CN107661994A - 具有自对准主轴的具自动或受控进给速度的钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有自对准主轴的具自动或受控进给速度的钻孔装置，其包括容纳钻孔主轴的壳体，所述钻孔主轴用以在运动中驱动切割工具以对包括目标表面的工件进行钻孔。根据本发明，所述主轴可相对于所述壳体的轴线在所述壳体内部倾斜，所述装置包括相对于所述目标表面使所述主轴自对准的构件，所述自对准构件将所述主轴移动到在施加推进力的影响下其轴线实质上垂直于所述目标表面的位置中，所述推进力实质上沿着所述壳体的所述轴线抵靠着所述目标表面推进所述钻孔装置。

Description

具有自对准主轴的具自动或受控进给速度的钻孔装置

技术领域

本发明的领域为更常见地称为钻机的钻孔装置的设计和制造。

更具体来说，本发明涉及具有自动或受控进给速度的钻孔装置或钻机。

背景技术

已知存在各种钻机，其中可以沿着同一轴线以旋转和平移同时驱动钻孔主轴，以便进行钻孔操作，所述钻孔主轴预期用于在运动中驱动例如钻头的切割工具。在这些钻机当中，一方面存在具有自动进给速度的钻机，且另一方面存在具有受控进给速度的钻机。

具自动进给速度的钻机具有单个电动机，所述电动机用于在同一轴线上以旋转和平移驱动钻孔主轴。接着，一方面不可能变化钻孔主轴的旋转频率，且另一方面不可能变化钻孔主轴的进给速度。

具受控进给速度的钻机具有用于将旋转运动输送到钻孔主轴的用于影响旋转的电动机，和用于将进给运动输送到钻孔主轴的进给电动机(沿着其旋转轴线进行平移运动)。因此，一方面有可能变化钻孔主轴的旋转频率，且另一方面有可能变化钻孔主轴的进给速度。

这些钻机是在某些工业领域中实施，尤其在用于制造飞机的航空领域中实施。

飞机包括提供机翼与尾部区段之间的连结的容纳座舱的机身。

机身一般包括由借助于桁条和纵梁或纵向部件相互连结的多个框架构成的构架结构。面板是(例如)通过拧紧或铆接固定地附接到构架周围。

在建造飞机时，围绕构架结构附接面板，以便将面板固定地附接到构架结构。在其固定附接之前，必须制成通过面板和构架的孔，以使得提供其固定附接的紧固元件能够穿过所述孔。

这些孔是在埋头钻孔阶段期间制成，在所述阶段中以同一个操作对所述孔必须固定到的面板和构架元件进行钻孔。

为此目的，接近于由待组装的构架和面板构成的组合件附接钻孔模板。其中穿过多个钻孔位的这些钻孔模板因此形成所谓的钻孔模板。为确保在模板上的钻孔位处进行钻孔，通过出于此目的提供的固定附接构件(例如，可扩展环管)将受控进给速度的钻机固定地附接到此孔位。

在埋头钻孔操作期间，以某种方式使用具有受控进给速度钻机的钻机，使得沿着同一个轴线同时以旋转和平移驱动钻孔主轴和固定地附接到钻孔主轴的切割工具。切割工具接着刺破面板且接着刺破对应构架元件或执行反向操作，这取决于钻孔模板和钻机是定位在机身内部还是外部上。实施用于钻孔主轴的自动返回构件，从而使得能从所制成孔退出切割工具并在埋头钻孔循环结束时使切割工具回到其初始位置。

为进行新的钻孔操作，必须将钻机手动移位到钻孔模板上的对应钻孔位。因此，由操作员在每一钻孔操作之间手动移位钻机。

使用钻孔模板和用于将钻机贴附到模板的构件使得有可能首先进行钻机相对于待钻孔结构的精确定位，且其次使得有可能在每一钻孔操作期间稳固地固持钻机。因此，能确保所钻孔具有高精确度。

在每一钻孔操作之后手动移位钻机对其负责操作员来说是漫长且辛苦的操作。因此，往往会削弱生产力。

为了尤其在航空行业中改进生产构件的生产力和灵活性，已用钻孔机器人代替使用钻孔模板，所述钻孔机器人用于在钻孔期间将钻机固持就位并在每一钻孔操作之后移动钻机。

钻孔机器人具有操纵或机械臂，具有受控进给速度的钻机附接到所述臂的末端。

通常实施在受控进给速度的钻机内的电动机、传动装置和测量元件构成称为执行器的标准组合件。

包括钻孔主轴、切割工具以及特定针对于所述模块的元件的可拆卸钻孔模块可以可翻转方式固定地附接到执行器，所述元件例如用于将工具贴附到钻孔主轴的构件、实现旋转频率和进给速度的适当减少比率的传动元件，和含有适于工具的数据(例如使用寿命、切割速度、进给速度等)的存储器。

切割工具在此模块上的紧固和调整一般是由工厂的工装部门进行。这些钻孔模块提供何时可以将其切割工具存储在机器人可进入的仓库中，机器人可以在所述仓库中搜寻并自动地改变钻孔模块，以便进行其所指派的钻孔操作。

所钻孔的尺寸公差值一般极小，尤其是关于孔相对于待钻孔工件的表面的垂直度方面。孔相对于所钻孔表面的轴线的垂直度缺陷一般应不大于0.5％。

因此，机器人必须相对于待钻孔表面极佳地放置钻机，从而使得钻孔主轴的轴线能以符合孔的尺寸公差值的方式相对于待钻孔表面定向。

为了确保机器人相对于待钻孔表面适当地定位钻机，机器人考虑待钻孔结构的CAD模型类型的虚拟表示。在使用此表示的情况下，机器人能在每一钻孔操作处将钻机定序就位在必须定位工具以便进行钻孔操作的理论位置处。

然而，仅为实境与待钻孔真实结构的理论表示的虚拟模型之间存在尺寸差异。

因此，由机器人考虑此虚拟模型以便达成钻机定位本身并不可能获得充分精确以符合尺寸公差值(尤其关于垂直度方面)的定位。

为了克服此问题，需要校正基于虚拟模型的理论钻机定位。

已开发若干解决方案来进行此位置校正。

称为通过表面识别进行校正的第一解决方案在于：

-评估钻孔主轴相对于待钻孔表面的垂直度缺陷；此评估可能(例如)在于：借助于三个激光传感器扫描待钻孔真实表面，所述传感器绕执行器的主体定位在其间具有120°的差异的三个点处，且能够测量这些三个传感器中的每一个与待钻孔表面之间的距离，以重建构此表面并计算此经重建构表面与钻孔主轴的轴线之间的垂直度缺陷；

-将预计算的垂直度缺陷传输到机器人的控制单元；

-基于所计算缺陷命令机器人，以便相对于待钻孔表面以符合垂直度的尺寸公差值的方式重新定位钻孔主轴。

一旦已执行了定位校正，则可以进行钻孔循环。

当然，此校正能进行为每一钻孔操作的准备步骤。

表面识别式校正能在精度方面带来令人满意的结果，这是因为其导致符合尺寸公差值。然而，这进行起来相对漫长且因此对生产力不利，并且工业层面一般不能接受此情况。

在称为通过自对准进行校正的第二方法中，容纳钻孔主轴的钻孔模块固定地附接到的执行器给有沿着主轴的旋转轴线相对于机器人的臂的较小自由旋转度，且钻机具备垂直于钻孔主轴的轴线(亦即，用以支撑待钻孔表面)的支撑表面。

当机器人朝向待钻孔工件移动钻机时，且当支撑表面接触待钻孔表面并抵靠着所述表面平直放置时，容纳钻孔销的执行器绕将其连接到机器人臂的枢转接头(或球形旋转连杆)的轴线枢转以调适定向，使得钻孔主轴的轴线垂直于待钻孔表面。因此，能在可能等于几度的自由旋转限制内进行此校正，以补偿机器人进行的理论定位的精度缺失。

通过自对准进行的此校正的优点在于时间增益，这是因为其避免了第一表面识别方法中固有的测量、计算和重新定位机器人的阶段，且能在钻孔循环期间抵靠着待钻孔工件移动机器人时即刻获得主轴的准确定位。

通过自对准进行的此校正的缺点在于鉴于执行器的重量和其经受的振动，由机器人产生以抵靠着待钻孔表面放置支撑表面并相对于待钻孔表面重新对准主轴的轴线的力必须相对较大，以确保主轴的轴线相当垂直于待钻孔表面延伸。

实际上，此力的施加具有由支撑表面在待钻孔工件上产生标记，且甚至使待钻孔工件发生变形的风险，并且此情况当然是不能接受的。

发明内容

发明目标

本发明尤其旨在提供针对这些不同问题中的至少一些的高效解决方案。

特定来说，本发明在至少一实施例中的目标为提供一种钻孔装置，其钻孔主轴可以可靠方式与待钻孔工件的目标表面容易且迅速地对准。

根据至少一个实施例，本发明的另一目标为提供能实现钻孔主轴的自对准且同时限制待钻孔工件产生标记的风险的此钻孔装置。

发明呈现

为此目的，本发明提议一种具有自动或受控进给速度的钻孔装置，其包括容纳钻孔主轴的壳体，所述钻孔主轴用以在运动中驱动切割工具以对包括目标表面的工件进行钻孔。

根据本发明，所述主轴可相对于所述壳体的轴线在所述壳体内部倾斜，

且所述装置包括相对于所述目标表面使所述主轴自对准的构件，所述自对准构件将所述主轴移动到在施加推进力的影响下其轴线实质上垂直于所述目标表面的位置中，所述推进力实质上沿着所述壳体的所述轴线抵靠着所述目标表面推进所述钻孔装置。

可以回想到，在抵靠着目标表面施加对钻孔装置的推进力之前，钻孔装置将已由机器人以某种方式定位在面向所待钻孔的位置的位置中，使得其壳体的轴线垂直于目标表面。此定位将很好地处于CAD模型与真实组件(待钻孔工件、钻机、机器人、这些组件相对于彼此的定位)之间的差异限制以及机器人运动精度的限制内。

本发明依赖于如下原始方法，所述方法以某种方式实施可相对于钻孔装置的壳体倾斜的钻孔主轴和用于相对于待钻孔工件的目标表面使主轴自对准的构件，使得在已将钻孔装置放置在所待钻孔的位置处之后，在实质上沿着壳体的轴线(换句话说，沿着实质上垂直于目标表面的轴线)抵靠着目标表面施加对钻孔装置的推进力时，主轴在其轴线实质上垂直于目标表面的位置中移动。

术语“实质上垂直”应理解成意味着将主轴的垂直度定位在预定要求范围的公差值中，例如约+/-1.5°。

根据本发明，钻机总体并不可相对于机器人臂倾斜。仅钻孔主轴可在钻机的壳体内部倾斜。因此，相比现有技术的自对准技术，根据本发明待移位以获得主轴的自对准的零件的质量基本上较小。

由于使主轴自对准所需要的推进力都较弱(这是由于为此目的待移位的零件的质量小)，因此根据本发明的技术能通过施加减少的推进力提供令人满意的自对准。

相比于通过自对准校正位置的先前技术，必须产生减少的推进力以使主轴对准的实情还减少在待钻孔工件上产生标记的风险。

因此，根据本发明的技术并不具有用于通过表面识别校正位置的技术的缺点，这是由于其不伴有使用慢速且复杂的测量和计算构件。

因此，本发明的技术使得有可能以简单、可靠且快速的方式获得主轴相对于待钻孔工件的目标表面的自对准，而不会带来在待钻孔工件上产生标记的任何风险。

根据本发明的一个可能特性，所述钻孔主轴借助于枢转连杆连接到所述壳体。

因此，可以通过使所述主轴在将其连接到所述壳体的所述枢转连杆的中心上方枢转在所述壳体中而容易地倾斜所述主轴。此枢转连杆的所述中心优选地定位在所述钻孔主轴的旋转轴线上。

根据一个可能特性，根据本发明的钻孔装置包括用于以旋转驱动所述主轴的构件和用于沿着其轴线以平移驱动所述主轴的构件，所述用于驱动的构件包括准许所述主轴相对于所述壳体进行偏移的构件。

在此状况下，所述用于旋转驱动的构件和所述用于平移驱动的构件可以各自包括：

-小齿轮，其经安装以便沿着所述壳体的所述轴线在所述壳体内旋转移动；

-外部驱动单元，其沿着所述小齿轮的旋转轴线可旋转地连结到所述小齿轮；

-偏心环；

-内部驱动单元，其与所述主轴可旋转地连结；

所述偏心环沿着所述小齿轮的所述旋转轴线可旋转地连结到所述外部驱动单元，且能沿着穿过所述小齿轮的所述旋转轴线的第一平面中所包含的路径相对于所述外部驱动单元移动；

所述偏心环沿着所述主轴的旋转轴线可旋转地连结到所述内部驱动单元，且能沿着穿过所述主轴的所述旋转轴线的第二平面中所包含的路径相对于所述内部驱动单元移动；

所述第一平面和所述第二平面并不平行。

此实施允许相对于所述壳体在所述用于在运动中驱动所述主轴的构件的位置处简单且高效地偏移所述主轴。

在此状况下，所述第一平面和所述第二平面优选为垂直的。

根据本发明的一个特定特性：

-所述用于旋转驱动的构件包括旋转螺母，所述主轴可旋转地连结到所述旋转螺母，且能沿着所述主轴的所述轴线相对于此螺母平移移动，

-所述用于平移驱动的构件包括进给螺母，所述主轴通过螺旋连杆连结到所述进给螺母，

-所述用于平移驱动的构件的所述进给螺母与所述内部驱动单元可旋转地连结；

-所述用于旋转驱动的构件的所述旋转螺母和内部驱动单元可旋转地连结。

使所述旋转螺母旋转能致使所述钻孔主轴旋转。使所述进给螺母旋转使得有可能控制所述钻机主轴的进给速度。

在此状况下：

-所述用于平移驱动的构件的所述进给螺母与所述内部驱动单元可以形成单个零件；

-所述用于旋转驱动的构件的所述旋转螺母与所述内部驱动单元可以形成单个零件。

此方法通过减少其零件的数目来简化根据本发明的所述装置的架构。

根据一个可能变型：

-所述用于旋转驱动的构件的所述外部驱动单元和所述旋转螺母分别包括在直径上彼此相对的两个内部指状物和两个外部指状物，所述内部指状物与所述偏心旋转环中制成的具互补形状的两个外部凹槽协作，所述外部指状物与所述偏心旋转环中制成的具互补形状的两个内部凹槽协作；

-所述用于平移驱动的构件的所述外部驱动单元和所述进给螺母分别包括在直径上彼此相对的两个内部指状物和两个外部指状物，所述内部指状物与所述偏心进给环中制成的具互补形状的两个外部凹槽协作，所述外部指状物与所述偏心进给环中制成的具互补形状的两个内部凹槽协作。

此架构实现以简单且高效的方式来以旋转和平移驱动所述钻孔主轴，同时使得所述主轴能在所述壳体中倾斜。

根据一个可能变型，所述用于旋转驱动的构件和所述用于平移驱动的构件的所述外部驱动单元和所述对应小齿轮分别形成单个零件。

此方法通过减少零件的数目来简化根据本发明的所述装置的架构。

根据一个可能变型，根据本发明的钻孔装置包括外鞘，所述主轴安装在所述外鞘内以便沿着其自身的轴线平移和旋转移动，所述外鞘可朝向所述壳体的内部倾斜，且所述外鞘在转向到所述壳体的外部的其末端处包括抵靠着所述目标表面施加的支撑表面。

根据一个可能变型，根据本发明的钻孔装置包括固定地且以可翻转方式附接到所述壳体的可拆卸钻孔模块，所述钻孔模块至少包括所述主轴和所述用于相对于所述目标表面使所述主轴自对准的构件。

此可拆卸钻孔模块可根据待执行的钻孔操作进行更换。其可能含有具有适于固定地附接到钻孔主轴的切割工具的数据(关于使用状态、进给速度、切割速度等的数据)的存储器，钻机的命令或控制单元无法考虑到所述数据以操控或管理钻孔操作。

根据一个可能变型，所述用于旋转驱动的构件和所述用于平移驱动的构件的所述外部驱动单元和所述对应小齿轮通过所述小齿轮和所述驱动单元中制成的隆脊沿着所述小齿轮的所述旋转轴线可旋转地连结，而不沿着所述零件的旋转轴线进行平移。

此方法使得有可能从执行器简单地拆卸所述钻孔模块。

本发明还涉及一种固定地且以可翻转方式附接到根据上文中所解释的变型中的任一个的具有受控进给的钻孔装置的可拆卸钻孔模块，所述钻孔模块至少包括所述主轴和所述相对于所述目标表面使所述主轴自对准的构件。

附图说明

从以下借助于简单的、说明性且非穷尽性实例给出的特定实施例的描述和附图将显而易见本发明的其它特征和发展，在附图中：

-图1说明放置在机器人臂的末端处的根据本发明的钻孔装置的侧视图；

-图2说明根据本发明的钻孔装置的纵截面图，其主轴的轴线与钻机壳体的轴线明显对准；

-图3和4说明图2的钻孔装置沿着轴线A-A和B-B的横截面图；

-图5说明根据本发明的钻孔装置的纵截面图，其上的钻孔主轴的轴线在钻机壳体的内部倾斜；

-图6和7在一方面说明且图8和9在另一方面说明图2的钻孔装置沿着轴线A-A和B-B对于具有各种倾斜的主轴的横截面图；

-图10和11说明允许主轴相对于壳体偏移的构件的分解图；

-图12说明从钻机的其余部分拆卸的钻孔模块。

具体实施方式

架构

现在参考图1到12，其呈现根据本发明的具有受控进给速度的钻孔装置的实例。

在此实施例中，此钻孔装置包括钻孔机器人1，所述钻孔机器人包括具有受控进给速度的钻机3附接到其末端的操纵臂或机械臂2。此钻孔机器人1通常包括能够操控机器人的控制单元4。此控制单元本身已知且将并不进行详细描述。

钻机3包括传动单元30和钻孔单元31。

图2说明沿着穿过钻机3的主轴的轴线且穿过传动单元30的传动轴线的平面的截面图。

钻孔单元31包括容纳钻孔主轴313的壳体312，所述钻孔主轴用以在运动中驱动例如钻头的切割工具5以对包括目标表面的工件进行钻孔。装置包括用于将切割工具固定地附接到主轴的前部末端的许多构件(未图示)。

待钻孔工件40的侵袭表面41为切割工具在钻孔操作期间首先接触的表面。

切割主轴313经安装以便能在壳体312内沿着其纵向轴线进行旋转和平移移动。其还经安装以便可在壳体312内相对于壳体312的纵向轴线或至少相对于容纳钻孔主轴313的壳体部分倾斜。

如我们在下文中将更清楚地看到，钻机包括相对于目标表面对钻孔主轴313进行自对准的构件，这些自对准构件将钻孔主轴313移动到在施加力的影响下其轴线实质上垂直于目标表面的位置中，所述力实质上沿着壳体312的轴线抵靠着目标表面推进钻机。

为可在壳体312中倾斜，钻孔主轴313经安装以便在外鞘314内沿着其纵向轴线进行旋转和平移移动，此外鞘314在其前端处通过枢转连杆LR部分连接到壳体312，所述枢转连杆的中心在钻孔主轴313的轴线上。在此实施例中，此枢转连杆准许主轴313相对于壳体倾斜大约+/-1.5°。

外鞘314的前部末端包括呈球形部分3141形式的公外围表面，且壳体312包括其中放置外鞘314的末端的具有互补形状的内表面的母外壳3121。外鞘314的前部末端借助于锁定螺母315和插入在螺母315与外鞘314的前端之间的弹性垫圈316而保持在壳体312的外壳3121中。

支撑零件317(例如)通过拧紧固定地附接到外鞘314的前部末端。此支撑零件317包括垂直于钻孔主轴313的纵向轴线的支撑表面3171。此支撑表面3171在壳体312的前部末端处形成突出部。换句话说，其超出壳体312的前部末端。如在下文中将更详细地解释，此支撑表面3171意图在钻孔阶段期间抵靠着待钻孔工件的目标表面提供支撑。支撑零件317将优选地由如下材料制成，所述材料充分软而不会在待钻孔工件上产生标记，且充分硬而不会在钻孔期间使刨花结块，所述结块随后可能在待钻孔工件上产生标记。此材料可能尤其是铝合金。

钻机包括用于以旋转驱动钻孔主轴313的构件，和用于沿着此主轴的纵向轴线以平移驱动钻孔主轴313的构件。

为允许主轴在壳体内发生倾斜，如下文描述中将更清楚地看到，这些用于旋转驱动和平移驱动的构件包括使得钻孔主轴能相对于壳体312发生偏移的构件。

用于旋转驱动的构件包括旋转螺母318。主轴313可旋转地连结到旋转螺母318，且能沿着钻孔主轴313的轴线相对于此螺母平移移动。

为此目的，在钻孔主轴313上制成其隆脊3132沿着钻孔主轴313的纵向轴线延伸的脊形部分3132。旋转螺母318包括内部通路3182，包括凹槽3183的所述内部通路的概观具有与钻孔主轴313的带槽部分3132的外部概观的形状互补的形状。旋转螺母318和带槽部分3132接合在滑动组合件中。

用于平移驱动的构件包括进给螺母319。钻孔主轴313通过螺旋连杆连结到进给螺母319。为此目的，钻孔主轴313包括带螺纹部分3131，且进给螺母包括形状与带螺纹部分3131的形状互补的分接内部通路3192。

用于旋转驱动的构件还包括：

-经安装以便沿着壳体312的轴线在壳体312内旋转移动的旋转小齿轮311；

-沿着旋转小齿轮311的旋转轴线可旋转地连结到旋转小齿轮311的外部驱动单元320：为此目的，旋转小齿轮311包括经设计以容纳外部驱动单元320的脊形内部通路3111，所述脊形内部通路的外部概观3201是脊形的，且具有与内部通路3111的形状互补的形状；

-偏心环321；

-与钻孔主轴313可旋转地连结的内部驱动单元：在此实施例中，内部驱动单元和旋转螺母318构成同一个零件(其可以构成沿着主轴的轴线可旋转地连结的两个零件)。

此偏心环321沿着旋转小齿轮311的旋转轴线可旋转地连结到外部驱动单元320，且能沿着实质上平行于旋转小齿轮311的旋转轴线的第一平面中所包含的路径相对于外部驱动单元320移动。

偏心环321还沿着旋转主轴313的旋转轴线可旋转地连结到内部驱动单元(亦即，在本实施例中为旋转螺母318)，且能沿着实质上平行于钻孔主轴313的旋转轴线的第二平面中所包含的路径相对于内部驱动单元(亦即，在本实施例中为旋转螺母318)移动。

在此实施例中，第一平面和第二平面并不平行但是垂直的。

用于平移驱动的构件还包括：

-经安装以便沿着壳体312的轴线在壳体312内部旋转移动的平移小齿轮310；

-沿着平移小齿轮310的旋转轴线可旋转地连结到平移小齿轮310的外部驱动单元322：为此目的，平移小齿轮310包括经设计以容纳外部驱动单元322的脊形内部通路3101，所述脊形内部通路的外部概观3221是脊形的，且具有与内部通路3101的形状互补的形状(在一个变型中，所述两通路可通过嵌入件连结或其可形成同一个零件)；

-偏心环323；

-与钻孔主轴313可旋转地连结的内部驱动单元：在此实施例中，内部驱动单元和平移螺母319构成同一个零件(其可以形成沿着主轴的轴线可旋转地连结的两个零件)。

此偏心环323沿着平移小齿轮310的旋转轴线可旋转地连结到外部驱动单元322，且能沿着实质上平行于平移小齿轮的旋转轴线的第一平面中所包含的路径相对于外部驱动单元322移动。

偏心环323沿着钻孔主轴313的旋转轴线可旋转地连结到内部驱动单元(亦即，在本实施例中为平移螺母319)，且能沿着实质上平行于钻孔主轴313的旋转轴线的第二平面中所包含的路径相对于内部驱动单元(亦即，在本实施例中为平移螺母319)移动。

在此实施例中，第一平面和第二平面并不平行但是垂直的。

旋转驱动构件的外部驱动单元320和旋转螺母318分别包括在直径上彼此相对的两个内部指状物3202和两个外部指状物3181。内部指状物3202与偏心旋转环321中制成的具互补形状的两个外部凹槽3111协作。外部指状物3181与所述偏心旋转环321中制成的具互补形状的两个内部凹槽3212协作。

外部凹槽3211包括在实质上平行于旋转小齿轮311的旋转轴线的平面中延伸的两个相对引导表面32111。

内部指状物3202包括在实质上平行于旋转小齿轮311的旋转轴线的平面中延伸的两个相对引导表面32021。

内部凹槽3212包括在实质上平行于钻孔主轴313的旋转轴线的平面中延伸的两个相对引导表面32121。

外部指状物3181包括在实质上平行于钻孔主轴313的旋转轴线的平面中延伸的两个相对引导表面31811。

凹槽3211可以在平行于其相应引导表面的平面中相对于指状物3202移位。凹槽3211和指状物3202将外部驱动单元320可旋转地连结到偏心环321。指状物3181可以在平行于其相应引导表面的平面中在凹槽3212中移动。凹槽3212和指状物3181将内部驱动单元318可旋转地连结到偏心环321。指状物3181可以在平行于其相应引导表面的平面中在凹槽3212中移动。凹槽3212和指状物3181将内部驱动单元318与偏心环321可旋转地连结。

用于平移驱动的构件的外部驱动单元322和进给螺母319分别包括在直径上相对的两个内部指状物3222和两个外部指状物3191。内部指状物3222与偏心进给环323中制成的具互补形状的两个外部凹槽3231协作。外部指状物3191与偏心进给环323中制成的具互补形状的两个内部凹槽3232协作。

外部凹槽3231包括在实质上平行于平移小齿轮310的旋转轴线的平面中延伸的两个相对引导表面32311。

内部指状物3222包括在实质上平行于平移小齿轮310的旋转轴线的平面中延伸的两个相对引导表面32221。

内部凹槽3232包括在实质上平行于驱动主轴313的旋转轴线的平面中延伸的两个相对引导表面32321。

外部指状物3191包括在实质上平行于钻孔主轴313的旋转轴线的平面中延伸的两个相对引导表面31911。

凹槽3231可以在平行于其相应引导表面的平面中相对于指状物3222移位。凹槽3231和指状物3222将外部驱动单元3222可旋转地连结到偏心环323。指状物3191可以在平行于其相应引导表面的平面中在凹槽3232中移动。凹槽3232和指状物3191将内部驱动单元319可旋转地连结到偏心环323。

用于旋转驱动的构件的第一和第二平面未必相同于用于平移驱动的构件的第一和第二平面。

钻机包括用以调整钻孔深度的可调整挡板324。

在此实施例中，外鞘314固定地附接到可以与壳体312的其余部分分离的可拆卸壳体部分312'。

由壳体312'、外鞘314、支撑零件317、钻孔主轴313、挡板324、旋转螺母318和进给螺母319、内部驱动单元、偏心环321、323和外部驱动单元320、322形成的组合件形成可以固定地且以可翻转方式附接到钻机121的其余部分且可更换的可拆卸钻孔模块120。外部驱动单元的凹槽使得能够将钻孔模块与钻机的其余部分容易地组装。这些凹槽可以经斜削以进一步促进定位。用于操控进给和旋转电动机以在定位钻孔模块时实现进给小齿轮和旋转小齿轮的交替运动的系统将促进所述模块的设置。

可翻转附接构件用于将钻孔模块可拆卸地附接到钻机的其余部分。

在一个变型中，并不实施可拆卸钻孔模块，且此模块的组件非可拆卸地集成到钻机中。在此状况下，旋转小齿轮和进给小齿轮可以形成具有对应外部驱动单元的单个零件。

传动单元30为通常实施在具有受控进给速度的钻机中的传动单元类型。其可能尤其是专利申请FR3000693中所描述的传动单元类型。此传动单元30通常包括旋转电动机300、进给电动机301、连接到尤其包括第一输出小齿轮303和第二输出小齿轮304的传动装置302的机械轴。

进给小齿轮310与传动单元30的第一输出小齿轮303啮合，同时旋转小齿轮311与传动单元30的第二输出小齿轮304啮合。

在此处描述的实施例中，进给电动机301和旋转电动机300的轴线平行于钻孔主轴。在一些变化中，一个电动机或这些电动机的机械轴可能具有垂直于钻孔主轴的轴线的轴线。

操作

为在待钻孔工件上的给定地方对此工件进行钻孔，使用待钻孔工件的虚拟CAO类型表示来操控钻孔机器人，以便将具有受控进给速度的钻机放置在所要地方。

一旦将钻机放置在了此地方，则容纳钻孔主轴的壳体的轴线实质上垂直于待钻孔工件的目标表面延伸。钻机通过机器人臂稳固且可靠地保持在此位置中。

由“实质上平行”的概念介绍的外壳的轴线相对于目标表面的相对垂直度尤其涉及CAD模型与真实组件(待钻孔工件、钻机、机器人、这些组件彼此间的相对定位)之间的差异以及机器人运动精度的限制。

接着管理机器人，以便沿着壳体的轴线(亦即，沿着实质上垂直于目标表面的轴线)朝向目标表面移动钻机。

在此移动期间，支撑零件317的支撑表面3171与目标表面41接触。在由机器人臂以实质上垂直于目标表面的方向输送的力的影响下，钻孔主轴313绕枢转连杆LR的中心在壳体312内部枢转，且在壳体中倾斜直至其占据钻孔主轴313的轴线垂直于目标表面延伸的位置为止。

自然地，在自对准阶段期间，钻孔主轴回缩到外鞘内，从而使得钻头5的固定地接合到钻孔主轴的尖端无法超出接触表面3171，而是朝向壳体内部移位。

此主轴在壳体内的倾斜能通过相对于对应外部驱动单元移动偏心旋转环和平移环，并相对于对应偏心环移动内部旋转驱动单元和平移驱动单元来实现。主轴以及旋转螺母和进给螺母接着相对于进给小齿轮和旋转小齿轮偏移。此可以在(例如)图2、3、6、7、8和9中看到。

因此，能获得主轴的轴线相对于待钻孔工件的目标表面的自对准。

用于抵靠着待钻孔工件牢固地放置钻机以获得适当自对准所需要的力尤其取决于：

-施加在主轴和其外鞘上的重量和动态效应(这些动态效应都较低，这是由于待移动以获得钻机主轴的对准的零件的质量小)：这些力越小，待部署以用于牢固地放置主轴的力越小；

-支撑零件317的直径：此直径越大，需要用于牢固地放置主轴的力越小；

-钻孔主轴与上文所提及的用于旋转驱动和平移驱动的构件之间的径向传动作用力。

将使用定位主轴(适当且稳定的自对准)且并不在待钻孔工件上产生标记的对立目标以实验方式确定用于牢固地放置主轴的此力。

能在每一钻孔操作的开始处获得自对准。

接着，通常可以通过驱动进给电动机301和旋转电动机300，以便控制钻孔主轴的旋转频率和进给速度来继续钻孔操作。

变型

可以实施多个构件以保证用于牢固地放置主轴的力将保持在预定范围值内，以确保适当且稳定的自对准而不会以任何方式借此在待钻孔工件上产生标记。

借助于实例，此类构件可能(例如)包括：

-通过作用于机器人的电动机构件来测量视需要施加并校正的用于牢固地放置主轴的力的调节系统；

-具备集成在钻孔模块与钻孔装置的其余部分之间的弹性元件的滑动连结系统；

-集成在钻孔模块与钻孔装置的其余部分之间的推进器或起重器，其伴有用于测量放置力和调节起重器以将力保持在公差值范围内的系统。

此类构件还可以用于补偿用于牢固地放置主轴的力的变化，所述变化可能是由钻孔操作期间的加热引起的零件的振动和/或膨胀。

可以设想到用于在已定位主轴之后将枢转接头锁定就位的装置，以将枢转接头可靠地固持就位。

在上文中描述的实施例涉及在具有受控进给速度的钻孔装置内实施本发明。然而，本发明可以同样好地实施在具有自动进给速度的钻孔装置内。在此状况下，所实施传动单元将是如文件FR2881366中所描述的具有自动进给速度的钻孔装置的传动单元。

在本文件中，表述“穿过轴线的平面”并不意味着所述平面切割所述轴线而是所述平面含有所述轴线。

Claims (11)

1.一种具有自动或受控进给速度的钻孔装置，其包括容纳钻孔主轴的壳体，所述钻孔主轴用以在运动中驱动切割工具以对包括目标表面的工件进行钻孔，

其特征在于所述主轴可相对于所述壳体的轴线在所述壳体内部倾斜，

且特征在于所述装置包括相对于所述目标表面使所述主轴自对准的构件，所述自对准构件将所述主轴移动到在施加推进力的影响下其轴线实质上垂直于所述目标表面的位置中，所述推进力实质上沿着所述壳体的所述轴线抵靠着所述目标表面推进所述钻孔装置，

所述装置包括用于以旋转驱动所述主轴的构件和用于沿着其轴线以平移驱动所述主轴的构件，所述用于驱动的构件包括准许所述主轴相对于所述壳体进行偏移的构件。

2.根据权利要求1所述的钻孔装置，其中所述钻孔主轴借助于枢转连杆连接到所述壳体。

3.根据权利要求1或2所述的钻孔装置，其中所述用于旋转驱动的构件和所述用于平移驱动的构件各自包括：

小齿轮，其经安装以便沿着所述壳体的所述轴线在所述壳体内旋转移动；

外部驱动单元，其沿着所述小齿轮的旋转轴线可旋转地连结到所述小齿轮；

偏心环；

内部驱动单元，其与所述主轴可旋转地连结；

所述偏心环沿着所述小齿轮的所述旋转轴线可旋转地连结到所述外部驱动单元，且能沿着穿过所述小齿轮的所述旋转轴线的第一平面中所包含的路径相对于所述外部驱动单元移动；

所述偏心环沿着所述主轴的旋转轴线可旋转地连结到所述内部驱动单元，且能沿着穿过所述主轴的所述旋转轴线的第二平面中所包含的路径相对于所述内部驱动单元移动；

所述第一平面和所述第二平面并不平行。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一平面和所述第二平面是垂直的。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其中：

所述用于旋转驱动的构件包括旋转螺母，所述主轴可旋转地连结到所述旋转螺母，且能沿着所述主轴的所述轴线相对于此螺母平移移动，

所述用于平移驱动的构件包括进给螺母，所述主轴通过螺旋连杆连结到所述进给螺母；

所述用于平移驱动的构件的所述进给螺母与所述内部驱动单元可旋转地连结；

所述用于旋转驱动的构件的所述旋转螺母与所述内部驱动单元可旋转地连结。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：

所述用于平移驱动的构件的所述进给螺母与所述内部驱动单元形成单个零件；

所述用于旋转驱动的构件的所述旋转螺母与所述内部驱动单元形成单个零件。

7.根据权利要求6所述的装置，其中：

所述用于旋转驱动的构件的所述外部驱动单元和所述旋转螺母分别包括在直径上彼此相对的两个内部指状物和两个外部指状物，所述内部指状物与所述偏心旋转环中制成的具互补形状的两个外部凹槽协作，所述外部指状物与所述偏心旋转环中制成的具互补形状的两个内部凹槽协作；

所述用于平移驱动的构件的所述外部驱动单元和所述进给螺母分别包括在直径上彼此相对的两个内部指状物和两个外部指状物，所述内部指状物与所述偏心进给环中制成的具互补形状的两个外部凹槽协作，所述外部指状物与所述偏心进给环中制成的具互补形状的两个内部凹槽协作。

8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的钻孔装置，所述装置包括外鞘，所述主轴安装在所述外鞘内以便沿着其自身的轴线平移和旋转移动，所述外鞘可朝向所述壳体的所述内部倾斜，且所述外鞘在其转向到所述壳体的外部的末端处包括抵靠着所述目标表面施加的支撑表面。

9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的装置，所述装置包括固定地且以可翻转方式附接到所述壳体的可拆卸钻孔模块，所述钻孔模块至少包括所述主轴和所述用于相对于所述目标表面使所述主轴自对准的构件。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述用于旋转驱动的构件和所述用于平移驱动的构件的所述外部驱动单元和所述对应小齿轮通过所述小齿轮和所述驱动单元中制成的隆脊沿着所述小齿轮的所述旋转轴线可旋转地连结，而不沿着所述小齿轮的所述旋转轴线进行平移。

11.一种固定地且以可翻转方式附接到根据权利要求1到10中任一权利要求所述的具有受控进给的钻孔装置的可拆卸钻孔模块，所述钻孔模块至少包括所述主轴和所述相对于所述目标表面使所述主轴自对准的构件。