CN103894678B - 一种锪椭圆窝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锪椭圆窝装置，包括数控转台、旋转底座、直线导轨、进给滑枕、摆动滑枕、圆弧导轨、电主轴刀具等，旋转底座安装在数控转台上且可绕第一轴线转动，直线导轨布置在旋转底座上，进给滑枕滑动安装在直线导轨上，摆动滑枕滑动安装在进给滑枕上，圆弧导轨固定在进给滑枕上用以引导摆动滑枕，电主轴设置在摆动滑枕上，且与第一轴线平行，刀具安装在电主轴上。本锪椭圆窝装置根据椭圆窝的形状和尺寸特征特点，通过进给滑枕、摆动滑枕以及旋转底座的配合，实现刀具的进给、摆动以及摆动平面角度的变化，从而精确地加工出椭圆窝。

Description

一种锪椭圆窝装置

技术领域

本发明属于飞机数字化装配自动化制孔领域，尤其涉及一种锪椭圆窝装置。

背景技术

随着现代航空工业的发展和飞机性能要求的提高，飞机机翼上下壁板采用整体结构形式，以增加飞机的隐身性能，减轻飞机重量。壁板采用上下整体结构后，给机翼的装配提出了极高要求。机翼的装配顺序是先装下壁板，再装上壁板，壁板与内部骨架之间是通过螺栓、螺母连接的。下壁板与骨架装配连接后，把上壁板盖在骨架上，就无法安装与螺栓配合的螺母。为了解决这个问题，在把上壁板盖在骨架上之前，先在骨架上安装有耳托板螺母，然后再装配上壁板，通过螺栓与螺母固定上壁板。随着工艺的发展，现在的有耳托板螺母大部分被无耳托板螺母代替。无耳托板螺母端口部分是椭圆形。安装无耳托板螺母前先在骨架上制出无耳托板螺母安装孔，该螺母安装孔的端口也是椭圆形。这样，无耳托板螺母放入无耳托板螺母孔后，通过拉紧工具将其在骨架外侧部分拉出一个鼓包，并通过螺母与螺母孔在端口椭圆部分（椭圆窝）的配合，可以防止螺母在螺母孔内转动。

虽然螺母的设计安装技术有了改进，但是无耳托板螺母孔的椭圆形端口的手工加工工艺非常复杂，需要通过其它孔定位加工工具的方向，人工沿定位方向来回往复摆动刀具，才能加工无耳托板螺母的椭圆窝。因为椭圆端口较深，刀具与材料的接触面较大，导致切削力较大，人工加工非常困难。

授权公告号CN102049544B的中国发明专利文献公开了一种应用于气钻的超声振动锪窝装置，包括有滑环、前盖板、轴套、三脚支架、法兰盘、挡圈、锪刀、中心轴、中心套、衬套、气钻、外弹簧、内弹簧、卡簧、B陶瓷片、A陶瓷片、后盖板、卡环。气钻的主轴连接在前盖板的内螺纹孔中，B陶瓷片、A陶瓷片和后盖板安装在前盖板的一端上，前盖板的另一端与中心轴的一端连接，中心轴套接在中心套内，中心轴的另一端连接有锪刀；滑环 的内圈安装在后盖板的外缘上，滑环的外圈与法兰盘之间有接圈，气钻的外壳与法兰盘连接；三脚支架、轴套和卡环套接在中心套上，三脚支架能够保证锪刀垂直于工件的表面。该发明的超声振动钻削装置能够应用于飞机蒙皮碳纤维复合材料和钛合金叠层紧固件大孔的高精密紧锪窝加工。在使用该装置锪窝时，仍然需要手持电钻，自动化程度不高，而且，该发明的超声振动钻削装置只能锪圆形窝，无法实现椭圆窝的加工。另外，该发明装置的锪刀在锪工件时会产生较大的切削反作用力，从而造成加工误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种锪椭圆窝装置，针对飞机机翼数字化装配过程中需要制备大量椭圆窝，克服传统锪椭圆窝方法中工艺缺陷和不足，根据椭圆窝的形状和尺寸特征特点设计有多个自由度，具有针对性强、精度高、自动化程度高等优点。而且，本发明锪椭圆窝装置可以精确地控制椭圆窝的方向、尺寸和形状等特征。

本发明采用以下技术方案：

一种锪椭圆窝装置，包括：

数控转台；

旋转底座，安装在所述数控转台上且可绕第一轴线转动；

直线导轨，布置在所述旋转底座上，该直线导轨与第一轴线平行；

进给滑枕，滑动安装在所述直线导轨上；

摆动滑枕，滑动安装在所述进给滑枕上，该摆动滑枕的旋转轴线与第一轴线垂直相交；

圆弧导轨，固定在所述进给滑枕上用以引导摆动滑枕；

电主轴，设置在所述摆动滑枕上，且与第一轴线平行；

刀具，安装在所述电主轴上。

为了能够使本发明锪椭圆窝装置能够精确地移动到工件表面，所述数控转台可以通过某种固定装置安装在工业机器人或数控机床等自动化数控装备上，这种固定装置可以是法兰、螺栓组等。

在所述两条直线导轨之间的旋转底座上安装有第一伺服电机和滚珠丝杠副，所述进给滑枕通过滚珠丝杠副与第一伺服电机联动。本发明用于驱动进给滑枕的电机为伺服电机，伺服电机可以控制速度，精度非常高。滚珠丝 杠副将驱动电机输出的回转运动转化为直线运动，实现了进给滑枕的微进给，具有精度高、无侧隙、刚度高等优点。另外，进给滑枕可以采用螺母座安装在滚珠丝杠副的滑块上。

为了避免工件在加工过程中因刀具的切削力而引起的振动，所述直线导轨滑动安装有用于抵靠工件的压脚；为了能够牢固地压紧工件，所述旋转底座上设有用于驱动压脚的气缸，气缸拥有较大的输出力，从而牢牢地压紧工件，气缸可以采用现有技术中的单作用气缸。

为了减少抵靠表面的加工面积，所述压脚上设有与工件抵靠的环形压头。为了便于刀具加工椭圆窝，环形压头的中空区域与刀具的位置相应。

在环形压头的内缘设有吸屑孔，所述压脚上设有与吸屑孔连通的吸屑管道，可以在吸屑管道的出屑孔的对面设有引风机。在锪椭圆窝的过程中开启引风机，吸屑管道收集加工过程中产生的废屑，收集的废屑可回收再利用，经济环保。

为了保证所述摆动滑枕在圆弧导轨上顺利连续地摆动，作为优选，在所述圆弧导轨包括同心布置的外圆弧导轨和内圆弧导轨，所述刀具的刀尖在圆弧导轨所在平面上的投影位置为圆弧导轨的圆心，这样一来，摆动滑枕可以沿着圆弧导轨来回旋转摆动，摆动滑枕的变化角度和刀具的变化角度一致，可以实现控制刀具的摆动，从而加工出符合要求的椭圆窝。

所述进给滑枕上设有与圆弧导轨同心布置的圆弧齿条，所述摆动滑枕的底部设有与圆弧齿条啮合的齿轮，所述摆动滑枕上设有用于驱动齿轮的第二伺服电机。通过齿轮和圆弧齿条的啮合传动，传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长。

所述旋转底座上安装有用于测量进给滑枕位置和压脚位置的两根直线光栅。它们均为绝对式直线光栅。两个直线光栅将信号反馈给第一伺服电机，从而控制刀具的进给量，实现锪窝深度的精确控制。

所述进给滑枕上安装有用于测量摆动滑枕角位移的圆弧光栅。圆弧光栅将信号反馈给第二伺服电机，从而控制刀具的摆动角度，实现锪窝形状和尺寸的精确控制。

本发明具有以下有益效果：根据椭圆窝的形状和尺寸特征特点，通过进给滑枕、摆动滑枕以及旋转底座的配合，实现刀具的进给、摆动以及摆动平面角度的变化，可以实现控制锪窝方向、形状和尺寸特征，从而加工出符合 要求椭圆窝；另外通过光栅反馈控制，很大程度上提高刀具的控制精度，大大提高了加工精度，

附图说明

图1为本发明锪椭圆窝装置的主视图（局部采用剖视示意）；

图2为图1所示锪椭圆窝装置的右视图；

图3为图1所示锪椭圆窝装置的轴视图；

图4为图1所示锪椭圆窝装置的俯视图。

具体实施方式

参见图1～4，一种锪椭圆窝装置，包括数控转台2和旋转底座4，为了能够使本锪椭圆窝装置能够精确地移动到工件，本锪椭圆窝装置可以通过安装法兰1安装在工业机器人或数控机床等自动化数控装备（图中未表示）上。

数控转台2通过法兰盘3与旋转底座4联动，旋转底座4绕第一轴线A转动，数控转台2可以控制旋转底座4的偏转角度。

旋转底座4上固定有相互平行的直线导轨30和直线导轨35，且直线导轨30和直线导轨35与第一轴线A平行，直线导轨30和直线导轨35上滑动安装有进给滑枕7。

在直线导轨30和直线导轨35之间的旋转底座4上安装有第一伺服电机5，第一伺服电机5驱动滚珠丝杠副8，滚珠丝杠副8通过螺母座9与进给滑枕7相连，从而，在第一伺服电机5的驱动下，进给滑枕7可沿直线导轨30和直线导轨35滑动。本发明用于驱动进给滑枕7的电机为伺服电机，伺服电机可以灵活控制速度，精度非常高。

旋转底座4上安装有用于测量进给滑枕7位置的第一直线光栅29和测量压脚位置的第二直线光栅33，它们均为绝对式直线光栅，两个直线光栅将信号反馈给第一伺服电机5，从而控制刀具18的进给量，实现锪窝深度的精确控制。

为了尽量避免工件在加工过程中因刀具18的切削力而引起的振动，直线导轨30和直线导轨35上滑动安装有用于抵靠工件的压脚17，旋转底座4上设有用于驱动压脚17的气缸13，为了减少抵靠表面的加工面积，压脚17上设有与工件抵靠的环形压头16，而且，环形压头16的中空区域与刀具18 的位置相应，这样刀具18就可以穿过环形压头16的中空区域加工工件。

在环形压头16的内缘设有吸屑孔34，压脚17上设有与吸屑孔34连通的吸屑管道15。吸屑管道15的出口对接有引风机（图中未表示），在锪椭圆窝的过程中开启引风机，吸屑管道15收集加工过程中产生的废屑。

在直线导轨30和直线导轨35未设置部件处安装有前风琴罩12和后风琴罩28。前风琴罩12和后风琴罩28为两条直线导轨提供防护的同时，也提高了本锪椭圆窝装置运行的安全性。

进给滑枕7上固定有外圆弧导轨6、内圆弧导轨10以及圆弧齿条24，圆弧齿条24位于外圆弧导轨6和内圆弧导轨10之间，外圆弧导轨6和内圆弧导轨10上通过滑块11滑动安装有摆动滑枕27。

摆动滑枕27的外侧安装有第二伺服电机32，第二伺服电机32通过减速器31与齿轮23、圆弧齿条24联动。

另外，为了保证摆动滑枕27在外圆弧导轨6和内圆弧导轨10上顺畅连续地摆动，圆弧齿条24、外圆弧导轨6和内圆弧导轨10这三者采用同心设计，图4中，R1表示外圆弧导轨6的半径，R2表示圆弧齿条24的半径，R3表示内圆弧导轨10的半径。而且，摆动滑枕27的旋转轴线与第一轴线A垂直相交。

摆动滑枕27中心下方安装有读数头支架26，该读数头支架26可安装光栅读数头。

进给滑枕7上安装有用于测量摆动滑枕27角位移的圆弧光栅25，圆弧光栅25将摆动滑枕27的角位移信号反馈给第二伺服电机32，从而控制刀具18的摆动角度，实现锪窝形状和尺寸的精确控制。

摆动滑枕27上通过主轴座平键22安装有主轴座21，主轴座21内安装有第一轴线A平行的电主轴20。电主轴20上通过刀柄19安装有刀具18，为了精确控制刀具18的转动角度，刀具18的刀尖在外圆弧导轨6和内圆弧导轨10所在平面上的投影位置为外圆弧导轨6和内圆弧导轨10的圆心。

本发明锪椭圆窝装置的工作过程如下：

1、将本锪椭圆窝装置通过安装法兰1安装在工业机器人或数控机床等自动化数控装备（图中未表示）上；

2、由自动化数控装备将本锪椭圆窝装置移动到工件上需要锪椭圆窝的实际位置；

3、本锪椭圆窝装置移动到位后，自动化数控装备调整本锪椭圆窝装置的位姿，使电主轴20轴线与工件表面法向重合。

4、气缸13通过气缸转接头14将压脚17推出，使环形压头16压紧工件；

5、开启引风机，吸屑孔34开始产生吸力。

6、开启电主轴20；开启第二伺服电机32，通过变速器31、齿轮23、圆弧齿条24带动摆动滑枕27沿外圆弧导轨6和内圆弧导轨10来回摆动；开启第一伺服电机5，带动滚珠丝杠副8旋转推动进给滑枕7沿直线导轨30和直线导轨35做进给运动，通过进给滑枕7和摆动滑枕27的运动配合，使得刀具18沿摆线轨迹进给，直至完成锪椭圆窝；

7、第一伺服电机5控制进给滑枕7退回，气缸13带动压脚17退回，关闭第二伺服电机32，关闭电主轴20，自动化数控装备将本锪椭圆窝装置移动到下一位置锪椭圆窝或者停止。

Claims (5)

1.一种锪椭圆窝装置，其特征在于，包括：

数控转台；

旋转底座，安装在所述数控转台上，且可绕第一轴线转动；

直线导轨，布置在所述旋转底座上，该直线导轨与第一轴线平行；所述直线导轨滑动安装有用于抵靠工件的压脚，所述旋转底座上设有用于驱动压脚的气缸；

进给滑枕，滑动安装在所述直线导轨上；所述进给滑枕上安装有用于测量摆动滑枕角位移的圆弧光栅；

摆动滑枕，滑动安装在所述进给滑枕上，该摆动滑枕的旋转转轴线与第一轴线垂直相交；

电主轴，设置在所述摆动滑枕上，且与第一轴线平行；

刀具，安装在所述电主轴上；

圆弧导轨，固定在所述进给滑枕上用以引导摆动滑枕；所述圆弧导轨包括同心布置的外圆弧导轨和内圆弧导轨，所述刀具的刀尖在圆弧导轨所在平面上的投影位置为圆弧导轨的圆心。

2.根据权利要求1所述的锪椭圆窝装置，其特征在于，所述直线导轨为平行布置的两条，在所述两条直线导轨之间的旋转底座上安装有第一伺服电机和滚珠丝杠副，所述进给滑枕通过滚珠丝杠副与第一伺服电机联动。

3.根据权利要求1所述的锪椭圆窝装置，其特征在于，所述压脚上设有与工件抵靠的环形压头，环形压头的中空区域与刀具的位置相应，在环形压头的内缘设有吸屑孔，所述压脚上设有与吸屑孔连通的吸屑管道。

4.根据权利要求1所述的锪椭圆窝装置，其特征在于，所述进给滑枕上设有与圆弧导轨同心布置的圆弧齿条，所述摆动滑枕的底部设有与圆弧齿条啮合的齿轮，所述摆动滑枕上设有用于驱动齿轮的第二伺服电机。

5.根据权利要求1所述的锪椭圆窝装置，其特征在于，所述旋转底座上安装有两根光栅尺，分别用于测量进给滑枕位置和压脚位置。