本發(fā)明涉及飛機數(shù)字化裝配自動化制孔領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于飛機機身自動適應(yīng)蒙皮曲率變化的弧形軌制孔設(shè)備及使用方法。

背景技術(shù)：

飛機裝配是飛機制造過程中的主要環(huán)節(jié)，飛機裝配工作量約占整個飛機制造工作量的40％～50％，裝配工作量主要以制孔、锪窩和鉚接為主。飛機大部件的精確制孔問題一直以來都是航空制造業(yè)的一個棘手問題，迄今還沒有一個適用于多種結(jié)構(gòu)部件的完全令人滿意的解決方案。

以大飛機機身對接段裝配為例，在對接段環(huán)形區(qū)域，加工孔的數(shù)量巨大，隨著飛機結(jié)構(gòu)材料中復(fù)合材料、鈦合金等難加工材料比重大幅上升，制孔工作量也迅速增加，并且在一些情況下制孔區(qū)域的工作空間還會受到限制。在機身對接段環(huán)形區(qū)域的制孔工作中，若采用傳統(tǒng)的人工制孔方式，工人的勞動強度大，制孔質(zhì)量無法保證，制孔效率低；若采用機器人制孔方式，由于飛機外形尺寸大，飛機機身結(jié)構(gòu)和工裝的約束，使得制孔設(shè)備工作空間受限，機器人可達(dá)工作空間無法覆蓋全部環(huán)形制孔區(qū)域。

在這個背景下，國外首先提出并發(fā)展了柔性軌道自動制孔技術(shù)。波音公司首先開發(fā)了大型飛機機身段對接區(qū)域柔性軌道自動制孔設(shè)備，該設(shè)備通過安裝于導(dǎo)軌上的真空吸盤，直接吸附在飛機等值段機身曲面上進(jìn)行自動制孔，安裝于導(dǎo)軌上的輕便制孔執(zhí)行器可一次性完成鉆孔和锪窩功能。該設(shè)備適用于等值段飛機機身表面制孔加工，具有重量輕、效率高、靈活方便以及自動化程度高等特點，取消了大型制孔及定位設(shè)備的介入，降低了飛機裝配的制造成本，縮短了制孔周期。但由于柔性軌道采用真空吸盤與機身蒙皮吸附的定位方式，制孔執(zhí)行器重量輕，導(dǎo)致系統(tǒng)整體剛度較差，加工穩(wěn)定性不足。除此之外，該柔性軌道自動制孔設(shè)備不能適應(yīng)機身曲率變化大的曲面。

目前，我國飛機機身段裝配過程中的連接裝配與國外差距較大，仍以手工鉆鉚為主，質(zhì)量穩(wěn)定性較差，成本高，制孔效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服現(xiàn)有機身段對接裝配過程中的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種用于飛機機身段弧形軌制孔設(shè)備及使用方法，適用于機身對接裝配中連接區(qū)域的一次性完成孔位的鉆孔、锪窩等功能。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：

本發(fā)明提供一種用于飛機機身段弧形軌制孔設(shè)備，其特點在于，其包括用于繞置在飛機機身外的左右兩個半圓形軌道模塊和左右兩個水平底座；

每一水平底座上均固定有一水平直線導(dǎo)軌和一X軸驅(qū)動組件，該左右兩個半圓形軌道模塊分別通過對應(yīng)的水平直線導(dǎo)軌安裝在對應(yīng)的水平底座上，該X軸驅(qū)動組件與置于該水平底座上的滾珠絲桿副相連接，該滾珠絲桿副與該半圓形軌道模塊相連接，該左右兩個半圓形軌道模塊沿飛機展向?qū)ΨQ面靠近或遠(yuǎn)離、且靠近對合后形成一個整圓圓形軌道模塊；

在該整圓圓形軌道模塊上設(shè)置有一用于在該整圓圓形軌道模塊上作圓周運動以完成對機身待制孔區(qū)域的制孔操作的自動制孔單元。

在本發(fā)明中，采用多軸數(shù)控驅(qū)動該自動制孔單元，該自動制孔單元可以在該整圓圓形軌道模塊上運動，可以實現(xiàn)機身圓周方向分布孔位進(jìn)行自動制孔，并具有锪窩的功能。

較佳地，該自動制孔單元包括Y軸驅(qū)動組件、B軸驅(qū)動組件、Z1軸驅(qū)動組件、Z2軸驅(qū)動組件、中間托板、電主軸、A軸驅(qū)動組件、快換刀柄、刀具、執(zhí)行器托板、Y軸底座、X1軸底座、X1軸驅(qū)動組件和底座滾輪；

該X1軸底座通過該底座滾輪安裝于該整圓圓形軌道模塊上，該X1軸驅(qū)動組件固定于該X1軸底座的頂端，該Y軸底座固定于該X1軸底座上，且該Y軸底座與該X1軸底座轉(zhuǎn)動配合，該A軸驅(qū)動組件和該執(zhí)行器托板安裝于該Y軸底座上，且該執(zhí)行器托板與該Y軸底座滾動配合，該執(zhí)行器托板上設(shè)有執(zhí)行器和該Y軸驅(qū)動組件、該B軸驅(qū)動組件，該執(zhí)行器托板上安裝有中間托板，該Z1軸驅(qū)動組件、該Z2軸驅(qū)動組件和該電主軸均安裝在該中間托板上，該刀具通過該快換刀柄安裝于該電主軸上；

該X1軸驅(qū)動組件用于驅(qū)動該X1軸底座沿該整圓圓形軌道模塊做X1向運動；

該A軸驅(qū)動組件用于驅(qū)動該Y軸底座繞A軸轉(zhuǎn)動；

該Y軸驅(qū)動組件用于驅(qū)動該執(zhí)行器托板沿該Y軸底座作Y向直線運動，該Y向直線垂直于該A軸；

該B軸驅(qū)動組件用于驅(qū)動該中間托板繞B軸做旋轉(zhuǎn)運動，該B軸與該Y向直線平行；

該Z2軸驅(qū)動組件用于驅(qū)動該中間托板沿著Z2軸方向做直線運動，該Z2軸垂直于該Y向直線和該A軸；

該Z1軸驅(qū)動組件用于驅(qū)動該電主軸沿Z1軸方向做直線運動，該Z1軸與該Z2軸平行。

較佳地，該X1軸驅(qū)動組件包括X1軸伺服電機和位于該X1軸伺服電機的輸出軸上的X1軸齒輪。

較佳地，每一半圓形軌道模塊上設(shè)有引導(dǎo)該自動制孔單元移動的弧形齒條，該X1軸齒輪與該弧形齒條相嚙合。

較佳地，每一半圓形軌道模塊包括一剛性圓弧形框架和一置于該剛性圓弧形框架上的圓弧導(dǎo)軌副，該圓弧導(dǎo)軌副由多段圓弧形線性軌道拼接而成，該自動制孔單元與該圓弧導(dǎo)軌副滾動配合，該自動制孔單元通過該圓弧導(dǎo)軌副安裝于該剛性圓弧形框架上。

本發(fā)明還提供一種用于飛機機身段弧形軌制孔設(shè)備的使用方法，其特點在于，其包括以下步驟：

S1、該左右兩個半圓形軌道模塊沿展向退開，飛機機身吊裝、調(diào)姿、對接進(jìn)入制孔區(qū)域；

S2、該左右兩個半圓形軌道模塊沿展向?qū)希纬梢粋€整圓圓形軌道模塊，準(zhǔn)備制孔；

S3、該自動制孔單元安裝在該整圓圓形軌道模塊上，并沿該整圓圓形軌道模塊滑動以完成整個飛機機身的制孔任務(wù)；

S4、完成制孔工作，該左右兩個半圓形軌道模塊沿展向退開，飛機機身出架。

在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

1)適應(yīng)性好，可以應(yīng)用雙曲面機身；

2)可以滿足飛機機身特別是機身段對接區(qū)大范圍自動制孔的加工要求；

3)可以滿足孔位置精度、锪窩深度、表面粗糙度和孔徑尺寸精度的設(shè)計要求；

4)鉆孔锪窩加工范圍可以覆蓋整個機身段周向區(qū)域，工作效率高；

5)具有維護(hù)方便，人工干預(yù)小，自動化程度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明較佳實施例的飛機機身弧形軌制孔設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為圖1的局部放大圖。

圖3為本發(fā)明較佳實施例的自動制孔單元的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明針對我國飛機裝配的現(xiàn)狀以及國外柔性軌道設(shè)備剛度不足的缺點，發(fā)明了飛機機身弧形軌制孔方法，該方法可以適用于雙曲面機身型面，定位精度高，一次安裝可完成機身部分環(huán)形區(qū)域內(nèi)的全部制孔任務(wù)，特別適合機身段對接裝配中連接區(qū)域的制孔；同時，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，人工干預(yù)小,自動化程度高。綜合看來，大型飛機機身弧形軌道制孔方法在自動化精密制孔方面有著突破性的意義，對提升我國航空航天制造裝備業(yè)自動化水平有著重大意義。

如圖1-3所示，本實施例提供一種飛機機身弧形軌制孔設(shè)備，采用多軸數(shù)控驅(qū)動自動制孔單元7，自動制孔單元7可以在圓形軌道上運動，制孔設(shè)備可以實現(xiàn)圓周方向上自動制孔，并具有锪窩的功能。

如圖1所示，本實施例的制孔設(shè)備包括：用于繞置在飛機機身外的左右兩個半圓形軌道模塊5和左右兩個水平底座1；每一水平底座1上均固定有一水平直線導(dǎo)軌2和一X軸驅(qū)動組件，該左右兩個半圓形軌道模塊5分別通過對應(yīng)的水平直線導(dǎo)軌2安裝在對應(yīng)的水平底座1上，該X軸驅(qū)動組件與置于該水平底座1上的滾珠絲桿副4相連接，該滾珠絲桿副4與該半圓形軌道模塊5相連接，該左右兩個半圓形軌道模塊5沿飛機展向?qū)ΨQ面靠近或遠(yuǎn)離、且靠近對合后形成一個整圓圓形軌道模塊。

在該整圓圓形軌道模塊上設(shè)置有一用于在該整圓圓形軌道模塊上作圓周運動以完成對機身待制孔區(qū)域的制孔操作的自動制孔單元7，該X軸驅(qū)動組件中的X軸伺服電機3驅(qū)動該滾珠絲桿副4轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動該半圓形軌道模塊5向展向?qū)ΨQ面靠近或遠(yuǎn)離，該自動制孔單元7在該半圓形軌道模塊5上作圓周運動。

其中，每一半圓形軌道模塊5上設(shè)有引導(dǎo)該自動制孔單元移動的弧形齒條，每一半圓形軌道模塊5包括一剛性圓弧形框架和一置于該剛性圓弧形框架上的圓弧導(dǎo)軌副6，該圓弧導(dǎo)軌副6由多段圓弧形線性軌道拼接而成，該自動制孔單元5與該圓弧導(dǎo)軌副6滾動配合，該自動制孔單元7通過該圓弧導(dǎo)軌副6安裝于該剛性圓弧形框架上。

如圖2所示，該自動制孔單元7包括：Y軸驅(qū)動組件、B軸驅(qū)動組件、Z1軸驅(qū)動組件、Z2軸驅(qū)動組件、中間托板15、電主軸13、A軸驅(qū)動組件、快換刀柄14、刀具、執(zhí)行器托板12、Y軸底座11、X1軸底座10、圓弧導(dǎo)軌副6以及X1軸驅(qū)動組件。

Y軸底座11、圓弧導(dǎo)軌副6和X軸驅(qū)動組件(X1軸伺服電機9、X1軸齒輪8)安裝在X1軸底座10上，X1軸驅(qū)動組件包括X1軸伺服電機9和位于X1軸伺服電機9的輸出軸上的X1軸齒輪8，X1軸伺服電機9帶動X1軸齒輪8旋轉(zhuǎn)，通過X1軸齒輪8與弧形齒條的嚙合作用，使得自動制孔單元7沿著圓弧導(dǎo)軌副6做X1向運動。

A軸驅(qū)動組件和執(zhí)行器托板12安裝在Y軸底座11上，A軸驅(qū)動組件包括A軸伺服電機17，通過驅(qū)動A軸伺服電機17可帶動Y軸底座11繞著A軸做旋轉(zhuǎn)運動，執(zhí)行器托板12上設(shè)有執(zhí)行器和Y軸驅(qū)動組件、B軸驅(qū)動組件，Y軸驅(qū)動組件中的Y軸伺服電機16可帶動執(zhí)行器托板12沿著Y軸方向做直線運動，B軸驅(qū)動組件內(nèi)的B軸伺服電機18可帶動中間托板15繞著B軸做旋轉(zhuǎn)運動。

Z1軸驅(qū)動組件、Z2軸驅(qū)動組件和電主軸13安裝在中間托板15上，Z2軸驅(qū)動組件帶有的Z2軸伺服電機19可推動中間托板15沿著Z2軸方向做直線運動。Z1軸驅(qū)動組件帶有的驅(qū)動Z1軸伺服電機20可推動電主軸13沿著Z1軸方向做直線運動。該刀具通過快換刀柄14安裝于該電主軸13上。

自動制孔單元7的Z2軸驅(qū)動組件和電主軸13安裝在中間托板15上，Z2軸驅(qū)動組件中的Z2軸伺服電機19可推動中間托板15沿著Z2軸方向做直線運動，用于補償Z1軸驅(qū)動行程不足，適合于雙曲面機身型面制孔加工。

自動制孔單元7在各軸伺服電機的驅(qū)動下可實現(xiàn)X1軸、A軸、B軸三個回轉(zhuǎn)方向和Y軸、Z2軸兩個直線方向運動，完成主軸定位和姿態(tài)調(diào)整，使得刀具軸線與加工孔型面法矢一致，通過控制電主軸13和Z1向進(jìn)給實現(xiàn)刀具一次鉆孔、锪窩復(fù)合加工。

本發(fā)明的工作過程如下：

1)半圓形軌道模塊對合

半圓形軌道模塊5通過水平直線導(dǎo)軌2安裝于水平底座1上，X軸驅(qū)動組件中X軸伺服電機3驅(qū)動滾珠絲桿副4轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動半圓形軌道模塊5向展向?qū)ΨQ面靠近并對合，半圓形軌道模塊5對合后形成整圓圓形軌道模塊；

2)自動制孔單元的主軸定位、刀具制孔和锪窩

驅(qū)動X軸伺服電機9帶動X軸齒輪8旋轉(zhuǎn)，與X軸齒輪8嚙合的弧形齒條固定不動，使得自動制孔單元7沿著整圓圓形軌道模塊做X向運動。A軸驅(qū)動組件和執(zhí)行器托板12安裝在Y軸底座11上，通過驅(qū)動A軸伺服電機17可帶動Y軸底座11繞著A軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)刀具的A軸角度的調(diào)節(jié)。通過驅(qū)動Y軸伺服電機16可帶動執(zhí)行器托板12沿著Y軸方向做直線運動。通過驅(qū)動B軸伺服電機18可帶動中間托板15繞著B軸做旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)刀具的B軸角度的調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)X1軸、Y軸、A軸、B軸的位姿，使刀具的軸線與被加工孔軸線重合。

Z1軸驅(qū)動組件、Z2軸驅(qū)動組件和電主軸13安裝在中間托板15上，驅(qū)動Z2軸伺服電機19可推動中間托板14沿著Z2軸方向做直線運動，用于調(diào)節(jié)電主軸進(jìn)給單元與機身制孔加工表面距離。驅(qū)動Z1軸伺服電機20可實現(xiàn)Z1軸方向進(jìn)給運動，實現(xiàn)刀具的制孔锪窩工作。

3)完成所有孔制作后，飛機機身出架

完成所有孔制作后，X軸驅(qū)動組件中X軸伺服電機3驅(qū)動滾珠絲桿副4轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動半圓形軌道模塊5遠(yuǎn)離展向?qū)ΨQ面，飛機機身出架。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。