CN106042050A - 一种打孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种打孔装置。所述的装置中的定位挡板固定于光学平台上。结构相同的打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ对称设置在光学平台上，打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ中的平移台分别与光学平台固定连接。打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ中的平移台上固定连接有主轴座，主轴与主轴座固定连接，弹簧夹头安装在主轴上，钻头安装在弹簧夹头上。平移台Ⅲ与光学平台固定连接，所述的转接件固定在平移台Ⅲ上，转接件上固定设置有夹具。本发明尤其适用于对任意对称或非对称结构、且材质为碳纤维复合材料的工件进行制孔。本发明避免了打孔出口处出现毛刺、撕裂和分层的问题，不仅可完成高质量单孔的制作，而且能够实现高质量台阶孔的制作。本发明操作简单，制作成本低，生产效率高。

Description

一种打孔装置

技术领域

本发明属于制孔技术领域，具体涉及一种打孔装置，能够用于碳纤维复合材料的制孔。

背景技术

由于碳纤维复合材料(CFRP)具有比强度高、比刚度大、可显著降低航空航天器的重量,可设计性强及良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性等其他传统材料不可比拟的优越性质,因此在航空航天领域得到广泛应用。复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。目前复合材料不仅在大飞机制造上得到广泛应用,而且在各型号无人机制造上的应用也呈快速增长趋势。

在碳纤维复合材料构件的连接中, 机械连接是最主要的连接形式, 而孔加工由于数量多、难度大是碳纤维复合材料后加工中极为重要的工序。其质量的好坏,直接关系到碳纤维复合材料制件,以致整个飞机的质量。连接孔的加工质量直接关系到飞机的装配质量和飞机寿命。由于碳纤维复合材料是非均质和各向异性的,且碳纤维的硬度很高,所以复合材料的机械加工与金属材料有着本质的区别,因此在复合材料制孔时采用传统的钻削金属的方法将产生较多的问题。制孔时任何质量问题都会形成产品的缺陷,导致零件报废。据统计,飞机在最后组装时,制孔不合格率要占全部复合材料零件报废率的60%以上。

在碳纤维复合材料制孔过程中，轴向力的大小直接影响制孔质量，是造成孔壁周围材料分层，孔入、出口撕裂，毛刺等重大缺陷的主要因素。采用高的主轴转速和低的进给速度有利于减小轴向力，但是这要么对机床提出更高的要求，要么会降低加工效率。

在制孔过程中，随着切削深度增加，材料未切削厚度减小，碳纤维复合材料的临界轴向力也随之下降，当制孔产生的轴向力超过其临界轴向力时，将在孔的出口侧出现分层等加工缺陷，出口处残留较多未切断的纤维毛刺，断口处的加工质量比较粗糙，有一些纤维裸露在孔边缘附近，此外，过大的轴向力还导致了出口撕裂缺陷的产生。通常，碳纤维复合材料的毛刺缺陷可以通过锉刀或者进一步铰孔消除，然而，撕裂和分层缺陷更为严重，一旦出现，几乎无法修复。

发明内容

为了解决现有技术中在碳纤维复合材料制孔出口处出现毛刺、撕裂和分层的问题，本发明提供一种打孔装置，能够用于碳纤维复合材料的制孔。

本发明的一种打孔装置，其特点是，所述的装置包括打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ、工件、工件调整部件、定位挡板和光学平台，所述的打孔部件Ⅰ包括钻头Ⅰ、弹簧夹头Ⅰ、主轴Ⅰ、主轴座Ⅰ和平移台Ⅰ，所述的打孔部件Ⅱ包括钻头Ⅱ、弹簧夹头Ⅱ、主轴Ⅱ、主轴座Ⅱ和平移台Ⅱ，所述的工件调整部件包括夹具、转接件和平移台Ⅲ。其连接关系是，定位挡板固定于光学平台上。结构相同的打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ对称设置在光学平台上，打孔部件Ⅰ中的平移台Ⅰ、打孔部件Ⅱ的平移台Ⅱ分别与光学平台固定连接，平移台Ⅰ、平移台Ⅱ的一边分别与定位挡板的内边重合。平移台Ⅰ与平移台Ⅱ连线的中点设置有具有三维平移功能的平移台Ⅲ，平移台Ⅲ与光学平台固定连接。所述的平移台Ⅰ上固定连接有主轴座Ⅰ，主轴Ⅰ与主轴座Ⅰ固定连接，弹簧夹头Ⅰ安装在主轴Ⅰ上，钻头Ⅰ安装在弹簧夹头Ⅰ上。所述的平移台Ⅱ上固定连接有主轴座Ⅱ，主轴Ⅱ与主轴座Ⅱ固定连接，弹簧夹头Ⅱ安装在主轴Ⅱ上，钻头Ⅱ安装在弹簧夹头Ⅱ上。所述的转接件固定在平移台Ⅲ上，转接件上固定设置有夹具（12），待制孔工件固定在夹具上。

所述的钻头Ⅰ与钻头Ⅱ为同轴心设置。

所述的主轴Ⅰ与主轴Ⅱ采用气动或电动主轴中的一种。

本发明尤其适用于对任意对称或非对称结构、且材质为碳纤维复合材料的工件进行制孔。

本发明的打孔装置的有益效果是，本发明避免了碳纤维复合材料打孔出口处出现毛刺、撕裂和分层的问题。本发明不仅可以完成对任意对称或非对称结构的碳纤维复合材料进行高质量单孔的制作，而且能够实现高质量台阶孔的制作。本发明操作简单方便，制作成本低，生产效率高。

附图说明

图1为本发明打孔装置的结构示意图；

图2为本发明打孔装置的俯视图；

图中1. 钻头Ⅰ 2. 弹簧夹头Ⅰ 3. 主轴Ⅰ 4. 主轴座Ⅰ 5. 平移台Ⅰ 6. 钻头Ⅱ7. 弹簧夹头Ⅱ 8. 主轴Ⅱ 9. 主轴座Ⅱ 10. 平移台Ⅱ 11. 工件 12. 夹具 13.转接件 14. 平移台Ⅲ 15. 定位挡板 16. 光学平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

图1为本发明打孔装置的结构示意图，图2为本发明打孔装置的俯视图。在图1、图2中，本发明的打孔装置包括所述的装置包括打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ、工件11、工件调整部件、定位挡板15和光学平台16，所述的打孔部件Ⅰ包括钻头Ⅰ1、弹簧夹头Ⅰ2、主轴Ⅰ3、主轴座Ⅰ4和平移台Ⅰ5，所述的打孔部件Ⅱ包括钻头Ⅱ6、弹簧夹头Ⅱ7、主轴Ⅱ（8）、主轴座Ⅱ9和平移台Ⅱ10，所述的工件调整部件包括夹具12、转接件13和平移台Ⅲ14。其连接关系是，定位挡板15固定于光学平台16上。结构相同的打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ对称设置在光学平台16上，打孔部件Ⅰ中的平移台Ⅰ5、打孔部件Ⅱ的平移台Ⅱ10分别与光学平台16固定连接，平移台Ⅰ5、平移台Ⅱ10的一边分别与定位挡板15的内边重合。平移台Ⅰ5与平移台Ⅱ10连线的中点设置有具有三维平移功能的平移台Ⅲ14，平移台Ⅲ14与光学平台16固定连接。所述的平移台Ⅰ5上固定连接有主轴座Ⅰ4，主轴Ⅰ3与主轴座Ⅰ4固定连接，弹簧夹头Ⅰ2安装在主轴Ⅰ3上，钻头Ⅰ1安装在弹簧夹头Ⅰ2上。所述的平移台Ⅱ10上固定连接有主轴座Ⅱ9，主轴Ⅱ8与主轴座Ⅱ9固定连接，弹簧夹头Ⅱ7安装在主轴Ⅱ8上，钻头Ⅱ（6）安装在弹簧夹头Ⅱ7上。所述的转接件13固定在平移台Ⅲ14上，转接件13上固定设置有夹具12，待制孔工件11固定在夹具12上。

所述的钻头Ⅰ1与钻头Ⅱ6为同轴心设置。

所述的主轴Ⅰ3与主轴Ⅱ8均采用气动主轴。

本发明尤其适用于对任意对称或非对称结构、且材质为碳纤维复合材料的工件11进行制孔。

本发明的打孔装置的具体操作过程为：首先将结构规则或异形的工件11固定在恰当的夹具上。调整平移台Ⅲ14使工件11制孔处与钻头Ⅰ1位置一致，设置平移台Ⅰ5行程为2/3孔深，开启打孔部件Ⅰ进行制孔，完成后退出打孔部件Ⅰ。再设置平移台Ⅱ10行程为1/2孔深，开启打孔部件Ⅱ进行制孔直至通孔后退出打孔部件Ⅱ即完成碳纤维复合材料高质量制孔。

在碳纤维复合材料上制备台阶孔时只需将上述制孔过程中的钻头Ⅰ1安装较小孔钻头，设置平移台Ⅰ5行程为小直径孔深；将上述制孔过程中的钻头Ⅱ6安装较大孔钻头，设置平移台Ⅱ10行程为大直径孔深即可制备出满足条件的高质量台阶孔。

实施例2

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，所述的主轴Ⅰ3与主轴Ⅱ8均采用电动主轴。

Claims (3)

1.一种打孔装置，其特征在于：所述的装置包括打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ、工件（11）、工件调整部件、定位挡板（15）和光学平台（16），所述的打孔部件Ⅰ包括钻头Ⅰ（1）、弹簧夹头Ⅰ（2）、主轴Ⅰ（3）、主轴座Ⅰ（4）和平移台Ⅰ（5），所述的打孔部件Ⅱ包括钻头Ⅱ（6）、弹簧夹头Ⅱ（7）、主轴Ⅱ（8）、主轴座Ⅱ（9）和平移台Ⅱ（10），所述的工件调整部件包括夹具（12）、转接件（13）和平移台Ⅲ（14），其连接关系是，定位挡板（15）固定于光学平台（16）上；结构相同的打孔部件Ⅰ、打孔部件Ⅱ对称设置在光学平台（16）上，打孔部件Ⅰ中的平移台Ⅰ（5）、打孔部件Ⅱ的平移台Ⅱ（10）分别与光学平台（16）固定连接，平移台Ⅰ（5）、平移台Ⅱ（10）的一边分别与定位挡板（15）的内边重合；平移台Ⅰ（5）与平移台Ⅱ（10）连线的中点设置有具有三维平移功能的平移台Ⅲ（14），平移台Ⅲ（14）与光学平台（16）固定连接；所述的平移台Ⅰ（5）上固定连接有主轴座Ⅰ（4），主轴Ⅰ（3）与主轴座Ⅰ（4）固定连接，弹簧夹头Ⅰ（2）安装在主轴Ⅰ（3）上，钻头Ⅰ（1）安装在弹簧夹头Ⅰ（2）上；所述的平移台Ⅱ（10）上固定连接有主轴座Ⅱ（9），主轴Ⅱ（8）与主轴座Ⅱ（9）固定连接，弹簧夹头Ⅱ（7）安装在主轴Ⅱ（8）上，钻头Ⅱ（6）安装在弹簧夹头Ⅱ（7）上；所述的转接件（13）固定在平移台Ⅲ（14）上，转接件（13）上固定设置有夹具（12），待制孔工件（11）固定在夹具（12）上。

2.根据权利要求1所述的打孔装置，其特征在于： 所述的钻头Ⅰ（1）与钻头Ⅱ（6）为同轴心设置。

3.根据权利要求1所述的打孔装置，其特征在于：所述的主轴Ⅰ（3）与主轴Ⅱ（8）采用气动或电动主轴中的一种。