CN110202381A - 一种用于飞机机身制造的钻铆机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于飞机机身制造的钻铆机床，具有机架，机架上设有用于钻铆的末端执行器；所述机架包括龙门架、滑枕、滑台和滑动架；所述龙门架包括两个对称设置的立柱和横梁；横梁的两端分别与两个立柱的上端固定连接；滑枕的两端分别滑动设置在两个立柱上，且滑枕上设有可驱动其沿Z轴滑动的第一驱动装置；所述滑台滑动设置在滑枕上，且滑台上设有可驱动其沿Y轴滑动的第二驱动装置；所述滑动架滑动设置在滑台上，且滑动架上设有可驱动其沿X轴滑动的第三驱动装置；滑动架的一端固定连接有用于钻铆的末端执行器。本发明自动化程度高，钻铆效率高，加工精度高。

Description

一种用于飞机机身制造的钻铆机床
技术领域
本发明涉及一种钻铆机床，特别涉及一种用于飞机机身制造的钻铆机床。
背景技术
飞机机翼或者某些机身是通过支撑骨架和薄壁蒙板通过铆接实现装配制造的。由于飞机机翼及机身具有一定的曲面，因此在传统的铆接装配中，通过人工的方式，其加工精度得不到很好的保证，而且装配效率低下。
因此为了提高装配效率和装配精度，人们在自动钻铆设备上针对飞机机翼和机身的加工要求进行了开发设计。虽然人们研发出了很多用于飞机机翼和机身的自动钻铆机床，但是因其无法实现多方位补偿，其加工精度一直得不到很好的保证。而且由于钻铆工艺中容易产生振动，这也是影响其加工精度的重要因素之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于飞机机身制造的钻铆机床，该钻铆机床自动化程度高，钻铆效率高，加工精度高。
实现本发明目的的技术方案是：本发明具有机架，机架上设有用于钻铆的末端执行器；所述机架包括龙门架、滑枕、滑台和滑动架；所述龙门架包括两个对称设置的立柱和横梁；横梁的两端分别与两个立柱的上端固定连接；滑枕的两端分别滑动设置在两个立柱上，且滑枕上设有可驱动其沿Z轴滑动的第一驱动装置；所述滑台滑动设置在滑枕上，且滑台上设有可驱动其沿Y轴滑动的第二驱动装置；所述滑动架滑动设置在滑台上，且滑动架上设有可驱动其沿X周滑动的第三驱动装置；滑动架的一端固定连接有用于钻铆的末端执行器。所述两个立柱的底部可通过一根底梁固定连接，即两个立柱、横梁底梁形成一个封闭的框体，该框体能够进一步提高其稳定性。
上述立柱和横梁均通过钢板焊接而成，且内部形成可用于安装冷却液储存器和/或润滑液储存器和/或铆钉储存盒和/或电器的安装腔。其中滑枕、滑台和滑动架均是通过钢板焊接形成的箱式结构。机架是主要的承载机构，其不仅承受一定的重力，而且要承受切削力、摩擦力、夹紧力等，承载结构除了外部安装零部件外，其还常作为冷却液、润滑液的存储器。有时还作为放置电器的地方。正确的选择承载结构的形式，对提高机床的精度刚度具有重要意义。龙门架由双立柱、横梁组合而成，该种结构可以提高机床刚度，减少机床振动与噪声。
上述末端执行器包括上支架、下支架、电动推杆、钻铆机构、用于基准孔找正的基准孔检测模块、用于法向找正并压紧待加工件的压脚机构；
所述电动推杆设置在上支架上，上支架通过与第一转轴与下支架转动连接，第一转轴的转动轴线与滑台的滑动方向一致；电动推杆通过第二转轴与下支架转动连接，第二转轴与第一转轴平行；下支架相对上支架发生翻转时可通过安装在第一转轴上的磁栅尺进行摆角检测。
所述钻铆机构包括用于钻孔的钻孔装置、用于铆接的铆接装置和铆钉接受转移装置；所述下支架上滑动设有安装板，且安装板上设有可驱动其滑动的第三驱动装置；所述钻孔装置滑动设置在安装板上，且钻孔装置上设有可驱动其沿垂直于安装板滑动方向滑动的第四驱动装置；所述铆接装置滑动设置在安装板上，且铆接装置上设有可驱动其沿垂直于安装板滑动方向滑动的第五驱动装置；所述铆钉接受转移装置包括铆钉输出管、伸缩气缸、翻转电机、用于夹持铆钉的气动手指；所述铆钉输出管固定安装在安装板上，所述伸缩气缸固定安装在下支架上，翻转电机与伸缩气缸的伸缩轴固定连接，翻转电机的输出轴与气动手指固定连接，所述气动手指在翻转电机驱动下往返于铆钉输出管与铆接装置之间，并在伸缩气缸的作用下分别在铆钉输出管和铆接装置上取钉和装钉；
所述基准孔检测模块包括伺服电机、直线滑台和2D激光轮廓仪；所述2D激光轮廓仪固定安装在直线滑台上；伺服电机固定安装在下支架上，且驱动直线滑台滑动；
所述压脚机构包括滑动托板、驱动气缸、压脚口和法向检测传感器；所述滑动托板滑动设置在下支架上；所述驱动气缸固定连接在下支架上，且驱动气缸的推轴与滑动托板固定连接；所述滑动托板在驱动气缸的推动下沿垂直于安装板滑动方向滑动；所述压脚口固定设置在滑动托板上，压脚口的周边固定设有激光位移传感器；所述钻孔装置和铆接装置通过安装板的滑动可分别与压脚口对应配合。
作为优化，上述下支架包括支撑板和转动支架；所述上支架通过与第一转轴与支撑板转动连接；电动推杆通过第二转轴与支撑板转动连接；所述安装板滑动设置在转动支架上；所述滑动托板滑动设置在转动支架上；所述伸缩气缸固定安装在转动支架上；所述转动支架通过转盘与支撑板转动连接；转动支架的转动轴线与支撑板垂直；所述支撑板上转动设有第一摆动脚座；所述转动支架上转动设有第二摆动脚座；第一摆动脚座的转动轴线、第二摆动脚座的转动轴线和转动支架的转动轴线相互平行；所述第一摆动脚座上固定设有丝杆滑座，所述第二摆动脚座上固定设有电动丝杆；所述电动丝杆与丝杆滑座配合连接。所述转盘上设有可实现转动精准检测的磁栅尺。
同时还包括用于放置待加工件且在第六驱动装置的驱动下可进行旋转的旋转平台；所述旋转平台的转动轴线垂直于地面。
旋转平台的边缘围设有辅助支撑立柱；各辅助支撑立柱上均垂直滑动设有至少一个辅助支撑臂；所述辅助支撑臂上设有可驱动其沿辅助支撑立柱垂直滑动的第七驱动装置；所述辅助支撑臂包括电动伸缩杆和定位销轴；各电动伸缩杆的伸缩端向旋转平台的中心延伸，各电动伸缩杆的伸缩端均固定设有用于定位待加工件的定位销轴。
上述辅助支撑立柱滑动设置在旋转平台上，所述辅助支撑立柱上设有可驱动其沿水平方向向旋转平台的中心滑动的第八驱动装置。
上述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第八驱动装置均为电动丝杆驱动装置；所述第六驱动装置为蜗轮副驱动装置；所述第七驱动装置为齿轮齿条驱动装置。
本发明具有积极的效果：(1)本发明利用龙门架、滑枕、滑台和滑行架的配合方式，既能实现多轴联动，提高铆接精度，而且龙门架的整体稳定性相对于传统机架更加稳定，能够进一步减少因机架震动而产生的加工误差；
(2)本发明中龙门架不采用传统浇注方式，而采用制造效率更高的钢板焊接技术，其不仅大大缩短了生产周期，而且其整体重量也大大降低；并且其内部的安装腔可将更多的装置(如冷却液储存器、润滑液储存器、铆钉储存盒、电器等)集成在内部，该集成方式不仅能提高龙门架的整体刚性，而且大大缩小机床的整体体积；
(3)本发明中滑枕、滑台、滑行架也采用钢板焊接的箱式结构，其生产周期得到了进一步缩短，而且对其内部空腔也可以进行合理利用；
(4)本发明通过电动推杆可实现下支架的翻转，增加一个方位的补偿，从而进一步提高钻铆的加工精度；
(5)本发明通过电动丝杆和丝杆滑座的配合，可以实现转动支架和支撑板之间的转动，即又增加了一个方位的摆动补偿，从而进一步提高钻铆的加工精度；
(6)本发明利用基准孔检测模块和压脚机构，再结合多方位补偿，可在最大程度上保证钻铆的加工精度。
(7)本发明中利用旋转平台可实现待加工件的360°钻铆，大大提高钻铆效率；
(8)本发明通过辅助支撑臂可实现待加工件的初步装配和初步定位，方便后期的钻铆工作。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中末端执行器的结构示意图；
图3为本发明中末端执行器与压脚机构的结构示意图；
图4为本发明中钻铆机构的结构示意图；
图5为本发明中铆钉接受转移装置的结构示意图；
图6为本发明中基准孔检测模块的结构示意图；
图7为本发明中旋转平台的结构示意图；
图8为本发明中辅助支撑臂的结构示意图。
具体实施方式
见图1至图8，本发明具有机架，机架上设有用于钻铆的末端执行器1；所述机架包括龙门架2、滑枕3、滑台4和滑动架5；所述龙门架2包括两个对称设置的立柱21和横梁22；横梁22的两端分别与两个立柱21的上端固定连接；滑枕3的两端分别滑动设置在两个立柱21上，且滑枕3上设有可驱动其沿Z轴滑动的第一驱动装置；所述滑台4滑动设置在滑枕3上，且滑台4上设有可驱动其沿Y轴滑动的第二驱动装置；所述滑动架5滑动设置在滑台4上，且滑动架5上设有可驱动其沿X轴滑动的第三驱动装置；滑动架5的一端固定连接有用于钻铆的末端执行器1。
所述立柱21和横梁22均通过钢板焊接而成，且内部形成可用于安装冷却液储存器和/或润滑液储存器和/或铆钉储存盒和/或电器的安装腔。所述滑枕3、滑台4和滑动架爱5均采用钢板焊接的箱式结构。
所述末端执行器1包括上支架11、下支架12、电动推杆13、钻铆机构14、用于基准孔找正的基准孔检测模块15、用于法向找正并压紧待加工件的压脚机构16；
所述下支架12包括支撑板121和转动支架122；所述电动推杆13设置在上支架11上，上支架11通过与第一转轴与支撑板121转动连接，第一转轴的转动轴线与滑台4的滑动方向一致；电动推杆13通过第二转轴与支撑板121转动连接，第二转轴与第一转轴平行；所述转动支架122通过转盘123与支撑板121转动连接；转动支架122的转动轴线与支撑板121垂直；所述支撑板121上转动设有第一摆动脚座124；所述转动支架122上转动设有第二摆动脚座125；第一摆动脚座124的转动轴线、第二摆动脚座125的转动轴线和转动支架122的转动轴线相互平行；所述第一摆动脚座124上固定设有丝杆滑座126，所述第二摆动脚座125上固定设有电动丝杆127；所述电动丝杆127与丝杆滑座126配合连接。
所述钻铆机构14包括用于钻孔的钻孔装置141、用于铆接的铆接装置142和铆钉接受转移装置143；所述转动支架122上滑动设有安装板144，且安装板144上设有可驱动其滑动的第三驱动装置；所述钻孔装置141滑动设置在安装板144上，且钻孔装置141上设有可驱动其沿垂直于安装板144滑动方向滑动的第四驱动装置；所述铆接装置142滑动设置在安装板144上，且铆接装置142上设有可驱动其沿垂直于安装板144滑动方向滑动的第五驱动装置；所述铆钉接受转移装置143包括铆钉输出管143-1、伸缩气缸143-2、翻转电机143-3、用于夹持铆钉的气动手指143-4；所述铆钉输出管143-1固定安装在安装板144上，所述伸缩气缸143-2固定安装在转动支架122上，翻转电机143-3与伸缩气缸143-2的伸缩轴固定连接，翻转电机143-3的输出轴与气动手指143-4固定连接，所述气动手指143-4在翻转电机驱动下往返于铆钉输出管143-1与铆接装置142之间，并在伸缩气缸143-2的作用下分别在铆钉输出管143-1和铆接装置142上取钉和装钉；所述铆钉输出管143-1上对应设有用于检测铆钉直径和长度的检测传感器。
所述基准孔检测模块15包括伺服电机151、直线滑台152和2D激光轮廓仪153；所述2D激光轮廓仪153固定安装在直线滑台152上；伺服电机151固定安装在转动支架122上，且驱动直线滑台152滑动；
所述压脚机构16包括滑动托板161、驱动气缸162、压脚口163和法向检测传感器164；所述滑动托板161滑动设置在转动支架122上；所述驱动气缸162固定连接在下支12上，且驱动气缸162的推轴与滑动托板161固定连接；所述滑动托板161在驱动气缸162的推动下沿垂直于安装板144滑动方向滑动；所述压脚口163固定设置在滑动托板161上，压脚口163的周边固定设有激光位移传感器164；所述钻孔装置141和铆接装置142通过安装板144的滑动可分别与压脚口163对应配合。
同时还包括用于放置待加工件且在第六驱动装置的驱动下可进行旋转的旋转平台6；所述旋转平台6的转动轴线垂直于地面。
旋转平台6的边缘围设有辅助支撑立柱61；各辅助支撑立柱61上均垂直滑动设有至少一个辅助支撑臂62；所述辅助支撑臂62上设有可驱动其沿辅助支撑立柱61垂直滑动的第七驱动装置；所述辅助支撑臂62包括电动伸缩杆621和定位销轴622；各电动伸缩杆621的伸缩端向旋转平台6的中心延伸，各电动伸缩杆621的伸缩端均固定设有用于定位待加工件的定位销轴622。
所述辅助支撑立柱61滑动设置在旋转平台6上，所述辅助支撑立柱61上设有可驱动其沿水平方向向旋转平台6的中心滑动的第八驱动装置。
所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第八驱动装置均为电动丝杆驱动装置；所述第六驱动装置为蜗轮副驱动装置；所述第七驱动装置为齿轮齿条驱动装置。
本发明的工作原理如下：
先在旋转平台上进行支撑骨架和蒙板的定位安装，然后通过基准孔检测模块15获得基准孔圆心的实际坐标值，然后通过激光位移传感器164计算出待加工孔所在近似平面的法矢，然后通过电动推杆13、电动丝杆127进行微调补偿，实现精准定位。然后压脚口163压紧待加工件，然后进行钻铆装配。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于飞机机身制造的钻铆机床，具有机架，机架上设有用于钻铆的末端执行器(1)；其特征在于：所述机架包括龙门架(2)、滑枕(3)、滑台(4)和滑动架(5)；所述龙门架(2)包括两个对称设置的立柱(21)和横梁(22)；横梁(22)的两端分别与两个立柱(21)的上端固定连接；滑枕(3)的两端分别滑动设置在两个立柱(21)上，且滑枕(3)上设有可驱动其沿Z轴滑动的第一驱动装置；所述滑台(4)滑动设置在滑枕(3)上，且滑台(4)上设有可驱动其沿Y轴滑动的第二驱动装置；所述滑动架(5)滑动设置在滑台(4)上，且滑动架(5)上设有可驱动其沿X轴滑动的第三驱动装置；滑动架(5)的一端固定连接有用于钻铆的末端执行器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞机机身制造的钻铆机床，其特征在于：所述立柱(21)和横梁(22)均通过钢板焊接而成，且内部形成可用于安装冷却液储存器和/或润滑液储存器和/或铆钉储存盒和/或电器的安装腔。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于飞机机身制造的钻铆机床，其特征在于：所述末端执行器(1)包括上支架(11)、下支架(12)、电动推杆(13)、钻铆机构(14)、用于基准孔找正的基准孔检测模块(15)、用于法向找正并压紧待加工件的压脚机构(16)；
所述电动推杆(13)设置在上支架(11)上，上支架(11)通过与第一转轴与下支架(12)转动连接，第一转轴的转动轴线与滑台(4)的滑动方向一致；电动推杆(13)通过第二转轴与下支架(12)转动连接，第二转轴与第一转轴平行；
所述钻铆机构(14)包括用于钻孔的钻孔装置(141)、用于铆接的铆接装置(142)和铆钉接受转移装置(143)；所述下支架(12)上滑动设有安装板(144)，且安装板(144)上设有可驱动其滑动的第三驱动装置；所述钻孔装置(141)滑动设置在安装板(144)上，且钻孔装置(141)上设有可驱动其沿垂直于安装板(144)滑动方向滑动的第四驱动装置；所述铆接装置(142)滑动设置在安装板(144)上，且铆接装置(142)上设有可驱动其沿垂直于安装板(144)滑动方向滑动的第五驱动装置；所述铆钉接受转移装置(143)包括铆钉输出管(143-1)、伸缩气缸(143-2)、翻转电机(143-3)、用于夹持铆钉的气动手指(143-4)；所述铆钉输出管(143-1)固定安装在安装板(144)上，所述伸缩气缸(143-2)固定安装在下支架(12)上，翻转电机(143-3)与伸缩气缸(143-2)的伸缩轴固定连接，翻转电机(143-3)的输出轴与气动手指(143-4)固定连接，所述气动手指(143-4)在翻转电机驱动下往返于铆钉输出管(143-1)与铆接装置(142)之间，并在伸缩气缸(143-2)的作用下分别在铆钉输出管(143-1)和铆接装置(142)上取钉和装钉；
所述基准孔检测模块(15)包括伺服电机(151)、直线滑台(152)和2D激光轮廓仪(153)；所述2D激光轮廓仪(153)固定安装在直线滑台(152)上；伺服电机(151)固定安装在下支架(12)上，且驱动直线滑台(152)滑动；
所述压脚机构(16)包括滑动托板(161)、驱动气缸(162)、压脚口(163)和法向检测传感器(164)；所述滑动托板(161)滑动设置在下支架(12)上；所述驱动气缸(162)固定连接在下支(12)上，且驱动气缸(162)的推轴与滑动托板(161)固定连接；所述滑动托板(161)在驱动气缸(162)的推动下沿垂直于安装板(144)滑动方向滑动；所述压脚口(163)固定设置在滑动托板(161)上，压脚口(163)的周边固定设有激光位移传感器(164)；所述钻孔装置(141)和铆接装置(142)通过安装板(144)的滑动可分别与压脚口(163)对应配合。
4.根据权利要求3所述的一种用于飞机机身制造的钻铆机床，其特征在于：所述下支架(12)包括支撑板(121)和转动支架(122)；所述上支架(11)通过与第一转轴与支撑板(12)转动连接；电动推杆(13)通过第二转轴与支撑板(121)转动连接；所述安装板(144)滑动设置在转动支架(122)上；所述滑动托板(161)滑动设置在转动支架(122)上；所述伸缩气缸(143-2)固定安装在转动支架(122)上；所述转动支架(122)通过转盘(123)与支撑板(121)转动连接；转动支架(122)的转动轴线与支撑板(121)垂直；所述支撑板(121)上转动设有第一摆动脚座(124)；所述转动支架(122)上转动设有第二摆动脚座(125)；第一摆动脚座(124)的转动轴线、第二摆动脚座(125)的转动轴线和转动支架(122)的转动轴线相互平行；所述第一摆动脚座(124)上固定设有丝杆滑座(126)，所述第二摆动脚座(125)上固定设有电动丝杆(127)；所述电动丝杆(127)与丝杆滑座(126)配合连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于飞机机身制造的钻铆机床，其特征在于：还包括用于放置待加工件且在第六驱动装置的驱动下可进行旋转的旋转平台(6)；所述旋转平台(6)的转动轴线垂直于地面。
6.根据权利要求4所述的一种用于飞机机身制造的钻铆机床，其特征在于：旋转平台(6)的边缘围设有辅助支撑立柱(61)；各辅助支撑立柱(61)上均垂直滑动设有至少一个辅助支撑臂(62)；所述辅助支撑臂(62)上设有可驱动其沿辅助支撑立柱(61)垂直滑动的第七驱动装置；所述辅助支撑臂(62)包括电动伸缩杆(621)和定位销轴(622)；各电动伸缩杆(621)的伸缩端向旋转平台(6)的中心延伸，各电动伸缩杆(621)的伸缩端均固定设有用于定位待加工件的定位销轴(622)。
7.根据权利要求6所述的一种用于飞机机身制造的钻铆机床，其特征在于：所述辅助支撑立柱(61)滑动设置在旋转平台(6)上，所述辅助支撑立柱(61)上设有可驱动其沿水平方向向旋转平台(6)的中心滑动的第八驱动装置。
8.根据权利要求6所述的一种用于飞机机身制造的钻铆机床，其特征在于：所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第八驱动装置均为电动丝杆驱动装置；所述第六驱动装置为蜗轮副驱动装置；所述第七驱动装置为齿轮齿条驱动装置。
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