CN106239034A - 一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法 - Google Patents

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张宜德
詹有河
贾朝定
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    • B23B47/28—Drill jigs for workpieces

Abstract

本发明公开了一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，包括以下步骤：1.1将蒙皮安装在骨架上并定位固定，1.2将曲面钻模安装在蒙皮外表面，通过定位销将曲面钻模与骨架定位连接并紧固，1.3将初孔钻套安装在所述曲面钻模上设置的加工孔内，1.4利用钻头按照初孔钻套的导向将蒙皮从外到内一次性钻穿，1.5将步骤1.4所述的初孔钻套更换为扩孔钻套并用相应扩孔钻头进行逐级扩孔和/或铰孔至终孔，1.6在其他加工孔上重复步骤1.3‑1.5，1.7对加工孔进行毛刺处理。本发明通过曲面钻模和初孔钻套，解决了曲面孔轴线垂直度难以把控的问题，大大降低了因加工孔垂直度超差导致零件报废的情况发生。

Description

一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法
技术领域
本发明涉及曲面机械加工方面领域，尤其涉及手工在曲面机械表面钻孔工艺方法领域，具体的说，是一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法。
背景技术
飞机部件装配过程中在曲面上所制法向孔的垂直度直接影响连接件的垂直度，垂直度超差将使连接件钉头的凸出量超出规定的技术要求，以及影响连接件的连接强度。因此，对曲面上法向孔的垂直度有较严格的要求。随着新型连接件的推广使用和飞机表面质量的提高，对这类孔的制孔垂直度也越来越严格。
现阶段在曲面上制孔的方法是：在骨架上划线→按划线位置手工钻孔→将蒙皮贴于骨架上→从骨架向蒙皮引孔→手工扩孔（铰孔）。在钻、扩孔过程中，操作人员靠目视钻头与零件表面的垂直度，依赖于个人的经验，制出的孔参差不齐，特别是在内凹表面上制孔，孔的垂直度超差严重，往往达不到技术要求。另外，随着复合材料的应用越来越广泛，从骨架向复材蒙皮引孔的方法又导致复材蒙皮在钻头出孔部位产生破碎、分层的现象。国外先进航空制造企业在加工这类孔时，通过读取数模中孔位的法向信息，编程操作工业机器人实现钻头严格按孔的理论法矢进给，采用机器人和配套夹具的成本非常高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，用于解决背景技术中所述的采用现有手工制孔的方法对于操作人员的技术经验依赖大，造成孔超差的危险性高的问题和利用工业机器人实现曲面钻孔导致设备投入增加的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，包括以下步骤：
1.1将蒙皮安装在骨架上并定位固定；
1.2将曲面钻模安装在蒙皮外表面，通过定位销将曲面钻模与骨架定位连接并紧固；
1.3将初孔钻套安装在所述曲面钻模上设置的加工孔内；
1.4利用钻头按照初孔钻套的导向将蒙皮从曲面钻模的一侧向骨架的一侧钻入并一次性钻穿；
1.5将步骤1.4所述的初孔钻套更换为扩孔钻套并用相应扩孔钻头进行逐级扩孔和/或铰孔至终孔；
1.6在其他加工孔上重复步骤1.3-1.5；
1.7对所有已经扩孔和/或铰孔至终孔的加工孔进行毛刺处理。
优选地，所述步骤1.2与1.3之间还包括对蒙皮与骨架之间的间隙调试与校验，蒙皮与曲面钻模之间的间隙调试与校验。
优选地，所述校验采用的工具为塞尺，所述塞尺的塞入端为半圆形，半径R=5毫米。
优选地，所述曲面钻模上设置有一个圆形的定位孔和一个腰形孔，所述定位销的数量为两个，分别贯穿所述定位孔和腰形孔与骨架螺纹连接。
优选地，所述曲面钻模背向蒙皮的一侧两端均设置有提手。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过增设曲面钻模和初孔钻套，解决了曲面孔轴线垂直度难以把控的问题，大大降低甚至杜绝了因加工孔垂直度超差导致零件报废的情况发生。
（2）本发明通过更换不同直径的钻套实现加工孔的逐级扩孔且在扩孔过程中依然能够保证加工孔的垂直度，且孔壁表面质量好，精度易于控制。
（3）本发明采用正向钻孔，避免了现有手工采用反向钻孔容易在蒙皮表面留下毛刺，甚至造成复合材料蒙皮表面破裂的问题。
（4）本发明在加工孔过程中垂直度由钻套保证，解决了对操作人员技术和经验的依赖，操作技术难度低，加工孔的垂直度符合度高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为钻套的安装剖视结构示意图；
其中1-骨架；2-蒙皮；3-曲面钻模；4-钻套；5-定位销；6-提手；31-定位孔；32-加工孔；33-腰形孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
值得说明的是，本发明中所述曲面钻模3根据被加工机械表面特制设定，通过三维数模定位加工机械表面的理论曲面度，再通过数控机床进行加工制得，曲面钻模3的表面质量好，与被加工机械表面的贴合度极高。曲面钻模3上的加工孔32的垂直度由数控机床在加工时按照理论垂直数据进行加工，保证了曲面钻模3上加工孔32的绝对垂直度；同时，与加工孔32配合的初孔钻套4的外径与所述加工孔32相适应，所述初孔钻套4的内径根据被加工机械的要求和加工工艺规范确定，再在初孔直径上逐级递增至终孔。
实施例1：
下面以某型飞机机翼根部曲面上需要制16个φ9.6mm的孔，垂直度要求为φ0.1mm为实施例作进一步说明。其中，翼根部位为内凹曲面，曲度大，平均半径为450mm。利用现有技术进行操作实验，数据如下：
选取具备飞机铆装钳工操初级操作工、中级操作工、高级操作工、操作技师、高级操作技师各一名，对上述机翼进行分别操作制孔16个，经过实验测量得到其每人对应平均垂直度分别为：φ2 mm、φ1.8 mm、φ1.2 mm、φ0.58 mm、φ0.36 mm，其中单孔最大垂直度超差分别为：φ2.8 mm、φ2.3 mm、φ1.7 mm、φ0.69 mm、φ0.48 mm，由此可得依靠个人经验及目视找正孔的法向方向，制出的孔的垂直度超差情况与个人操作技能成反相关，但对于高精度要求的精孔来说单靠人为经验控制很难达到技术要求。
结合附图1-3所示，一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，包括以下步骤：
1.1将蒙皮2安装在骨架1上并定位固定；
1.2将曲面钻模3安装在蒙皮2外表面，通过定位销5将曲面钻模3与骨架1定位连接并紧固；
1.3将初孔钻套4安装在所述曲面钻模3上设置的加工孔32内；本步骤中初孔钻套4的内径为φ6mm，加工孔32的内径φ16mm；
1.4利用钻头按照初孔钻套4的导向将蒙皮2从曲面钻模3的一侧向骨架1的一侧钻入并一次性钻穿；本次采用钻头直径φ=5.975mm，钻孔过程中将钻头事前用固体蜡棒润滑；
1.5将步骤1.4所述的初孔钻套4更换为扩孔钻套并用相应扩孔钻头进行逐级扩孔至9.4mm,最后通过两次铰孔至终孔9.6mm；
1.6在其他15个加工孔32上重复步骤1.3-1.5进行逐级扩孔至9.4mm,最后通过两次铰孔至终孔9.6mm；
1.7对所有已经扩孔和铰孔至终孔9.6mm的加工孔32进行毛刺处理。
有益效果：
经测量按照实施例1的方法加工获得的16个加工孔32的平均垂直度为φ0.087mm，最大垂直度偏差为φ0.091mm，均小于该孔垂直度要求φ0.1mm，符合要求。与现有手工制孔的要求相比采用本发明方法制孔的垂直度精度提升明显。
实施例2：
结合附图1-3所示，一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，包括以下步骤：
1.1将蒙皮2安装在骨架1上并定位固定；
1.2将曲面钻模3安装在蒙皮2外表面，通过定位销5将曲面钻模3与骨架1定位连接并紧固；
1.25对蒙皮2与骨架1之间的间隙调试与校验，蒙皮2与曲面钻模3之间的间隙调试与校验，所述校验采用的工具为塞尺，所述塞尺的塞入端为半圆形，半径R=5mm，厚度为0.6mm。
1.3将初孔钻套4安装在所述曲面钻模3上设置的加工孔32内；本步骤中初孔钻套4的内径为φ6mm，加工孔32的内径φ16mm；
1.4利用钻头按照初孔钻套4的导向将蒙皮2从曲面钻模3的一侧向骨架1的一侧钻入并一次性钻穿；本次采用钻头直径φ=5.975mm，钻孔过程中将钻头事前用固体蜡棒润滑；
1.5将步骤1.4所述的初孔钻套4更换为扩孔钻套并用相应扩孔钻头进行逐级扩孔至9.4mm,最后通过两次铰孔至终孔9.6mm；
1.6在其他15个加工孔32上重复步骤1.3-1.5进行逐级扩孔至9.4mm,最后通过两次铰孔至终孔9.6mm；
1.7对所有已经扩孔和铰孔至终孔9.6mm的加工孔32进行毛刺处理。
本实施例中，所述曲面钻模3上设置有一个圆形的定位孔31和一个腰形孔33，所述定位销5贯穿所述定位孔31和腰形孔33与骨架1螺纹连接。
本实施例中，所述曲面钻模3背向蒙皮2的一侧两端均设置有提手6。
有益效果：
经测量按照实施例1的方法加工获得的16个加工孔32的平均垂直度为φ0.085mm，最大垂直度偏差为φ0.09mm，均小于该孔垂直度要求φ0.1mm，符合要求。与现有手工制孔的要求相比采用本发明方法制孔的垂直度精度提升明显。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1.1将蒙皮（2）安装在骨架（1）上并定位固定；
1.2将曲面钻模（3）安装在蒙皮（2）外表面，通过定位销（5）将曲面钻模（3）与骨架（1）定位连接并紧固；
1.3将初孔钻套（4）安装在所述曲面钻模（3）上设置的加工孔（32）内；
1.4利用钻头按照初孔钻套（4）的导向将蒙皮（2）从曲面钻模（3）的一侧向骨架（1）的一侧钻入并一次性钻穿；
1.5将步骤1.4所述的初孔钻套（4）更换为扩孔钻套并用相应扩孔钻头进行逐级扩孔和/或铰孔至终孔；
1.6在其他加工孔（32）上重复步骤1.3-1.5；
1.7对所有已经扩孔和/或铰孔至终孔的加工孔（32）进行毛刺处理。
2.根据权利要求1所述的一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，其特征在于，所述步骤1.2与1.3之间还包括对蒙皮（2）与骨架（1）之间的间隙调试与校验，蒙皮（2）与曲面钻模（3）之间的间隙调试与校验。
3.根据权利要求2所述的一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，其特征在于，所述校验采用的工具为塞尺，所述塞尺的塞入端为半圆形，半径R=5毫米。
4.根据权利要求1所述的一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，其特征在于，所述曲面钻模（3）上设置有一个圆形的定位孔（31）和一个腰形孔（33），所述定位销（5）的数量为两个，分别贯穿所述定位孔（31）和腰形孔（33）与骨架（1）螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种在曲面上准确按法矢方向手工制孔的方法，其特征在于，所述曲面钻模（3）背向蒙皮（2）的一侧两端均设置有提手（6）。
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