[发明专利]一种机器人螺旋铣削碳纤维复合材料的制孔终端及方法

说明书

本发明公开了一种机器人螺旋铣削碳纤维复合材料的制孔终端及方法，其中制孔终端包括锥型壳体、公转轴、集成式主轴单元以及刀具；集成式主轴单元包括旋转驱动机构、偏心及进给调节机构以及刀具连接机构。该发明利用集成式主轴单元既实现螺旋铣孔的刀具轴向进给，又实现螺旋铣孔的刀具偏心调节，在有效提高系统集成度的同时，增大刀具偏心量的调节范围和调节能力，还增强了本制孔终端的加工能力；利用偏心及进给调节机构能够对刀具的偏心位置进行调节，从而实现对碳纤维复合材料进行螺旋铣削；利用刀具连接机构能够可拆卸对接安刀具，从而能够便于更换刀具。

技术领域

本发明涉及一种制孔终端及方法，尤其是一种机器人螺旋铣削碳纤维复合材料的制孔终端及方法。

背景技术

碳纤维复合材料因具有优异的力学性能，被广泛应用于现代飞行器的结构件，但其特有的层叠属性，使连接孔的加工一直面临着出口分层的风险，特别是采用具有较大轴向力的传统钻削。为了降低制孔的轴向力，一种新兴的螺旋铣孔技术成为了近期国内外航天航空制造业的研究热点。

螺旋铣孔技术虽具有轴向力小的工艺优势，加工孔时刀具却需要完成偏心调节、自转、公转、轴向进给等四种运动，导致其加工装备比钻削装备复杂得多。由于飞行器构件尺寸大、重量大，将螺旋铣孔装备与工业机器人装接进行螺旋铣孔，是未来实现大型碳纤维复合材料构件高效无损制孔的一种较好选择。但检索发现，现有螺旋铣孔装备通常被视为一种动力头、被独立设计，缺乏与工业机器人间的协同设计，导致整机结构复杂、重量大，而且还使工业机器人的第六轴未被充分使用。

因此，对于机器人螺旋铣削碳纤维复合材料构件的制孔，有必要基于此类材料的切削性能，将螺旋铣孔装备与工业机器人本体相结合，开发一种专用的制孔终端及方法，能够满足此类材料的螺旋铣孔需要。

发明内容

发明目的：提供一种机器人螺旋铣削碳纤维复合材料的制孔终端及方法，能够满足碳纤维复合材料构件的螺旋铣孔需要。

技术方案：本发明所述的机器人螺旋铣削碳纤维复合材料的制孔终端，包括锥型壳体、公转轴、集成式主轴单元以及刀具；集成式主轴单元包括旋转驱动机构、偏心及进给调节机构以及刀具连接机构；

公转轴通过公转轴承旋转式安装在锥型壳体的中心轴孔内，旋转驱动机构安装在公转轴的前端；刀具连接机构固定安装在旋转驱动机构的前端上，由旋转驱动机构对刀具连接机构进行旋转驱动；刀具可拆卸对接安装在刀具连接机构的前端；偏心及进给调节机构安装在公转轴的前端，用于对旋转驱动机构前端的偏心位置以及进给量进行调节。

进一步的，在公转轴的后端设置有用于与机器人输出轴端部上的螺栓孔；在公转轴的后端上还设置有定位销孔。

进一步的，旋转驱动机构包括旋转驱动器、驱动器安装座、伸缩传动轴以及旋转驱动轴；旋转驱动器通过驱动器安装座固定安装在公转轴的前端上；伸缩传动轴的后端通过虎克铰链连接到旋转驱动器的输出轴端部上；伸缩传动轴的前端通过虎克铰链连接到旋转驱动轴的后端上；刀具连接机构固定安装在旋转驱动轴的前端上。

进一步的，偏心及进给调节机构包括支撑套管、环形支撑以及至少三根电动伸缩杆；支撑套管贯穿式固定安装在环形支撑的中部环孔中，旋转驱动轴通过滚动轴承旋转式安装在支撑套管中；各个电动伸缩杆的后端均球形铰接安装在公转轴的前端上，且各个后端的铰接点等间隔设置在同一圆周上；各个电动伸缩杆的均球形铰接安装在环形支撑上，且各个前端的铰接点等间隔设置在同一圆周上。

进一步的，在锥型壳体的前端设置有平稳支撑机构；平稳支撑机构包括平稳支撑圆盘以及各个导向杆；各个导向杆的后端均固定安装在锥型壳体的前端上；在平稳支撑圆盘的中心处设置有中心圆孔，在中心圆孔的孔壁上设置有支撑环槽；在平稳支撑圆盘的圆周边缘处间隔设置有各个导向孔，各个导向杆的前端分别贯穿各个导向孔，并在导向杆的前端上设置有限位凸圈；在环形支撑的边缘上设置有径向伸出的各个平稳支撑杆，且平稳支撑杆的端部伸入支撑环槽内。