CN113649952A - 一种飞机蒙皮切割装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种飞机蒙皮切割装置,用于对以金属或者复合材料为质地的圆形蒙皮、楔形蒙皮的切割,包括水箱1、水泵2、储压器3、压力控制阀4、三轴手臂5、装夹机构6、控制计算机7;水泵2抽取水箱1的水输送至储压器3,储压器3与压力控制阀4相连,压力控制阀4控制水流的射出压力,压力控制阀4与三轴手臂5相连,三轴手臂5用于形成喷射水流的射出半径、喷射角度;装夹机构6用于对被切割蒙皮的装夹、支撑、旋转,使得蒙皮被射水流切割;控制计算机7可以设定切割参数,控制蒙皮的切割。本发明利用射水流,实现蒙皮切割,不会使金属蒙皮产生内应力,也不会使切割复合材料产生扬尘。
Description
技术领域
本发明涉及飞机维修领域,具体涉及飞机蒙皮维修时的机械切割,适用于各种形状蒙皮的切割。
背景技术
长期以来,飞机损伤修理过程中蒙皮切割基本以手工操作为主,精确度低且划线较为困难。用手工划线后机务再用工具沿切割线外形进行人工切割,操作不便而且影响修理的精度和进度。在机务人员修理任务工作量大时,极易造成无法完成任务的情况。
实用新型专利(授权公告号CN205271166U)提供了一种依靠数控机床加工切割蒙皮的激光切割装置,其能有效消除蒙皮切割中产生的噪音,改善工人的工作环境、提高工作效率、降低劳动强度。然而激光切割虽然方便快捷,却会使金属蒙皮切割后产生较大内应力,减小材料寿命,隐藏很多潜在的不可控因素,这在航空运输中是极危险的。
发明专利(授权公告号CN106881740A)提供了一种飞机蒙皮机械切割装置,可以切割圆形蒙皮,同时解决了激光切割产生内应力的影响。但该装置只能切割圆形装置,机械切割对金属蒙皮影响不大,切割复合材料蒙皮会产生大量粉尘,影响环境和工作人员的健康。
实用新型专利(授权公告号CN212169148U)提供了一种飞机蒙皮切割装置,解决了人工切割边缘不直的问题,实现了自走式切割,减轻了工作人员的工作强度。但该装置同样只能切割圆形蒙皮,对于楔形蒙皮,无法实现切割。
现有技术大部分都无法对楔形蒙皮进行切割,原因在于蒙皮的楔形锐角处,在将要切割完成时极易发生变形,造成切割件损坏。在切割过程中,对蒙皮楔角的支撑是一项重要的急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题,提供一种切割金属蒙皮不会产生大的内应力,切割复合材料蒙皮不会产生大量粉尘,又可以切割楔形蒙皮的切割装置。是通过以下技术方案实现的:
一种飞机蒙皮切割装置,用于对以金属或者复合材料为质地的圆形蒙皮、楔形蒙皮的切割,包括水箱、水泵、储压器、压力控制阀、三轴手臂、装夹机构、控制计算机;所述水箱用于储存水源,水箱与水泵通过水管相连,水泵抽取水箱的水,输送至储压器;储压器用于稳定水压、为后续喷射水流提供持续的动能;储压器通过水管与压力控制阀相连,压力控制阀用于接收控制计算机的控制信号,控制水流的射出压力,并进行显示;压力控制阀通过水管与三轴手臂相连,三轴手臂用于控制喷射水流的射出半径、喷射角度;装夹机构用于对蒙皮的装夹、支撑、旋转,从而使得蒙皮被射水流切割;控制计算机的端口可以设置待切割蒙皮的底部直径、楔形角的角度,设置完成后,控制计算机控制三轴手臂的关节转动,形成相应的喷射角和喷射直径;控制计算机控制装夹机构的支撑环移动到相应的直径,对蒙皮的底部外缘进行支撑,并控制蒙皮的旋转,使蒙皮被切割成型。
进一步的,所述装夹机构包括底板、驱动轴、上装夹架、随动板、转动板、支撑外环、螺旋轴、螺旋齿轮、电机A、支撑架、旋转轴、电机B,所述底板与所述驱动轴、支撑架固接,起到支撑和稳固装夹机构的作用;驱动轴与上装夹架连接,驱动轴内部安装有电机、齿轮,可以驱动上装夹架向上移动或者向下移动,但限制上装夹架的转动自由度;上装夹架与随动板连接,上装夹架限制随动板的所有移动自由度,保留随动板绕中心轴转动的旋转自由度,使得随动板可以在切割蒙皮时随被切割蒙皮转动,又可以在夹紧或者松开被切割蒙皮时随上装夹架移动;转动板位于蒙皮下方,对蒙皮起支撑作用,协同随动板夹紧蒙皮,转动板转动时利用自身与被切割蒙皮之间的摩擦力,带动蒙皮、随动板共同转动;转动板下端固接旋转轴的上端,旋转轴与转动板共轴;旋转轴下端与底板连接,底板通过凹槽限制旋转轴的移动自由度,保留旋转轴绕轴心的转动自由度;电机B通过齿轮副或者传动链带动旋转轴转动,旋转轴进一步带动转动板、蒙皮、随动板转动;
所述旋转轴嵌套于支撑架之内,支撑架下端固定于底板之上,上部分固接电机A,电机A的主动轴上固接螺旋齿轮,螺旋齿轮与螺旋轴啮合;支撑架上端有一对固定的圆筒,螺旋轴穿过圆筒,在右侧最外端嵌套于支撑外环下部的圆孔内;螺旋轴可以在圆孔内旋转,且限制螺旋轴相对于圆孔的移动自由度,保留转动自由度;电机A通过正转或者反转,驱动螺旋轴在支撑架的圆筒内旋转,使螺旋轴沿轴线方向移动,进而使支撑外环的支撑半径变大或变小。
进一步的,所述三轴手臂的喷嘴的轴线与支撑外环的对称轴共面。
进一步的,所述支撑架的圆筒在内部有内螺纹,所述内螺纹与螺旋轴啮合,圆筒用于配合螺旋齿轮共同约束螺旋轴,使螺旋轴变旋转为沿轴线方向的稳定直线运动。
在一些实施方式中,控制计算机与水泵相连,控制水泵的抽水。
在一些实施方式中,所述控制计算机可以设定储压器压力,控制计算机与所述储压器相连,通过对比储压器的实时压力与设定压力,来反馈控制储压器的增压或者减压。
在一些实施方式中,控制计算机与所述水箱相连,实时测量、显示水箱的水量。
在一些实施方式中,压力控制阀设有压力显示表,用于靠近机器时观察水管的喷射压力。
在一些实施方式中,控制计算机的显示界面可以实时显示压力控制阀的压力,在操作控制计算机时可以参考压力控制阀的压力值进行操作。
本发明的优点:
1.本发明利用射水流,实现金属蒙皮或者复合材料蒙皮的切割,不会使金属蒙皮产生内应力,也不会使切割复合材料产生扬尘。
2.本发明利用装夹机构和三轴手臂协同作用切割蒙皮,实现不同直径、不同楔形角度蒙皮的切割。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例整体结构的示意图;
图2是本发明实施例中装夹机构的示意图;
图3是本发明实施例中三轴手臂与支撑外环的位置关系的正视图;
图4是本发明实施例中三轴手臂与支撑外环的位置关系的俯视图;
图5是支撑外环的结构示意图;
图6是螺旋轴右端的局部放大图;
图中:1-水箱;2-水泵;3-储压器;4-压力控制阀;5-三轴手臂;6-装夹机构;7-控制计算机;601-底板;602-驱动轴;603-上装夹架;604-随动板;605-蒙皮;606-转动板;607-支撑外环;608-螺旋轴;609-电机A;610-螺旋齿轮;611-支撑架;612-旋转轴;613-电机B。
具体实施方式
以下借助于6幅附图详细示意本发明的实施例。
图1示意了本发明实施例的整体结构,从图中可以看出,一种飞机蒙皮切割装置,包括水箱1、水泵2、储压器3、压力控制阀4、三轴手臂5、装夹机构6、控制计算机7;水箱1用于储存水源,水泵2抽取水箱1的水,输送至储压器3;储压器3用于稳定水压、为后续喷射水流提供持续的动能;储压器3通过水管与压力控制阀4相连,压力控制阀4接收控制计算机7的控制信号后,控制水流的射出压力,并进行显示;压力控制阀4通过水管与三轴手臂5相连,三轴手臂5用于控制喷射水流的射出半径、喷射角度;装夹机构6用于对蒙皮605的装夹、支撑、旋转,从而使得蒙皮605被射水流切割;控制计算机7的交互端口可以设置待切割蒙皮605的底部直径、楔形角的角度,设置完成后,控制计算机7控制三轴手臂5的关节转动,形成相应的喷射角和喷射直径;随后通过控制装夹机构6的电机A,驱动支撑外环607移动到相应的直径,对蒙皮605的底部外缘进行支撑,再通过电机B 613驱动待切割蒙皮605旋转,使蒙皮605被切割。
图2示意了本发明实施例中装夹机构6的结构,所述装夹机构6包括底板601、驱动轴602、上装夹架603、随动板604、转动板606、支撑外环607、螺旋轴608、电机A609、螺旋齿轮610、支撑架611、旋转轴612、电机B 613,所述底板601与所述驱动轴602、支撑架611固接,起到支撑和稳固装夹机构6的作用;驱动轴602与上装夹架603连接,驱动轴602内部安装有电机、齿轮,可以驱动上装夹架603向上移动或者向下移动,但限制上装夹架603的转动自由度;上装夹架603与随动板604连接,上装夹架603限制随动板604的所有移动自由度,保留随动板604绕中心轴转动的旋转自由度,使得随动板604可以在切割蒙皮605时随蒙皮605转动,又可以在夹紧或者松开蒙皮605时随上装夹架603移动;转动板606位于被切割的蒙皮605下方,对蒙皮605起支撑作用,并协同随动板604夹紧被切割蒙皮605,转动板606转动时利用自身与蒙皮605、蒙皮605与随动板604之间的摩擦力,带动蒙皮605、随动板604共同转动;转动板606下端固接旋转轴612的上端,旋转轴612与转动板606共轴;旋转轴612下端与底板601连接,底板601通过凹槽限制旋转轴612的移动自由度,保留旋转轴612绕轴心的转动自由度;电机B 613通过齿轮副带动旋转轴612转动,旋转轴612进一步带动转动板606、蒙皮605、随动板604转动;
旋转轴612嵌套于支撑架611之内,支撑架611下端固定于底板601之上,上部分固接电机A609,电机A609的主动轴上固接螺旋齿轮610,螺旋齿轮610与螺旋轴608啮合;支撑架611上端有一对固定的圆筒,螺旋轴608穿过圆筒,在右侧最外端嵌套于支撑外环607下部的圆孔内;螺旋轴608可以在圆孔内旋转,且限制螺旋轴608相对于圆孔的全部移动自由度,保留旋转自由度;电机A 609通过正转或者反转,驱动螺旋轴608在支撑架611的圆筒内旋转,使螺旋轴608沿轴线方向移动,进而使支撑外环607的支撑半径变大或变小。
图3是三轴手臂5与支撑外环607位置关系的正视图,由图可知,三轴手臂5的喷嘴的喷射方向为支撑外环607上端面的外缘处,喷嘴喷出的射水流沿支撑外环607的上端面外边缘将多余的蒙皮材料切除;图4是三轴手臂5与支撑外环607位置关系的俯视图;由图可知,三轴手臂5的喷嘴的轴线与支撑外环607的对称轴共面,以此来保证喷嘴喷射的水流射向支撑外环607的对称处;综合图3和图4可知,射水流喷向支撑外环607上端面外边缘的对称处,蒙皮在此点被切割,随着蒙皮转动,圆形或者楔形蒙皮被切割完成。
图5是支撑外环607的结构示意图,从图中可知,支撑外环607的结构分为上下两部分,上部分为一段支撑圆弧,下部分为两个圆孔,且圆孔内均含有环形的凹槽;支撑外环607关于中心对称面对称,而且圆孔轴线至支撑圆弧上端面的垂直距离与支撑架中圆筒轴线至转动板606上端面的垂直距离相等,以此来保证支撑外环的上端面与转动板的上端面在同一水平面。
图6是螺旋轴608右端的局部放大图,螺旋轴608右端为圆柱形的凸台,凸台大小与支撑外环607圆孔内的凹槽相等;所述凸台装入所述凹槽内,以此来限制螺旋轴608相对于支撑外环607的移动自由度,又不影响螺旋轴608相对于支撑外环607的自由转动。
工作时,工作人员打开控制计算机7,控制计算机7的操作界面显示当前水箱1的水量、压力控制阀4的压力,根据当前显示的参考值,工作人员决定是否补充水源和设定工作压力;该设定完成后,工作人员继续设定蒙皮的上端面直径和下端面直径,控制计算机7根据上端面直径和下端面直径,计算楔形角的角度,控制三轴手臂5形成对应的喷射角和喷射直径;再控制电机A 609转动,使螺旋轴608沿轴线移动,直至支撑外环607移动到设定的下端面直径;接着,在控制计算机7的操作界面确定开始装夹,控制计算机7操纵上装夹架603向上移动,移动停止后,工作人员放入蒙皮605;然后在交互界面确定开始切割,控制计算机7控制上装夹架603向下移动,使随动板604夹紧蒙皮605;随后,控制计算机7给电机B 613通电,电机B 613通过齿轮副或者传动链驱动旋转轴612转动,旋转轴612再带动转动板606、蒙皮605、随动板604共同旋转;三轴手臂5的喷嘴喷射水流,随着蒙皮605转动,圆形或者楔形蒙皮被切割成型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:包括水箱(1)、水泵(2)、储压器(3)、压力控制阀(4)、三轴手臂(5)、装夹机构(6)、控制计算机(7);水箱(1)用于储存水源,水泵(2)抽取水箱(1)的水,输送至储压器(3);储压器(3)用于稳定水压、为后续喷射水流提供持续的动能;储压器(3)通过水管与压力控制阀(4)相连,压力控制阀(4)根据控制计算机(7)的控制信号,控制水流的射出压力,并进行显示;压力控制阀(4)通过水管与三轴手臂(5)相连,三轴手臂(5)用于控制喷射水流的射出半径、喷射角度;装夹机构(6)用于对蒙皮(605)的装夹、支撑、旋转,从而使得蒙皮(605)被射水流切割;控制计算机(7)的交互界面可以设置待切割蒙皮(605)的底部直径、楔形角的角度,设置完成后,控制计算机(7)控制三轴手臂(5)的关节转动,形成相应的喷射角和喷射直径;随后通过控制装夹机构(6)的电机A(609),驱动支撑外环(607)移动到相应的直径,对蒙皮(605)的底部外缘进行支撑,再通过电机B(613)驱动待切割蒙皮(605)旋转,使蒙皮(605)被切割。
2.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:所述装夹机构包括底板(601)、驱动轴(602)、上装夹架(603)、随动板(604)、转动板(606)、支撑外环(607)、螺旋轴(608)、电机A(609)、螺旋齿轮(610)、支撑架(611)、旋转轴(612)、电机B(613),所述底板(601)与所述驱动轴(602)、支撑架(611)固接,起到支撑和稳固装夹机构(6)的作用;驱动轴(602)与上装夹架(603)连接,驱动轴(602)内部安装有电机、齿轮,可以驱动上装夹架(603)向上移动或者向下移动,但限制上装夹架(603)的转动自由度;上装夹架(603)与随动板(604)连接,上装夹架(603)限制随动板(604)的所有移动自由度,保留随动板(604)绕中心轴转动的旋转自由度,使得随动板(604)可以在切割蒙皮(605)时随蒙皮(605)转动,又可以在夹紧或者松开蒙皮(605)时随上装夹架(603)移动;转动板(606)位于蒙皮(605)下方,对蒙皮(605)起支撑作用,协同随动板(604)夹紧蒙皮(605),转动板(606)转动时利用自身与蒙皮(605)、蒙皮(605)与随动板(604)之间的摩擦力,带动蒙皮(605)、随动板(604)共同转动;转动板(606)下端面与旋转轴(612)的上端面固接,且旋转轴(612)与转动板(606)共轴;旋转轴(612)下端与底板(601)连接,底板(601)通过凹槽限制旋转轴(612)的移动自由度,保留旋转轴(612)绕轴心的转动自由度;电机B(613)通过齿轮副或者传动链带动旋转轴(612)转动,旋转轴(612)进一步带动转动板(606)、蒙皮(605)、随动板(604)转动;
旋转轴(612)嵌套于支撑架(611)之内,支撑架(611)下端固定于底板(601)之上,上部分固接电机A(609),电机A(609)的主动轴上固接螺旋齿轮(610),螺旋齿轮(610)与螺旋轴(608)啮合;支撑架(611)上端有一对固定的圆筒,螺旋轴(608)穿过圆筒,在右侧最外端嵌套于支撑外环(607)下部的圆孔内;限制螺旋轴(608)相对于圆孔的移动自由度,保留转动自由度;电机A(609)通过正转或者反转,驱动螺旋轴(608)在支撑架(611)的圆筒内旋转,使螺旋轴(608)沿轴线方向移动,进而使支撑外环(607)的支撑半径变大或变小。
3.根据权利要求2所述的一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:所述支撑架(611)的圆筒在内部有内螺纹,所述内螺纹与螺旋轴(608)啮合,圆筒用于配合螺旋齿轮(610)共同约束螺旋轴(608),使螺旋轴(608)变旋转为沿轴线方向的稳定直线运动。
4.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:所述三轴手臂(5)的喷嘴的轴线与支撑外环(607)的对称轴共面。
5.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:所述控制计算机(7)与所述水泵(2)相连,用以控制水泵(2)的抽水。
6.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:所述控制计算机(7)可以设定储压器(3)压力,控制计算机(7)与所述储压器(3)相连,通过对比储压器(3)实时压力与设定压力,来反馈控制储压器(3)的增压或者减压。
7.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:所述控制计算机(7)与所述水箱(1)相连,实时测量、显示水箱(1)的水量。
8.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:所述压力控制阀(4)设有压力显示表,用于靠近机器时观察水管的喷射压力。
9.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮切割装置,其特征在于:所述控制计算机(7)的显示界面可以实时显示压力控制阀(4)的压力,在操作控制计算机(7)时可以参考压力控制阀(4)的压力值进行操作。
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