CN105665605B - 一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头，包括镦紧驱动模块和压铆头；所述的压铆头包括由镦紧驱动模块驱动的外筒，设置在外筒的气缸，与外筒连接的导向套筒，位于所述导向套筒内且顶住气缸活塞杆一端的导向顶杆；所述导向顶杆的端部连接有顶压飞机壁板的衬套，所述导向套筒的端部设有伸入衬套内的压铆顶杆。本发明能够自动完成铆钉的压铆，铆接质量满足设计对铆接强度、干涉量、密封性等技术要求。

Description

一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头
技术领域
本发明涉及飞机装配技术与装备领域，尤其涉及一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头。
背景技术
在飞机壁板装配中，铆接仍然是目前主要的连接方法，占据了飞机壁板装配中大量的工作量。传统的人工铆接劳动条件差，生产效率低，铆接质量严重依赖于工人的经验和技术，所以采用自动钻铆机来代替人工操作是现代飞机装配领域的一大趋势。
然而，由于自动钻铆机原理和结构非常复杂，目前世界上只有欧美的少数厂商如EI、GEMCOR、BROETJE等具备开发和制造的能力，在国内则还处于空白状态。已有和研发中的自动钻铆机实现铆接的主流方式是采用压铆，这就需要设计和配置专用的镦紧头。
自动钻铆机工作时，镦紧头位于待装配壁板的内侧，一般需要有紧凑的结构使之不易与工装和工件产生干涉，同时镦紧头要能够提供足够大的压铆力，所以又要有足够的刚度来承受压铆力带来的自身变形。为了保证铆接质量，镦紧头应该具备必要的位移及力反馈方式来控制压铆。
此外，镦紧头上的压铆头决定了镦头的形状和大小，所以为了适应不同的直径和规格的铆钉，不同规格的压铆头应该能够快速更换。综上所述，镦紧头直接影响了铆接质量，是自动钻铆机的核心部件之一，镦紧头对结构的设计合理性、材料选择以及控制方式的设计等有着很高的要求，是卧式自动钻铆机设计的主要难点之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头，包括镦紧驱动模块，衬套压紧模块，转向机构和压铆头。
所述的压铆头包括由镦紧驱动模块驱动的外筒，设置在外筒的气缸，与外筒连接的导向套筒，位于所述导向套筒内且顶住活塞一端的导向顶杆；所述导向顶杆的端部连接有顶压飞机壁板的衬套，所述导向套筒的端部设有伸入衬套内的压铆顶杆。
本发明中，镦紧驱动模块用于驱动压铆头镦紧飞机壁板并完成压铆，其中衬套压紧模块和转向机构均安装在压铆头内。
本发明的压铆头在进行压铆时，镦紧驱动模块带动外筒、气缸、导向套筒、导向顶杆、衬套和压铆顶杆向飞机壁板推进，当衬套端部抵住飞机壁板时，镦紧驱动模块仍然驱动整个压铆头前进，此时衬套将所受的推进力通过导向顶杆转移为对活塞的压力；即衬套始终贴住飞机壁板，而压铆顶杆在镦紧驱动模块的作用下向前进行压铆，由于衬套所受的压铆推进力远大于活塞通过导向顶杆对衬套的压紧力，使得气缸反向受到衬套传递的压力，使活塞杆推动气缸内的活塞退回，同时保持衬套镦紧，而压铆顶杆推进完成压铆。
作为优选的，所述衬套套设在导向套筒的端部，导向套筒上开有导向槽，所述导向顶杆设有穿过导向槽与衬套联动的顶杆推销。
导向顶杆通过穿过导向槽的顶杆推销与衬套保持同步，在气缸内的活塞退回时，衬套的位置保持不变，导向套筒继续推进，顶杆推销在导向槽内的发生位移，为导向套筒和压铆顶杆提供避让空间。
作为优选的，所述的镦紧驱动模块用于驱动压铆头，包括镦紧驱动电机，通过同步带轮对由所述镦紧驱动电机驱动的丝杠螺母座；所述外筒通过法兰盘与丝杠螺母座联动。
作为优选的，所述丝杠螺母座的底部设有镦紧导轨滑块副，内部设有由所述镦紧驱动电机驱动的镦紧滚珠丝杠副，该镦紧滚珠丝杠副末端的下铆头座组件上安装有镦紧力传感器。
本发明中利用镦紧力传感器作为压铆时的力反馈控制，检测压铆时压铆头所受的反向作用力，用于精确控制压铆力的大小。
作为优选的，所述下铆头座组件内安装有限制丝杠螺母座移动范围的行程开关组。
作为优选的，所述的镦紧头还包括衬套压紧模块；所述衬套压紧模块包括顶压气缸活塞杆和支撑弹簧。在进行制孔和插钉操作时，通过气缸活塞杆和支撑弹簧抵住活塞的另一端，使衬套自锁，避免此时的活塞被退回。
作为优选的，所述活塞的端部与导向顶杆之间安装有衬套力传感器，用于检测力反馈，能精确控制衬套的压紧力。
作为优选的，所述外筒上安装有用于位移测量的长度计，以及用于行程控制的光电开关组。
本发明中利用长度计测量活塞的退回距离，从而得到衬套和压铆顶杆的相对位移，由此来反馈控制压铆头的压铆距离；光电开关组用于对长度计的活动杆进行最大位移限位，保证装置的可靠性和安全性。
本发明的优点在于：1)压铆头端部外径小于18mm，在工作时不易与飞机壁板及其工装产生干涉，镦紧头结构紧凑并具有足够的刚度来承受压铆力；2)衬套压紧模块具备力反馈控制，能精确控制衬套的压紧力；3)镦紧驱动模块具备力反馈控制，能精确控制压铆力的大小；4)衬套和压铆顶杆的相对位移用长度计精确测量，由此来反馈控制压铆头的压铆距离；5)衬套在压紧工件后可以自锁，便于进行制孔、锪窝和插钉操作；6)镦紧驱动模块采用伺服驱动，结合位移反馈和力反馈，能够精确、实时地控制整个镦紧驱动模块的动作；7)镦紧驱动模块和衬套压紧模块都配备限位开关，提高了镦紧头的安全性和可靠性；8)不同规格的压铆头能快速更换以适应不同直径或不同规格的铆钉。
附图说明
图1是自动钻铆机镦紧头的主视图；
图2是自动钻铆机镦紧头的左剖视图；
图3(a)和图3(b)是衬套压紧模块和压铆头装配体的在两种工作模式下的剖视图；
图4是转向机构的主视图。
具体实施方式
如图1所示，用于飞机壁板铆接的卧式自动钻铆机包括镦紧驱动模块1，衬套压紧模块2，转向机构3和压铆头4这四个组件。
如图2所示，镦紧驱动模块1主要由下铆头座组件5，丝杆安装法兰6，镦紧滚珠丝杠副7，丝杠螺母座8，行程开关组9，镦紧导轨滑块副10，镦紧驱动电机37，镦紧电机支座38，同步带轮对39，镦紧力传感器安装板40和镦紧力传感器41装配而成。
如图2和图3所示，衬套压紧模块2主要由支撑弹簧14，法兰盘15，气缸活塞杆16，长度计11，光电开关组12，端部法兰31，导向顶杆28，法兰轴32，转台轴承33，衬套力传感器34，活塞35和外筒36装配而成。其中，由支撑弹簧14、活塞杆16、活塞35、导向顶杆28和衬套力传感34组成的活塞结构装入由法兰盘15、端部法兰31、法兰轴32、转台轴承33和外筒36组成的外壳结构形成气缸17，再将长度计11和光电开关组12安装大气缸。
压铆顶杆25安装在衬套26内，导向顶杆28同时安装在导向套筒29内并通过顶杆推销27和安装在导向套筒29外的衬套26连接，上述组件连同吹气管组件13安装在安装法兰30上组成压铆头4。
如图4所示，转向机构3则由齿轮罩3-1、转向电机安装块3-2、转向齿轮对3-3、转向电机支架3-4和转向驱动电机3-5装配而成，能使端部法兰31和压铆头4的组合体绕轴线旋转。
其中，镦紧驱动电机37安装在镦紧电机支座38上，通过同步带轮对39驱动镦紧滚珠丝杠副7，使丝杠螺母座8利用镦紧导轨滑块副10移动，实现镦紧方向上的运动，同时用行程开关组9限制丝杠螺母座8的移动范围。上述零部件都安装在下铆头座组件5内，形成一个稳固且紧凑的镦紧驱动模块1来承受压铆力。
由法兰盘15，端部法兰31，法兰轴32，转台轴承33和外筒36组成外壳结构。由活塞杆16，活塞35，导向顶杆28和衬套力传感器34组成活塞结构。外壳结构和活塞结构装配成气缸17。长度计11和光电开关组12安装在大气缸上。整个衬套压紧模块2通过法兰盘15安装在镦紧驱动模块1上。
压铆顶杆25安装在衬套26内，导向顶杆28同时安装在导向套筒29内并通过顶杆推销27和安装在导向套筒29外的衬套26连接，导向套筒29上开有导向槽供顶杆推销27移动。上述零部件和安装法兰30组成压铆头4，整个压铆头4通过安装法兰30安装在衬套压紧模块2的端部法兰31上，并且可以快速更换不同规格的压铆头24。
转向驱动电机41安装在转向电机支架40上，通过转向齿轮对39驱动端部法兰31和压铆头4的组合体绕轴线旋转。
自动钻铆机在制孔时，衬套26压紧工件时的压紧力可以根据衬套力传感器34测得的信号来反馈控制，同时可以用光电开关组12限制衬套26的移动范围。
自动钻铆机在压铆时，压铆头4产生的压铆力可以根据镦紧力传感器41测得的反馈信号来反馈控制，同时可以用光电开关组12限制压铆时压铆顶杆25的移动范围。
压铆时衬套26和压铆顶杆25的相对位移可以被长度计测量，由此来反馈控制压铆头4的压铆距离。
本发明共有两种工作模式，分别为制孔插钉模式和压铆模式，具体工作过程如下：
如图3(a)所示的制孔插钉模式：
1)镦紧头由飞机壁板卧式自动钻铆机移动到目标位置；
2)镦紧驱动电机37驱动衬套压紧模块2和压铆头4前进使得压铆头4上的衬套26压紧壁板骨架23；
3)活塞杆16和支撑弹簧14抵住活塞35、导向顶杆28、推销27和衬套26的组合体，此时刀具21和插钉头19即可分别执行制孔和插钉操作；
4)在这一模式下，衬套力传感器34测量衬套压紧力的大小，长度计11测量活塞35的位移得到衬套26的位移值，衬套压紧力和衬套位移反馈给控制系统。
如图3(b)所示的压铆模式：
1)镦紧驱动电机37通过同步带传动驱动镦紧滚珠丝杠副7，使丝杠螺母座8利用镦紧导轨滑块副10沿压铆方向前进，并依次推动法兰盘15、外筒36、法兰轴32、端部法兰31、安装法兰30和导向套筒29前进；
3)衬套26顶住工件不动，由于导向套筒29存在导向槽，导向套筒29会相对顶杆推销27前进并推动压铆顶杆25铆模头24进行压铆；
4)进行压铆时，由于压铆力远大于衬套压紧力，使得衬套26和活塞35被动退回，完成压铆和镦紧；
5)在这一模式下，镦紧力传感器41量镦紧驱动模块镦紧力的大小，长度计11测量法兰盘15的位移得到压铆顶杆25的位移值，镦紧力和压铆顶杆位移反馈给控制系统；
6)完成压铆后，镦紧驱动电机37驱动整个丝杠螺母座8、衬套压紧模块2和压铆头4退回。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头，其特征在于，包括压铆头(4)以及驱动压铆头(4)的镦紧驱动模块(1)；
所述的压铆头(4)包括由镦紧驱动模块(1)驱动的外筒(36)，设置在外筒(36)的气缸(17)，与外筒(36)连接的导向套筒(29)，位于所述导向套筒(29)内且顶住活塞(35)一端的导向顶杆(28)；
所述导向顶杆(28)的端部连接有顶压飞机壁板的衬套(26)，所述导向套筒(29)的端部设有伸入衬套(26)内的压铆顶杆(25)；
所述衬套(26)套设在导向套筒(29)的端部，导向套筒(29)上开有导向槽，所述导向顶杆(28)设有穿过导向槽与衬套(26)联动的顶杆推销(27)；
所述的镦紧头还包括衬套压紧模块(2)；所述衬套压紧模块(2)包括顶压气缸活塞杆(16)和支撑弹簧(14)。
2.如权利要求1所述的镦紧头，其特征在于，所述的镦紧驱动模块(1)用于驱动压铆头(4)，包括镦紧驱动电机(14)，通过同步带轮对(39)由所述镦紧驱动电机(14)驱动的丝杠螺母座(8)；
所述外筒(36)通过法兰盘与丝杠螺母座(8)联动。
3.如权利要求2所述的镦紧头，其特征在于，所述丝杠螺母座(8)的底部设有镦紧导轨滑块副(10)，内部设有由所述镦紧驱动电机(14)驱动的镦紧滚珠丝杠副(7)，该镦紧滚珠丝杠副(7)末端的下铆头座组件(5)上安装有镦紧力传感器(18)。
4.如权利要求3所述的镦紧头，其特征在于，所述下铆头座组件(5)内安装有限制丝杠螺母座(8)移动范围的行程开关组(9)。
5.如权利要求1所述的用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头，其特征在于，所述活塞(35)的端部与导向顶杆(28)之间安装有衬套力传感器(34)。
6.如权利要求1所述的用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头，其特征在于，所述外筒(36)上安装有用于位移测量的长度计(11)，以及用于行程控制的光电开关组(12)。
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