本發(fā)明屬于飛機(jī)數(shù)字化裝配自動制孔領(lǐng)域，具體涉及一種用于飛機(jī)機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)螺旋制孔的自適應(yīng)壓緊排屑裝置及方法。

背景技術(shù)：

在飛機(jī)機(jī)身組件中，疊層構(gòu)件通過材料性能協(xié)同作用可獲得單一構(gòu)件無法比擬的綜合性能，但不同材料切削性能的差異，使得裝配工況下疊層制孔的質(zhì)量與效率難以得到可靠保證。尤其隨著鈦合金、碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料(cfrp)、高強(qiáng)度鋁合金等難加工材料的應(yīng)用比例和加工難度進(jìn)一步增加，同時為提高大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性，機(jī)身疊層構(gòu)件的廣泛使用對制孔工藝裝備提出新的要求。機(jī)器人自動制孔技術(shù)具有成本低、安裝空間小、靈活性高、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，正逐步被應(yīng)用于大型飛機(jī)數(shù)字化裝配的自動制孔。然而，現(xiàn)役機(jī)器人制孔系統(tǒng)因多采用鉆孔末端執(zhí)行器，過大的制孔軸向力使具有弱剛性的機(jī)器人自動制孔系統(tǒng)目前僅適用于機(jī)身小孔徑加工。而且以傳統(tǒng)鉆削加工高厚度疊層結(jié)構(gòu)，大量研究表明，改良工藝盡管取得一定成效，但始終未能有效解決鉆孔高精度與高效率之間相互制約的問題。

新興的螺旋銑孔能大幅度降低制孔軸向力，其敞開式切削也便于排屑與散熱，因而在抑制cfrp、鈦合金單板制孔的缺陷方面具有明顯優(yōu)勢，正逐步向飛機(jī)機(jī)身機(jī)器人化自動制孔推廣。但與機(jī)器人平臺裝接的螺旋制孔單元，需要完成刀具的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、軸向進(jìn)給、公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)等四種運(yùn)動。同傳統(tǒng)鉆孔相比，螺旋銑孔存在較大的徑向力作用，更需采用壓腳裝置來增強(qiáng)螺旋制孔加工穩(wěn)定性，以提高連接孔的加工精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是機(jī)器人化螺旋制孔系統(tǒng)用于飛機(jī)機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)裝配制孔存在系統(tǒng)剛度差，以及現(xiàn)有壓腳自適應(yīng)被壓構(gòu)件表面能力差等問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于飛機(jī)機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)螺旋制孔的自適應(yīng)壓緊排屑裝置，所述機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)為復(fù)合材料和鈦合金或鋁合金，所述自適應(yīng)壓緊排屑裝置安裝在疊層結(jié)構(gòu)螺旋制孔單元的前端，包括自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)、安裝在自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)上的自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)，以及與自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)、自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)相連的控制單元；

上述自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)包括t型壓腳、柔性體、球關(guān)節(jié)、基座、復(fù)位彈簧、壓力傳感器，所述t型壓腳設(shè)有中心通孔，所述柔性體安裝在t型壓腳小端，所述t型壓腳大端中心內(nèi)孔裝有球關(guān)節(jié)活動圈，所述球關(guān)節(jié)固定圈套裝在基座中間伸出軸上，所述t型壓腳與基座之間設(shè)有沿圓周方向陣列的三根調(diào)位彈簧，所述調(diào)位彈簧兩端分別與t型壓腳、基座的連接孔相連，所述基座連接孔內(nèi)裝有壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制單元相連；

上述自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)包括排屑管道、粉塵濃度檢測傳感器、真空泵，所述排屑管道安裝在t型壓腳上，與真空泵吸屑口相連，所述粉塵濃度檢測傳感器安裝在t型壓腳上，與自適應(yīng)控制單元電性相連，所述真空泵驅(qū)動器與控制單元電性相連；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，所述t型壓腳上裝有三個用于微量潤滑的氣體注入口，所述氣體注入口對應(yīng)的氣體流道呈螺旋狀，其螺旋角與螺旋制孔刀具側(cè)刃螺旋角相同，所述氣體注入口通過管道與微量潤滑裝置相連，所述微量潤滑裝置與控制單元相連。

一種用于飛機(jī)機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)螺旋制孔的自適應(yīng)壓緊排屑裝置的壓緊排屑方法，其特征在于：

(1)制孔前，自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)利用球關(guān)節(jié)、壓力傳感器和控制單元，自動調(diào)節(jié)t型壓腳適應(yīng)被壓構(gòu)件的表面形狀，可靠壓緊機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)；

(2)制孔時，自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)利用粉塵濃度檢測傳感器和控制單元，自動調(diào)節(jié)真空泵吸集粉塵的速度。

本發(fā)明的有益效果在于：(1)根據(jù)三個壓力傳感器的測力差值，自動調(diào)整壓腳對疊層結(jié)構(gòu)的壓緊方向，以適應(yīng)被壓緊構(gòu)件的不同表面形狀；(2)根據(jù)三個壓力傳感器的測力值，通過調(diào)整與螺旋制孔單元的機(jī)器人平臺來改變壓腳施加力的大小，以減小疊層結(jié)構(gòu)之間的制孔間隙，提高疊層結(jié)構(gòu)連接孔的加工質(zhì)量；(3)通過對壓腳設(shè)置微量潤滑通道，來提高吸屑效果，降低刀具磨損。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的剖視圖；

圖3為本發(fā)明的自適應(yīng)壓緊排屑裝置與機(jī)器人化螺旋制孔系統(tǒng)裝接示意圖；

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種用于飛機(jī)機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)螺旋制孔的自適應(yīng)壓緊排屑裝置，安裝在疊層結(jié)構(gòu)螺旋制孔單元的前端，包括自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)100、安裝在自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)上的自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)200，以及與自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)100、自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)200相連的控制單元300。

自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)100包括t型壓腳101、柔性體102、球關(guān)節(jié)103、基座104、調(diào)位彈簧105、壓力傳感器106；t型壓腳101設(shè)有中心通孔，柔性體102安裝在t型壓腳101小端，t型壓腳101大端中心內(nèi)孔裝有球關(guān)節(jié)103活動圈，球關(guān)節(jié)103固定圈套裝在基座104中間伸出軸上，t型壓腳101與基座104之間設(shè)有沿圓周方向陣列的三根調(diào)位彈簧105，調(diào)位彈簧105兩端分別與t型壓腳101、基座104的連接孔相連，基座104連接孔內(nèi)裝有壓力傳感器106，壓力傳感器106與控制單元300相連；

自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)200包括排屑管道201、粉塵濃度檢測傳感器202、真空泵203，所述排屑管道201安裝在t型壓腳101上，與真空泵203吸屑口相連，粉塵濃度檢測傳感器202安裝在t型壓腳101上，與控制單元300電性相連，真空泵203驅(qū)動器與控制單元300電性相連；

t型壓腳101上裝有三個用于微量潤滑的氣體注入口204，氣體注入口204對應(yīng)的氣體流道呈螺旋狀，其螺旋角與螺旋制孔刀具側(cè)刃螺旋角相同，氣體注入口204通過管道與微量潤滑裝置205相連，微量潤滑裝置205與控制單元300相連。

自適應(yīng)壓緊排屑裝置的工作流程如下：

(1)制孔前，自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)100利用球關(guān)節(jié)103、壓力傳感器106和控制單元300，自動調(diào)節(jié)t型壓腳101適應(yīng)被壓構(gòu)件的表面形狀，可靠壓緊機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)，具體步驟如下：

a、與疊層結(jié)構(gòu)螺旋制孔單元相連的機(jī)器人平臺，帶動自適應(yīng)壓緊機(jī)構(gòu)100接近被壓緊結(jié)構(gòu)件的表面；

b、控制單元300根據(jù)三個壓力傳感器106反饋的壓力值，調(diào)整載有螺旋制孔單元的機(jī)器人平臺，通過球關(guān)節(jié)103自動調(diào)節(jié)t型壓腳101適應(yīng)被壓構(gòu)件的表面形狀，使柔性體102可靠壓緊機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)；

c、控制單元300根據(jù)疊層結(jié)構(gòu)縮小制孔間隙所需的預(yù)緊力閾值，結(jié)合三個壓力傳感器106反饋的壓力值，使疊層結(jié)構(gòu)制孔間隙減小至較為理想狀態(tài)；

(2)制孔時，自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)200利用粉塵濃度檢測傳感器202和控制單元300，自動調(diào)節(jié)真空泵203吸集粉塵的速度，具體步驟如下：

a、由微量潤滑裝置通過氣管，沿t型壓腳101上的三個氣體注入口107及其螺旋狀氣體流道，向t型壓腳101中心孔內(nèi)輸入微量潤滑氣體；

b、自適應(yīng)排屑機(jī)構(gòu)200利用微量潤滑氣體，由真空泵203通過排屑管道201吸集碎狀切屑；

c、控制單元300根據(jù)t型壓腳101上的粉塵濃度檢測傳感器202反饋值，自動調(diào)節(jié)真空泵203吸集粉塵的速度。

以上所述僅為本發(fā)明涉及的一種用于飛機(jī)機(jī)身疊層結(jié)構(gòu)螺旋制孔的自適應(yīng)壓緊排屑裝置及方法的一個較佳實(shí)施案例，但本發(fā)明的實(shí)施范圍并不局限于此例。