CN111014788A - 飞机钛合金蒙皮切割工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机钛合金蒙皮切割工具及方法，所述飞机钛合金蒙皮切割工具包括底座、设置于所述底座的吸盘定位组件以及直线进给装置，所述飞机钛合金蒙皮切割工具还包括通过所述直线进给装置能够直线运动地安装于所述底座的夹具，所述夹具装夹有铣削装置，所述底座具有直线运动导向结构，所述夹具具有可滑动地卡装于所述直线运动导向结构的滑动结构，所述直线进给装置包括与所述夹具配合接触并且用于驱动所述夹具在所述直线运动导向结构中进行直线运动的丝杠螺母机构。该飞机钛合金蒙皮切割工具旨在解决现有技术中的切割方法存在效率低、适用性差的技术问题。

Description

飞机钛合金蒙皮切割工具及方法

技术领域

本发明涉及飞机钛合金蒙皮切割技术领域，尤其涉及一种飞机钛合金蒙皮切割工具及方法。

背景技术

军用飞机受到打击后，飞机机体特别是蒙皮易产生各种撕裂状带尖角的孔洞等损伤，会破坏飞机的气动性能，降低其结构强度。随着钛合金和高强度钢在新型战机机体结构上的大量应用，对飞机钛合金蒙皮的创口切割提出了挑战：钛合金材料切削性能差、切削抗力大，使得以尖齿刮削方式的铝合金蒙皮抢修工具难以切割钛合金蒙皮。如果采用手持气钻的划线-连续钻孔-移除—挫修的手工开孔方法，则因钛合金导热性差，造成钻头磨损严重，操作费事费力。

目前，针对飞机钛合金蒙皮破孔损伤的高能切割技术主要有等离子、激光和水刀等，但其使用受到野外环境和战场能源供给的制约，且原位切割中无法保证飞机整体及临近构件的安全，并不适应于战伤抢修使用。

现有技术中的切割技术存在如下缺陷：

(1)采用通用工具的切割方法

采用气钻连续钻孔方法，即采取在破孔处划线——沿着所画线连续钻孔一周——敲击取下多余蒙皮——对毛边进行挫修。该方法可用于铝合金蒙皮，用于钛合金蒙皮切割时，因钛合金钻削力大、钻头磨损严重，费力且效率低。

(2)采用专用工具的切割方法

利用丝杠带动的偏心机构控制切孔直径，利用手操作的回转机构进行破孔切削。该方法只能切割圆孔，不能切割圆角矩形孔。

(3)采用等离子、激光等高能切割方法

手工切割时形状控制较为困难，采用机械手等自动化装置不适合于野外、战伤抢修等恶劣环境中使用；高能切割时无法保证临近部位结构安全，不适合于原位修理使用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于此，本发明提出了一种飞机钛合金蒙皮切割工具，该飞机钛合金蒙皮切割工具旨在解决现有技术中的切割方法存在效率低、适用性差的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出了一种飞机钛合金蒙皮切割工具，其中，所述飞机钛合金蒙皮切割工具包括底座、设置于所述底座的吸盘定位组件以及直线进给装置，所述飞机钛合金蒙皮切割工具还包括通过所述直线进给装置能够直线运动地安装于所述底座的夹具，所述夹具装夹有铣削装置，所述底座具有直线运动导向结构，所述夹具具有可滑动地卡装于所述直线运动导向结构的滑动结构，所述直线进给装置包括与所述夹具配合接触并且用于驱动所述夹具在所述直线运动导向结构中进行直线运动的丝杠螺母机构。

优选地，所述直线运动导向结构为卡槽，所述滑动结构为可滑动地卡装在所述卡槽中的第一卡头和第二卡头，所述第一卡头和第二卡头彼此间隔，所述丝杠螺母机构包括设置在所述第一卡头和第二卡头之间的螺母以及与所述螺母螺纹连接的丝杠，所述螺母被沿所述丝杠的旋转方向限位，所述第一卡头和第二卡头分别具有供所述丝杠穿过的通孔。

优选地，所述螺母为方形螺母，且所述方形螺母的两个相背离的侧面分别与所述夹具的外表面和所述卡槽的底面接触，以被所述夹具和所述卡槽沿所述丝杠的旋转方向限位。

优选地，所述第一卡头和第二卡头分别为燕尾形卡头，所述卡槽为燕尾形开槽。

优选地，所述第一卡头和第二卡头各自的斜面与所述卡槽之间接触安装有楔形镶条。

优选地，所述底座在所述卡槽的一端设置有轴承座，所述轴承座中设置有轴承，所述丝杠可转动地安装在所述轴承中并且所述丝杠的端部连接有手轮。

优选地，所述夹具包括通过螺纹紧固件可拆卸地连接的第一半箍和第二半箍，所述铣削装置装夹于所述第一半箍和第二半箍之间，滑动结构连接于所述第二半箍。

优选地，所述吸盘定位组件包括连接轴以及连接于所述连接轴的吸盘，所述连接轴的一端插入所述底座并通过锁紧螺母固定于所述底座，所述连接轴的另一端插入所述吸盘并通过插销与所述吸盘可相对转动地连接。

此外，本发明提供一种所述的飞机钛合金蒙皮切割工具的切割方法，所述方法包括步骤：

a、对需要切割成圆角矩形的破孔进行划线以划出矩形，划线时应至少选择1个破孔边缘与所述矩形的一个边重合；

b、待吸盘定位组件固定至飞机蒙皮上的正确位置，使所述铣削装置的铣刀起刀运行，起刀点是位于所述破孔中的最靠近划线边缘处的位置；调节所述直线进给装置控制所述铣削装置直线进给，依次沿所述矩形的四边进行切割，每次换向时提起吸盘定位组件使所述吸盘定位组件与飞机蒙皮分离，然后调整吸盘定位组件安装位置，保证走刀方向与划线一致后，再次将吸盘定位组件固定至飞机蒙皮上的正确位置。

此外，本发明提供一种所述的飞机钛合金蒙皮切割工具的切割方法，所述方法包括步骤：

a、划线确定切割范围：如果有需要切割成长圆孔的破孔时，首先将损伤处的飞边剪下，再按照下述方法划线：确定长圆孔两端圆形的直径以及两端圆形之间的圆心距，划画长圆孔形；

b、采用圆孔切割工具，起刀点是位于所述破孔中的最靠近划线边缘处的位置，切割出两端圆孔；

c、将所述铣削装置侧面对准两端圆形对应的第一条切线位置，按照划线方向找正直线行程切割第一条直线，将所述铣削装置侧面对准两端圆形对应的第二条切线位置，按照划线方向找正直线行程切割第二条直线，完成长圆孔切削。

(三)有益效果

本发明与现有技术对比，本发明的有益效果包括：

直线进给装置通过丝杠螺母机构实行直线进给，方便实现铣削装置的工作时的直线进给，利用吸盘定位组件方便将飞机钛合金蒙皮切割工具固定至在一定曲率的表面(尤其是带曲率飞机钛合金蒙皮)上，利用吸盘定位组件还可以体抵抗切削力，该飞机钛合金蒙皮切割工具能高效地进行飞机蒙皮切割工作，方便携带、方便固定，适用性强。

本发明的其他有益效果将在下文的具体实施方式中说明。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施方式的飞机钛合金蒙皮切割工具的主视图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明实施方式的飞机钛合金蒙皮切割工具的俯视图；

图4为图3中A处的放大图；

图5为本发明实施方式的第二半箍的侧剖视图；

图6为本发明实施方式的第一种飞机钛合金蒙皮切割工具的切割方法的示意图。

附图标记说明：

1、底座，2、气动铣削马达，3、铣刀夹头，4、卡槽，5、第一卡头，6、第二卡头，7、螺母，8、丝杠，9、楔形镶条，10、轴承座，11、轴承，12、手轮，13、第一半箍，14、第二半箍，15、连接轴，16、吸盘，17、插销，18、锁紧螺母，19、手柄，20、铣刀，21、矩形，22、破孔，23、圆角矩形孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参见图1至图4，本本发明公开了一种飞机钛合金蒙皮切割工具，其中，飞机钛合金蒙皮切割工具包括底座1、设置于底座1的吸盘定位组件以及直线进给装置，飞机钛合金蒙皮切割工具还包括通过直线进给装置能够直线运动地安装于底座1的夹具，夹具装夹有铣削装置，铣削装置具体可以包括气动铣削马达2、马达主轴、铣刀夹头3和消音器等构成，铣刀20被铣刀夹头3紧固在马达主轴上，底座1具有直线运动导向结构，夹具具有可滑动地卡装于直线运动导向结构的滑动结构，直线进给装置包括与夹具配合接触并且用于驱动夹具在直线运动导向结构中进行直线运动的丝杠螺母机构。

正如前面提到的，直线进给装置通过丝杠螺母机构实行直线进给，方便实现铣削装置的工作时的直线进给，利用吸盘定位组件方便将飞机钛合金蒙皮切割工具固定至在一定曲率的表面(尤其是带曲率飞机钛合金蒙皮)上，利用吸盘定位组件还可以体抵抗切削力，该飞机钛合金蒙皮切割工具能高效地进行飞机蒙皮切割工作，方便携带、方便固定，适用性强，本发明提供的飞机钛合金蒙皮切割工具尤其适合用于军用飞机的结构维修和战伤抢修领域，可在这些装备的蒙皮表面损伤处实现便捷、快速的圆角矩形孔原位切割。该方法及其工具还可应用于高铁、等大型装备的锈蚀、裂纹的维修切割，也可应用于缺乏大型机床的中小金属加工企业钣金车间实现对大型薄壁钢板的开孔切割，但本发明不限于此，只要使用了本发明提供的飞机钛合金蒙皮切割工具，不管应用于何种领域，都将落入本发明的保护范围。

根据本发明的具体实施方式，直线运动导向结构为卡槽4，滑动结构为可滑动地卡装在卡槽4中的第一卡头5和第二卡头6，第一卡头5和第二卡头6彼此间隔，丝杠螺母机构包括设置在第一卡头5和第二卡头6之间的螺母7以及与螺母7螺纹连接的丝杠8，螺母7被沿丝杠8的旋转方向限位，第一卡头5和第二卡头6分别具有供丝杠8穿过的通孔。螺母7为方形螺母，且方形螺母的两个相背离的侧面分别与夹具的外表面和卡槽4的底面接触，以被夹具和卡槽4沿丝杠8的旋转方向限位。第一卡头5和第二卡头6分别为燕尾形卡头(可以参见图5中的第一卡头5)，卡槽4为燕尾形开槽。当然，本发明并不限于此，采用其他合适的卡合方式也是可以的。

此外，第一卡头5和第二卡头6各自的斜面与卡槽4之间接触安装有楔形镶条9，楔形镶条9的材料为铜质，用于消除燕尾形卡头和燕尾形开槽之间的间隙。

优选地，底座1在卡槽4的一端设置有轴承座10，轴承座10中设置有轴承11，丝杠8可转动地安装在轴承11中并且丝杠8的端部连接有手轮12，方便摇动丝杠8。

根据本发明的具体实施方式，夹具包括通过螺纹紧固件(例如四个螺钉)可拆卸地连接的第一半箍13和第二半箍14，铣削装置装夹于第一半箍13和第二半箍14之间，滑动结构连接于第二半箍14，第一半箍13和第二半箍14用于将铣削装置中的气动铣削马达2夹持。

根据本发明的具体实施方式，吸盘定位组件包括连接轴15以及连接于连接轴15的吸盘16，连接轴15的一端插入底座1并通过锁紧螺母18固定于底座1，连接轴15的另一端插入吸盘16并通过插销17与吸盘16可相对转动地连接，更具体的方案(但并不用于限制本发明)为：底座1为中间凹陷结构形式，上下45°斜面和长侧面上有3个螺纹孔用于连接吸盘16，连接轴15一端有螺纹，其规格与底座1侧面的螺纹孔规格相同，另一端径向孔可与插销17间隙配合。插销17一端为有凸缘的光轴，可插入连接轴15的小孔中，另一端有凹槽，通过卡簧卡入凹槽可防止插销17脱落。吸盘16为无源真空吸盘，直径为120mm，吸盘16可绕插销17适度旋转以使用蒙皮表面曲率，在确保吸盘16胶片充分与蒙皮表面接触后，搬动吸盘16的吸附手柄19即可将底座1牢固安装在带有曲率的飞机蒙皮表面。

本发明提供的飞机钛合金蒙皮切割工具可以用于但不限于用于圆角矩形切割和长圆孔切割，具体可以通过本发明提供的如下方法实现：

参见图6，一种飞机钛合金蒙皮切割工具的切割方法，方法包括步骤：

a、对需要切割成圆角矩形的破孔22进行划线以划出矩形21，划线时应至少选择1个破孔22边缘与矩形21的一个边重合；

b、待吸盘定位组件固定至飞机蒙皮上的正确位置，使铣削装置的铣刀20起刀运行，起刀点是位于破孔22中的最靠近划线边缘处的位置；调节直线进给装置控制铣削装置直线进给，依次沿矩形21的四边进行切割，最终切割出圆角矩形孔23，每次换向时提起吸盘定位组件使吸盘定位组件与飞机蒙皮分离，然后调整吸盘定位组件安装位置，保证走刀方向与划线一致后，再次将吸盘定位组件固定至飞机蒙皮上的正确位置。

一种飞机钛合金蒙皮切割工具的切割方法(未图示，但容易理解)，方法包括步骤：

a、划线确定切割范围：如果有需要切割成长圆孔的破孔时，首先将损伤处的飞边剪下，再按照下述方法划线：确定长圆孔两端圆形的直径以及两端圆形之间的圆心距，划画长圆孔形；

b、采用圆孔切割工具，起刀点是位于破孔中的最靠近划线边缘处的位置，切割出两端圆孔；

c、将铣削装置侧面对准两端圆形对应的第一条切线位置，按照划线方向找正直线行程切割第一条直线，将铣削装置侧面对准两端圆形对应的第二条切线位置，按照划线方向找正直线行程切割第二条直线，完成长圆孔切削。

注意事项：(a)为简化划线，两端可画直线；(b)两圆孔切割时，可仅切割半个圆弧，以节省工作量；(c)直线切割前需找正切割方向，找正后再压合吸盘16锁紧直线切割装置(即本发明提供的飞机钛合金蒙皮切割工具)。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种飞机钛合金蒙皮切割工具，其特征在于，所述飞机钛合金蒙皮切割工具包括底座、设置于所述底座的吸盘定位组件以及直线进给装置，所述飞机钛合金蒙皮切割工具还包括通过所述直线进给装置能够直线运动地安装于所述底座的夹具，所述夹具装夹有铣削装置，所述底座具有直线运动导向结构，所述夹具具有可滑动地卡装于所述直线运动导向结构的滑动结构，所述直线进给装置包括与所述夹具配合接触并且用于驱动所述夹具在所述直线运动导向结构中进行直线运动的丝杠螺母机构。

2.根据权利要求1所述的飞机钛合金蒙皮切割工具，其特征在于，所述直线运动导向结构为卡槽，所述滑动结构为可滑动地卡装在所述卡槽中的第一卡头和第二卡头，所述第一卡头和第二卡头彼此间隔，所述丝杠螺母机构包括设置在所述第一卡头和第二卡头之间的螺母以及与所述螺母螺纹连接的丝杠，所述螺母被沿所述丝杠的旋转方向限位，所述第一卡头和第二卡头分别具有供所述丝杠穿过的通孔。

3.根据权利要求2所述的飞机钛合金蒙皮切割工具，其特征在于，所述螺母为方形螺母，且所述方形螺母的两个相背离的侧面分别与所述夹具的外表面和所述卡槽的底面接触，以被所述夹具和所述卡槽沿所述丝杠的旋转方向限位。

4.根据权利要求2所述的飞机钛合金蒙皮切割工具，其特征在于，所述第一卡头和第二卡头分别为燕尾形卡头，所述卡槽为燕尾形开槽。

5.根据权利要求2所述的飞机钛合金蒙皮切割工具，其特征在于，所述第一卡头和第二卡头各自的斜面与所述卡槽之间接触安装有楔形镶条。

6.根据权利要求2所述的飞机钛合金蒙皮切割工具，其特征在于，所述底座在所述卡槽的一端设置有轴承座，所述轴承座中设置有轴承，所述丝杠可转动地安装在所述轴承中并且所述丝杠的端部连接有手轮。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的飞机钛合金蒙皮切割工具，其特征在于，所述夹具包括通过螺纹紧固件可拆卸地连接的第一半箍和第二半箍，所述铣削装置装夹于所述第一半箍和第二半箍之间，滑动结构连接于所述第二半箍。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的飞机钛合金蒙皮切割工具，其特征在于，所述吸盘定位组件包括连接轴以及连接于所述连接轴的吸盘，所述连接轴的一端插入所述底座并通过锁紧螺母固定于所述底座，所述连接轴的另一端插入所述吸盘并通过插销与所述吸盘可相对转动地连接。

9.一种根据权利要求1至8中任意一项所述的飞机钛合金蒙皮切割工具的切割方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

a、对需要切割成圆角矩形的破孔进行划线以划出矩形，划线时应至少选择1个破孔边缘与所述矩形的一个边重合；

b、待吸盘定位组件固定至飞机蒙皮上的正确位置，使所述铣削装置的铣刀起刀运行，起刀点是位于所述破孔中的最靠近划线边缘处的位置；调节所述直线进给装置控制所述铣削装置直线进给，依次沿所述矩形的四边进行切割，每次换向时提起吸盘定位组件使所述吸盘定位组件与飞机蒙皮分离，然后调整吸盘定位组件安装位置，保证走刀方向与划线一致后，再次将吸盘定位组件固定至飞机蒙皮上的正确位置。

10.一种根据权利要求1至8中任意一项所述的飞机钛合金蒙皮切割工具的切割方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

a、划线确定切割范围：如果有需要切割成长圆孔的破孔时，首先将损伤处的飞边剪下，再按照下述方法划线：确定长圆孔两端圆形的直径以及两端圆形之间的圆心距，划画长圆孔形；

b、采用圆孔切割工具，起刀点是位于所述破孔中的最靠近划线边缘处的位置，切割出两端圆孔；

c、将所述铣削装置侧面对准两端圆形对应的第一条切线位置，按照划线方向找正直线行程切割第一条直线，将所述铣削装置侧面对准两端圆形对应的第二条切线位置，按照划线方向找正直线行程切割第二条直线，完成长圆孔切削。

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