[發明專利]一種自動化螺旋銑孔裝置及其方法

有效

• 申請號: 201210300281.3
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN102794491A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 柯臻錚;黃小東;黃浦縉;潘澤民;柯映林
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00;B23Q3/00;B23Q5/40;B23Q15/22;B23Q17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明屬于飛機數字化裝配自動化制孔領域，涉及一種自動化螺旋銑孔裝置及其方法。

背景技術

隨著航空產業迅猛發展，為了有效提高飛機的結構強度，減輕飛機結構重量，降低飛機能耗，飛機上大量使用由鋁合金、鈦合金、碳纖維復合材料（CFRP)等構成的疊層結構。由于材料可加工性能相差甚遠，采用傳統工藝在由鋁合金、鈦合金、碳纖維復合材料構成的疊層結構上制孔過程非常復雜。為了達到孔的精度要求，傳統工藝加工一個疊層結構孔需要鉆、擴和多次鉸削加工，不僅制孔效率低、自動化程度低、勞動強度大，而且由于需要鉆、擴和多次鉸削加工，制一個孔需要大量的加工刀具，所以經濟效益差。

螺旋銑孔工藝與傳統的鉆孔加工有很大的區別，其特點是刀具直徑小于孔直徑，刀具在高速旋轉的同時繞孔的中心作螺旋線進給運動，刀具切削刃間歇地切削材料完成孔加工。根據螺旋銑孔工藝的運動學特點，允許采用同一刀具加工不同直徑的孔，而且可以用圓柱形刀具加工錐孔；由其較小的制孔軸向力，可減少金屬材料毛刺形成，抑制復合材料的分層現象；刀具直徑小于孔直徑，刀具只有局部切削刃對工件進行斷續切削，有利于制孔過程中的排屑及散熱。

鑒于螺旋銑孔良好的制孔特性，尤其針對鈦合金、復合材料等難加工材料，這種新型的加工工藝逐漸在飛機制造行業得到了推廣和應用。自動化的螺旋銑孔設備可發揮螺旋銑孔加工工藝的優點，作為數字化、自動化、智能化鉆孔系統的關鍵部件，與工業機器人、數控機床等自動化數控裝備配合使用，能夠精確定位，便于自動化集成控制，形成高精度、高效率、低成本的柔性化自動制孔系統，對提升我國航空航天制造裝備業自動化水平，加快推動我國飛機數字化制造裝配的進步有著重大意義。

發明內容

本發明的目的是針對飛機大部件中鈦合金、復合材料等難加工材料，克服傳統制孔方法中容易導致復合材料加工分層和刀具損耗大的工藝缺陷和不足，提供一種自動化螺旋銑孔裝置及其方法。

自動化螺旋銑孔裝置包括底座、安裝法蘭、滾珠絲杠副、螺母座、第一伺服電機、直線導軌、輔助支撐座、防轉螺桿、過孔滑環、滑環套筒、圓光柵、圓光柵安裝盤、力矩電機、內偏心套筒、外偏心套筒、主軸滑座、電主軸、刀具、螺旋防護套、壓腳壓頭、排屑管、壓腳、工業相機、第一直線光柵、氣缸、氣缸轉接頭、第二直線光柵、第二伺服電機、同步帶、激光距離傳感器、小同步帶輪、大同步帶輪；安裝法蘭、滾珠絲杠副、第一伺服電機、氣缸、第一直線光柵、第二直線光柵和工業相機安裝在底座上，主軸滑座通過螺母座安裝在滾珠絲杠副上，滾珠絲杠副與第一伺服電機相連，第一伺服電機帶動滾珠絲杠副旋轉能推動主軸滑座沿直線導軌做進給運動，主軸滑座內部設有外偏心套筒，外偏心套筒、圓光柵安裝盤、滑環套筒通過螺栓固聯，主軸滑座外側安裝第二伺服電機，第二伺服電機通過小同步帶輪、同步帶、大同步帶輪帶動外偏心套筒旋轉，外偏心套筒內部設有內偏心套筒，力矩電機安裝在外偏心套筒和內偏心套筒之間，圓光柵安裝在圓光柵安裝盤內，力矩電機帶動內偏心套筒相對外偏心套筒旋轉，內偏心套筒內設有電主軸，電主軸上安裝刀具，過孔滑環安裝在滑環套筒上，并通過防轉螺桿與輔助支撐座相連接，輔助支撐座可隨主軸滑座在直線導軌上移動；壓腳通過氣缸轉接頭與氣缸頂桿相連，在氣缸的推動下可沿直線導軌運動，壓腳上設有四個激光距離傳感器、壓腳壓頭、排屑管和螺旋防護罩。

所述的外偏心套筒、內偏心套筒的內、外輪廓軸線間的距離為5mm。所述的第一直線光柵和第二直線光柵為絕對式直線光柵，為第一伺服電機的位置反饋元件。

自動化螺旋銑孔方法的步驟如下：

1）將自動化螺旋銑孔裝置固定在自動化數控裝備上；

2）由自動化數控裝備將自動化螺旋銑孔裝置移動到工件上預制孔的理論位置，使用安裝在底座前部的工業相機檢測預制孔的位置偏差，根據所測量的位置偏差和工件理論坐標得出實際制孔位置的坐標，再將自動化螺旋銑孔裝置移動到實際制孔位置；

3）自動化螺旋銑孔裝置移動到實際制孔位置后，由4個激光距離傳感器檢測工件表面法向，自動化數控裝備調整自動化螺旋銑孔裝置的位姿，使主軸滑座軸線與工件表面法向重合，所述的4個激光位移傳感器的安裝面呈四棱錐形；

4）氣缸通過氣缸轉接頭將壓腳推出，使壓腳壓頭壓緊工件；?

5）根據孔徑D和刀具直徑d，驅動力矩電機轉動，使內偏心套筒相對外偏心套筒轉動，調整刀具徑向偏置距離???????????????????????????????????????????????，調整完畢后，通過液壓鎖緊，保持刀具偏置距離不變，所述的刀具徑向偏置距離最大值為10mm；