CN108372408B - 一种花键导向式制孔锪窝装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种花键导向式制孔锪窝装置包括：制孔单元和压脚单元，所述制孔单元和压脚单元串联连接，且所述压脚单元可相对移动地布置在所述制孔单元的外侧。本发明采用花键导向的进给方式替代传统的直线导轨导向方式，使机构降低了重量，减小了整个制孔机构的尺寸，可以适用于有较小空间要求的工况；还使主轴轴线与导向花键轴线重合，有效的降低了由于导向误差对轴线沿进给方向的影响，提高加工精度。同时，本装置采用的双光栅反馈方式，可以有效地实时监测压脚端面与主轴端面的相对位置，提高锪窝过程中窝深的精度，保持加工中窝深的一致性。

Description

一种花键导向式制孔锪窝装置

技术领域

本发明涉及机械制孔技术领域，特别是涉及一种花键导向式制孔锪窝装置。

背景技术

目前国内的机载式制孔机构从实现功能来看，均可以实现自动制孔锪窝、刀具冷却、吸尘、夹层间隙消除、法向调整、照相测量等功能，但实现形式差异性比较大。从移动导向的结构形式上看，目前所有的制孔机构主轴移动都采用直线导轨导向的形式，而主轴驱动则通过伺服电机及相应的驱动机构来来实现；制孔机构的夹层间隙消除主要通过压脚单元来实现的，压脚机构主要有两种形式，一种为伺服电机和相应的驱动机构（如丝杠、减速机等）通过控制位移及压力来实现夹层间隙的消除，另一种方式通过伺服控制器驱动气动模块实现夹层间隙的消除；夹层间隙消除后需要制孔机构对产品进行一次性的制孔、锪窝，锪窝深度的控制主要依靠前期试片的标定来实现的，大多数机构对主轴端面与压脚端面的相对位置没有一个数字量的实时测量方式；而法向调整功能是为了保证制孔时轴线的垂直度，布置在压脚单元上的4个激光位移传感器的距离值通过内置算法实时标定主轴轴线的位置；照相测量功能是为了保证制孔时孔位的偏移值，目前偏移值的补偿分为在线补偿和离线补偿两种。

在目前的制孔机构中，直线导轨导向的形式中直线导轨属于标准品，结构形式已固化没有定制的接口，制孔机构的结构必须采用常规的机械结构（包含驱动机构、导向机构），导致机构的整体重量、尺寸偏大，造成以下两点不足，其一，由于重量的增加使承载设备的承载能力必须被提升，导致整个机构重量的增加，其二，由于设计尺寸偏大，容易发生干涉现象，导致无法应用到目前需求量大的对于加工空间要求严格的特殊产品结构中来。用直线导轨导向的这种结构特点不能最大程度的减小主轴轴线与驱动导向端的间距，导致主轴的径向跳动误差被放大，会发生由于导向机构的直线度、滑块与导轨的间隙等误差的放大而影响进给的精度的情况。目前国内的制孔机构中，压脚单元均为半开环控制，依靠位置及压力的反馈来实现锪窝深度的控制，没有一个实时的反馈值，因此产品的锪窝深度一致性不好。

发明内容

本发明提供了一种基于花键导向及双光栅反馈的制孔机构，可以有效提高孔径精度及窝深精度，并为狭小空间实现自动制孔提供一套满足空间及重量要求的制孔机构。

本发明提供了一种花键导向式制孔锪窝装置包括：制孔单元和压脚单元，所述制孔单元和压脚单元串联连接，且所述压脚单元可相对移动地布置在所述制孔单元的外侧。

进一步地，所述制孔单元包括伺服电机、导向套、花键轴、外部壳体、制孔主轴、刀柄、钻锪一体刀具、皮带张紧轮、张紧轮支架、从动轮、从动轮压盖、主动轮、主动轮压盖、防护罩、丝杠螺母、丝杠、传动支架、限位撞块、轴承、轴承压盖和锁紧螺母；所述外部壳体为装置其它组件的连接基座，具有与外部设备连接的连接位；所述制孔主轴与所述花键轴同轴相连，所述花键轴可滑动地连接在所述导向套中；所述伺服电机、皮带张紧轮、张紧轮支架、从动轮、从动轮压盖、主动轮、主动轮压盖、丝杠螺母、丝杠、传动支架、轴承和轴承压盖组成驱动组件；所述伺服电机与所述主动轮相连，所述主动轮的前端设置有主动轮压盖；所述从动轮通过带传动与所述主动轮相连，且所述从动轮的端面上设置有从动轮压盖；所述丝杠通过所述轴承、轴承压盖和锁紧螺母与所述从动轮相连，所述丝杠与所述制孔主轴驱动连接；所述制孔主轴、刀柄、钻锪一体刀具组成加工组件；所述刀柄连接在所述制孔主轴上，所述钻锪一体刀具连接在所述刀柄上。

进一步地，所述制孔单元还包括位置反馈组件，所述位置反馈组件包括光栅尺定尺、光栅尺定尺支架、限位开关支架、制孔主轴进给光栅尺支架和制孔主轴反馈动尺，所述反馈组件与所述制孔主轴相连。

进一步地，所述花键轴的外侧具有三个导向凸台，所述导向套的内侧具有三个导向凹槽，所述导向凸台和所述导向凹槽相配合。

进一步地，所述压脚单元包括：压脚动尺支架、压紧汽缸、压脚支架、节流阀、压脚座和压脚反馈动尺；所述节流阀与所述压紧气缸相连，所述压紧气缸设置在所述压脚支架的两侧，所述压脚座设置在所述压脚支架的前端，所述压脚动尺支架与所述压脚支架相连，所述压脚反馈动尺与所述压脚动尺支架相连。

进一步地，所述花键导向式制孔锪窝装置还包括法向调整单元，所述法向调整单元包括法向检测开关支架和法向开关，所述法向开关连接在所述法向检测开关支架上，所述法向调整单元均匀布置在所述压脚头的周围。

进一步地，所述花键导向式制孔锪窝装置还包括照相测量单元，所述照相测量单元包括照相检测系统光源、照相检测系统支架和照相检测系统，所述照相检测系统支架连接在所述外部壳体的下侧，所述照相检测系统光源和照相检测系统连接在所述照相检测系统支架上。

进一步地，所述花键导向式制孔锪窝装置还包括吸尘单元，所述吸尘单元包括吸尘设备、吸尘管路和压脚座，所述吸尘管路与所述吸尘设备相连，且连接在所述压脚座的下侧。

进一步地，所述花键导向式制孔锪窝装置还包括监控单元，所述监控单元包括监控单元支架和监控单元，所述监控单元连接在所述监控单元支架上，所述监控单元支架设置在所述压脚座上。

进一步地，所述花键导向式制孔锪窝装置还包括刀具破损检测开关，所述刀具破损检测开关连接在所述压脚座上。

本发明采用花键导向的进给方式替代传统的直线导轨导向方式，使机构降低了重量，减小了整个制孔机构的尺寸，可以适用于有较小空间要求的工况；还使主轴轴线与导向花键轴线重合，有效的降低了由于导向误差对轴线沿进给方向的影响，提高加工精度。同时，本装置采用的双光栅反馈方式，可以有效地实时监测压脚端面与主轴端面的相对位置，提高锪窝过程中窝深的精度，保持加工中窝深的一致性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例的一种花键导向式制孔锪窝装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种花键导向式制孔锪窝装置的压脚单元的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种花键导向式制孔锪窝装置的驱动组件和照相测量单元的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种花键导向式制孔锪窝装置的反馈组件的结构示意图；

图5为本发明实施例的一种花键导向式制孔锪窝装置的驱动组件的传动结构示意图。

附图中标记为：

1-伺服电机，2-导向套，3-花键轴，4-外部壳体，5-光栅尺定尺，6-伺服单元，7-压脚动尺支架，8-压紧汽缸，9-压脚支架，10-制孔主轴，11-节流阀，12-刀柄，13-法向检测开关支架，14-法向开关，15-监控单元支架，16-监控单元，17-刀具破损检测开关，18-压脚座，19-钻锪一体刀具，20-吸尘管路，21-皮带张紧轮，22-张紧轮支架，23-从动轮，24-从动轮压盖，25-主动轮，26-主动轮压盖，27-防护罩，28-照相检测系统光源，29-照相检测系统支架，30-照相检测系统，31-丝杠螺母，32-丝杠，33-传动支架，34-光栅尺定尺支架，35-限位开关支架，36-制孔主轴进给光栅尺支架，37-限位撞块，38-轴承，39-轴承压盖，40-锁紧螺母，41-制孔主轴反馈动尺，42-压脚反馈动尺。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种花键导向式制孔锪窝装置，如图1所示，包括：制孔单元和压脚单元，所述制孔单元和压脚单元串联连接，且所述压脚单元可相对移动地布置在所述制孔单元的外侧。制孔单元配置的制孔主轴可以对钛合金等难加工材料或夹层材料进行制孔锪窝工作，加工过程中还具有相应的主轴冷却及刀具冷却功能，制孔单元与压脚单元为串联形式，压脚单元布置在制孔单元主体上，可以随着制孔单元进行整体进给，制孔单元移动指定位置后压脚单元相对于主轴端面还可以单独进给，通过材料的不同采用相应的压紧力来实现夹层间隙的消除。

所述制孔单元包括伺服电机1、导向套2、花键轴3、外部壳体4、制孔主轴10、刀柄12、钻锪一体刀具19、皮带张紧轮21、张紧轮支架22、从动轮23、从动轮压盖24、主动轮25、主动轮压盖26、防护罩27、丝杠螺母31、丝杠32、传动支架33、限位撞块37、轴承38、轴承压盖39和锁紧螺母40；所述外部壳体4为装置其它组件的连接基座，具有与外部设备连接的连接位；所述制孔主轴10与所述花键轴3同轴相连，所述花键轴3可滑动地连接在所述导向套2中；所述伺服电机1、皮带张紧轮21、张紧轮支架22、从动轮23、从动轮压盖24、主动轮25、主动轮压盖26、丝杠螺母31、丝杠32、传动支架33、轴承38和轴承压盖39组成驱动组件；所述伺服电机1与所述主动轮25相连，所述主动轮25的前端设置有主动轮压盖26；所述从动轮23通过带传动与所述主动轮25相连，且所述从动轮23的端面上设置有从动轮压盖24；所述丝杠32通过所述轴承38、轴承压盖39和锁紧螺母40与所述从动轮23相连，所述丝杠32与所述制孔主轴10驱动连接，从动轮23、从动轮压盖24、轴承38、轴承压盖39、锁紧螺母40与丝杠32连接通过皮带的传动与主动轮同时实现旋转，通过连接在传动支架33上的丝杠螺母31与丝杠32的的旋转运动实现制孔主轴10的直线运动，可以实现制孔主轴10的进给；所述制孔主轴10、刀柄12、钻锪一体刀具19组成加工组件；所述刀柄12连接在所述制孔主轴10上，所述钻锪一体刀具19连接在所述刀柄12上，该组件可实现快速换刀，在自动换刀时，制孔单元与压脚单元协同控制，制孔主轴10通过器驱动组件驱动至限位开关支架35的零点位置，压脚单元通过驱动压紧汽缸8的动作至最大行程处预留出换刀空间。优选地，所述花键轴3的外侧具有三个导向凸台，所述导向套2的内侧具有三个导向凹槽，所述导向凸台和所述导向凹槽相配合，在保证润滑和传动间隙的情况实现滑动导向。

在本发明实施例的一个方面，所述制孔单元还包括位置反馈组件，所述位置反馈组件包括光栅尺定尺5、光栅尺定尺支架34、限位开关支架35、制孔主轴进给光栅尺支架36和制孔主轴反馈动尺41，所述反馈组件与所述制孔主轴10相连。本发明采用带有双光栅尺读头反馈的形式可实时反馈刀具与压脚座端面的相对位置，实现精确锪窝。

在本发明实施例的一个方面，如图2所示，所述压脚单元包括压脚动尺支架7、压紧汽缸8、压脚支架9、节流阀11、压脚座18和压脚反馈动尺42；所述节流阀11与所述压紧气缸8相连，所述压紧气缸8设置在所述压脚支架9的两侧，所述压脚座18设置在所述压脚支架9的前端，所述压脚动尺支架7与所述压脚支架9相连，所述压脚反馈动尺42与所述压脚动尺支架7相连。压脚单元的驱动由气源通过节流阀11进入设置在压脚支架9两侧的压紧汽缸8内，通过伺服单元6的控制实现2个压紧汽缸的同步运动，压脚座18设置在压脚支架9前端，用于与加工产品相接触施压从而实现夹层材料间隙的消除；压脚座18前端面的位置通过压脚动尺支架7及压脚反馈动尺42的读数来控制，实时反馈它的位置。

在本发明实施例的一个方面，所述的花键导向式制孔锪窝装置还包括法向调整单元，所述法向调整单元包括法向检测开关支架13和法向开关14，所述法向开关14连接在所述法向检测开关支架13上，所述法向调整单元均匀布置在所述压脚座18的周围。

在本发明实施例的一个方面，所述的花键导向式制孔锪窝装置还包括照相测量单元，所述照相测量单元包括照相检测系统光源28、照相检测系统支架29和照相检测系统30，所述照相检测系统支架29连接在所述外部壳体4的下侧，所述照相检测系统光源28和照相检测系统30连接在所述照相检测系统支架29上。本发明通过设置专用的照相测量单元可以在线或离线对偏差值进行补偿，解决了加工飞机产品时理论数据与实际偏差的协调问题。

在本发明实施例的一个方面，所述的花键导向式制孔锪窝装置还包括吸尘单元，所述吸尘单元包括吸尘设备和吸尘管路20，所述吸尘管路20与所述吸尘设备相连，且连接在所述压脚座18的下侧。本发明通过设置吸屑功能，保证了制孔的质量。其中所述吸尘设备可以为外部设备，连接在吸尘管路上使用。

在本发明实施例的一个方面，所述的花键导向式制孔锪窝装置还包括监控单元，所述监控单元包括监控单元支架15和监控单元16，所述监控单元16连接在所述监控单元支架15上，所述监控单元支架15设置在所述压脚座18上。所述的花键导向式制孔锪窝装置还包括刀具破损检测开关17，所述刀具破损检测开关17连接在所述压脚座18上。在压脚单元的压脚座上，通过布置专用的监控单元和刀具破损检测等开关，实现加工过程的监控。

本发明采用花键导向的进给方式替代传统的直线导轨导向方式，使机构降低了重量，减小了整个制孔机构的尺寸，可以适用于有较小空间要求的工况；还使主轴轴线与导向花键轴线重合，有效的降低了由于导向误差对轴线沿进给方向的影响，提高加工精度。同时，本装置采用的双光栅反馈方式，可以有效地实时监测压脚端面与主轴端面的相对位置，提高锪窝过程中窝深的精度，保持加工中窝深的一致性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，包括：

制孔单元和压脚单元，所述制孔单元和压脚单元串联连接，且所述压脚单元可相对移动地布置在所述制孔单元的外侧；

所述制孔单元包括：伺服电机、导向套、花键轴、外部壳体、制孔主轴、刀柄、钻锪一体刀具、皮带张紧轮、张紧轮支架、从动轮、从动轮压盖、主动轮、主动轮压盖、防护罩、丝杠螺母、丝杠、传动支架、限位撞块、轴承、轴承压盖和锁紧螺母；所述外部壳体为容纳所述伺服电机、导向套、花键轴、制孔主轴、刀柄、钻锪一体刀具、皮带张紧轮、张紧轮支架、从动轮、从动轮压盖、主动轮、主动轮压盖、防护罩、丝杠螺母、丝杠、传动支架、限位撞块、轴承、轴承压盖和所述锁紧螺母的连接基座，具有与外部设备连接的连接位；所述制孔主轴与所述花键轴同轴相连，所述花键轴可滑动地连接在所述导向套中；

所述伺服电机、皮带张紧轮、张紧轮支架、从动轮、从动轮压盖、主动轮、主动轮压盖、丝杠螺母、丝杠、传动支架、轴承和轴承压盖组成驱动组件；所述伺服电机与所述主动轮相连，所述主动轮的前端设置有主动轮压盖；所述从动轮通过带传动与所述主动轮相连，且所述从动轮的端面上设置有从动轮压盖；所述丝杠通过所述轴承、轴承压盖和锁紧螺母与所述从动轮相连，所述丝杠与所述制孔主轴驱动连接，通过所述丝杠的转动带动所述制孔主轴进给；

所述制孔主轴、刀柄、钻锪一体刀具组成加工组件；所述刀柄连接在所述制孔主轴上，所述钻锪一体刀具连接在所述刀柄上。

2.如权利要求1所述的花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，所述制孔单元还包括位置反馈组件，所述位置反馈组件包括光栅尺定尺、光栅尺定尺支架、限位开关支架、制孔主轴进给光栅尺支架和制孔主轴反馈动尺，所述位置反馈组件与所述制孔主轴相连。

3.如权利要求1所述的花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，所述花键轴的外侧具有三个导向凸台，所述导向套的内侧具有三个导向凹槽，所述导向凸台和所述导向凹槽相配合。

4.如权利要求1所述的花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，所述压脚单元包括：

压脚动尺支架、压紧气缸、压脚支架、节流阀、压脚座和压脚反馈动尺；所述节流阀与所述压紧气缸相连，所述压紧气缸设置在所述压脚支架的两侧，所述压脚座设置在所述压脚支架的前端，所述压脚动尺支架与所述压脚支架相连，所述压脚反馈动尺与所述压脚动尺支架相连。

5.如权利要求4所述的花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，还包括法向调整单元，所述法向调整单元包括法向检测开关支架和法向开关，所述法向开关连接在所述法向检测开关支架上，所述法向调整单元均匀布置在所述压脚座的周围。

6.如权利要求1所述的花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，还包括照相测量单元，所述照相测量单元包括照相检测系统光源、照相检测系统支架和照相检测系统，所述照相检测系统支架连接在所述外部壳体的下侧，所述照相检测系统光源和照相检测系统连接在所述照相检测系统支架上。

7.如权利要求4所述的花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，还包括吸尘单元，所述吸尘单元包括吸尘设备和吸尘管路，所述吸尘管路与所述吸尘设备相连，且连接在所述压脚座的下侧。

8.如权利要求4所述的花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，还包括监控设备，所述监控设备包括监控单元支架和监控单元，所述监控单元连接在所述监控单元支架上，所述监控单元支架设置在所述压脚座上。

9.如权利要求8所述的花键导向式制孔锪窝装置，其特征在于，还包括刀具破损检测开关，所述刀具破损检测开关连接在所述压脚座上。

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