[发明专利]一种飞机壁板高精度制孔装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于飞机壁板自动化制孔领域，具体来说是指一种适用于飞机大型壁板高精度钻孔和锪窝的自动化制孔系统。

背景技术

壁板自动化制孔技术是基于产品数字化和自动化的一项技术，也是航空制造中最先进的加工技术之一，其借助于高刚性和预先的结构设计以及先进的自动控制技术，使制造技术可以将加工误差控制在微小的范围之内，同时使精密制造或装配成为可能。

目前，壁板自动化制孔系统已经在飞机、汽车等制造领域被逐渐应用。专利CN101417348A发明了一种钻孔末端执行器，该末端执行器采用电机驱动，同步带轮传动，可以应用不同的切削参数加工层压材料、双金属材料或由不同材料组成的工件；可实时力反馈，用于检测刀具的磨损状况；与传统制孔手段相比大大提高了制孔质量；由于该专利在制孔位置度和制孔轴线垂直度检测及补偿部分还有不足，会影响最终的制孔质量。专利CN 102091799A发明了一种适用于曲面自动制孔的末端执行器，该末端执行器可以实现法向可调、压紧力准确可控等功能，很大程度上解决了制孔中偏孔和斜孔的难题，较大的提高了制孔质量；但该发明在孔的位置精度控制以及孔的表面质量控制方面还有待改进，因此制孔质量还有进一步提高的空间。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种飞机壁板自动化精密制孔装置，用于飞机壁板连接孔的精确制备，使孔的位置精度、表面粗糙度，尺寸精度可以很好的符合设计要求，同时制孔过程不会出现歪孔、斜孔，制孔区域温度保持正常工作温度且排屑正常。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括主轴模块、进给模块、压力脚法向调平模块、视觉找正模块、光栅尺模块和吸尘及冷却模块。

所述主轴模块包括电主轴、钻锪一体刀具、导轨、丝杠、行程开关和电机；其中，电主轴通过刀柄同轴连接钻锪一体刀具，导轨和丝杠沿制孔轴向安装于主轴系统支撑板上，导轨的端面和侧面分别安装挡块，滑块沿导轨滑动并连接电主轴，电机轴通过联轴器与丝杠同轴连接，丝母座连接电主轴，带动电主轴沿制孔轴向移动；电主轴上安装有行程开关触头，导轨两侧安装有行程开关，丝杠两端分别安装硬限位块，限制丝母座移动的极限位置，从而控制电主轴的移动行程；

所述进给模块包括丝杠、导轨、电机、进给模块支撑板、行程开关和法兰盘；其中，丝杠和导轨安装于进给模块支撑板上，导轨的端面和侧面分别安装挡块，滑块沿导轨滑动，丝杠与电机通过联轴器连接，滑块和丝母座均与主轴系统支撑板相连，带动主轴模块沿制孔方向移动；导轨两侧安装有行程开关，丝杠两端分别安装硬限位块，限制丝母座移动的极限位置；法兰盘安装于进给模块支撑板下表面；

所述压力脚法向调平模块包括四个电涡流传感器、压力脚、四个力传感器、压力脚支架和电涡流传感器安装板；其中，四个电涡流传感器均布在压力脚周围，分别通过电涡流传感器安装板安装于压力脚支架上；四个力传感器均布在压力脚周围，安装在压力脚和压力脚支架之间；压力脚支架连接主轴系统支撑板。

所述视觉找正模块包括视觉摄像机和光源；其中，视觉摄像机和光源均安装于主轴系统支撑板上，且视觉摄像机能够沿沿制孔轴向移动，光源中心与视觉摄像机中心线在同一轴线；

所述光栅尺模块包括进给模块光栅尺模块和主轴模块光栅尺模块，均包括光栅尺和读数头，通过读数头相对于光栅尺的相对运动实现测量；其中，主轴模块光栅尺模块的读数头连接电主轴滑块连接板，光栅尺安装于主轴系统支撑板；进给模块光栅尺模块的读数头连接主轴系统支撑板，光栅尺安装于进给模块支撑板；

所述吸尘及冷却模块包括吸尘管道接头和冷却管道接头，相对安装在钻锪一体刀具周边。

本发明还提供上述装置的控制方法，包括以下步骤：

1)将装置移动到壁板定位孔或定位钉区域，利用视觉摄像机的测量数据，控制主轴模块和进给模块移动，使定位孔或定位钉位于视觉摄像机的视野中间位置；

2)四个电涡流传感器开始同时工作，测量出各自到壁板的距离，控制主轴模块和进给模块调整位姿，使主轴轴线与定位孔或定位钉位置重合，记录此时视觉摄像机和电涡流传感器的数据，并将其作为第一组数据；

3)将装置移动到壁板的下一个定位孔或定位钉的位置，重复步骤1)和2），记录第二组数据，对第一组数据和第二组数据利用插值算法，计算出两个定位孔或定位钉之间所有待制孔的孔位；

4)进给模块开始带动主轴模块和压力脚法向调平模块进行进给，进给过程中四个力传感器实时检测压力脚压紧壁板的压力，当压紧壁板的压力达到设定最佳值时，进给模块电机锁死，压力脚压紧壁板压力维持恒定不变；