軌道滑動(dòng)的弧形軌滾輪(23)，和用于固定所述弧形軌道模塊(3)的鎖緊片(22)。
5.如權(quán)利要求4所述的通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，所述的弧形軌道底座(19)上設(shè)有引導(dǎo)自動(dòng)制孔單元(4)移動(dòng)的弧形齒條(24)。
6.如權(quán)利要求5所述的通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，所述的支撐腳(8)包括支撐座(12)，支撐座(12)內(nèi)安裝有兩個(gè)支柱(13)，該支柱(13)貫穿所述的支撐座(12)，支柱(13)的一端套有螺母，另一端帶有連接用球頭，所述球頭上套有抵住機(jī)身的調(diào)整腳(14); 位于所述支撐座(12)內(nèi)的支柱部分套有蝶形彈簧(15)，該蝶形彈簧(15)的一端抵住所述的螺母，另一端抵住凸設(shè)在支柱(13)周面的環(huán)形臺(tái)階。
7.如權(quán)利要求6所述的通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，圓形軌道組件上設(shè)有支撐桿(10 )，所述支撐座(12)套設(shè)在支撐桿(10 )上，支撐座(12 )的兩側(cè)設(shè)有與支撐桿(10 )螺紋配合的調(diào)節(jié)螺母(11)。
8.權(quán)利要求1述的通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，所述的自動(dòng)制孔單元上裝有打孔用刀具的電主軸(30)和沿弧形軌道模塊(3)滑動(dòng)的X軸底座(36)，該電主軸(30)安裝在一中間托板(29)上，并設(shè)有用于安裝中間托板(29)的執(zhí)行器托板(34)，所述執(zhí)行器托板(34)滑動(dòng)配合在Y軸底座(35)上，該Y軸底座(35)與X軸底座(36)轉(zhuǎn)動(dòng)配合； 所述的自動(dòng)制孔單元還包括: X軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的X軸底座(36)沿弧形軌道模塊(3)做X向運(yùn)動(dòng)； A軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的Y軸底座(35)繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)； Y軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的執(zhí)行器托板(34)沿Y軸底座(35)在兩條圓形軌道間作Y向直線運(yùn)動(dòng)，該Y向直線垂直于所述的A軸； B軸驅(qū)動(dòng)組件， 用于驅(qū)動(dòng)所述的中間托板(29)繞B軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該B軸與所述的Y向直線平行； Zl軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的中間托板(29)沿著Zl軸方向做直線運(yùn)動(dòng)，該Zl軸垂直于所述Y向直線和A軸； Z2軸驅(qū)動(dòng)組件，用于驅(qū)動(dòng)所述的電主軸(30)沿Z2軸方向直線運(yùn)動(dòng)，該Z2軸與所述的Zl軸平行。
9.權(quán)利要求8所述的通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔裝置，其特征在于，所述的刀具通過快換刀柄安裝在電主軸(30)上。
10.一種通用的飛機(jī)機(jī)身弧形軌制孔方法，其特征在于，分為以下步驟: 1)架設(shè)圓形軌道模塊于飛機(jī)機(jī)身外，并在圓周向上將飛機(jī)機(jī)身劃分為若干個(gè)待制孔區(qū)域； 2)設(shè)置沿圓形軌道模塊滑動(dòng)的弧形軌道模塊，且該弧形軌道模塊所覆蓋的機(jī)身區(qū)域與每個(gè)待制孔區(qū)域?qū)?yīng)； 3)自動(dòng)制孔單元安裝在弧形軌道模塊上，并沿弧形軌道模塊滑動(dòng)以完成弧形軌道模塊所對(duì)應(yīng)的待制孔區(qū)域的制孔； 4)控制弧形軌道模塊沿圓形軌道模塊滑動(dòng)，并依次遍歷所有的待加工區(qū)域，完成整個(gè)飛機(jī)機(jī)身的制孔任務(wù)。
【文檔編號(hào)】B23B41/00GK103920904SQ201410124336
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】蔣君俠, 黃奇?zhèn)? 朱偉東, 柯映林 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)