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CN116037981A - 一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置 - Google Patents

一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置 Download PDF

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CN116037981A
CN116037981A CN202211421575.1A CN202211421575A CN116037981A CN 116037981 A CN116037981 A CN 116037981A CN 202211421575 A CN202211421575 A CN 202211421575A CN 116037981 A CN116037981 A CN 116037981A
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CN
China
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bracket
assembly
hole
drilling
drilling tool
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Application number
CN202211421575.1A
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English (en)
Inventor
邱建平
林伟
郝浩杰
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AVIC Xian Aircraft Industry Group Co Ltd
Original Assignee
AVIC Xian Aircraft Industry Group Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，包括压紧组件和钻孔组件，钻孔组件包括支架、转动设置在支架上的双头钻具组件以及设置在支架上用于驱动双头钻具组件转动的驱动组件；压紧组件包括压板、设置在压板上的压头，压板上设置有导柱，支架上设置有导孔，导柱穿过支架后与一固定螺母连接，弹簧套装在导柱上，且上端与支架接触，下端与压板接触。本申请不仅实现了阶梯组合制孔的目的，同时，制孔时采用压头将钻孔部位进行压紧，使得叠层材料的层间间隙更小，能够有效的减小叠层材料的材料层在钻具的压力下发生弯曲变形，克服层间界面分离，增大层间贴合程度，进而达到减少层间毛刺的目的，提高制孔质量。

Description

一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置
技术领域
本申请涉及一种制孔装置，具体所涉及一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置。
背景技术
随着航空航天工业的不断发展，许多产品对材料提出了高强度轻量化的要求。碳纤维复合材料+铝合金的叠层就完全具有质量轻、强度大、耐磨性高、抗疲劳性能好、耐高温好等优点，因此碳纤维复合材料+铝合金的叠层正被广泛应用于航空航天，而航空航天技术中制孔是重要的一环。
《检测与质量》2019年底9期中，论文题目为：飞机叠层材料精密制孔工艺研究一文中，提出了叠层材料装配组件制备过程中的优化方案以及阶梯组合制孔的技术方案，叠层材料精密制孔工艺路线是通过使用大直径钻具的方式先对碳纤维层进行钻孔(初孔)，然后使用小直径钻具对合金层进行钻进，最后使用大直径钻头进行扩孔和铰孔(终孔)，进而实现碳纤维-合金叠层材料的钻孔，利用小直径钻具在合金层上钻孔，改善了合金排削状态，以及减少钻终孔时的合金层切削量，进而提高钻孔的质量。
但是，在实际操作时，需要使用两种钻头来进行钻孔，需要频繁的更换钻具，操作不便，效率较低；同时，在钻进的时候，容易产生层间毛刺，容易造成叠层材料应力集中，降低了叠层材料的质量。
发明内容
本申请的目的在于提供一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，能够高效的实现阶梯组合式制孔，提高钻孔效率，同时还能够减少层间毛刺，保证叠层材料的质量。
为解决上述技术问题，本申请所采用的技术方案是：
一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，包括压紧组件和钻孔组件，其中，钻孔组件包括支架、转动设置在支架上的双头钻具组件以及设置在支架上用于驱动双头钻具组件转动的驱动组件；压紧组件包括压板、设置在压板上的压头，压板上设置有导柱，支架上设置有导孔，导柱穿过支架后与一固定螺母连接，弹簧套装在导柱上，且上端与支架接触，下端与压板接触，压板及压头上设置有供双头钻具组件中钻头通行的圆孔，双头钻具组件中钻头直径不同。
其中，压头端部与叠层材料接触一面设置有硬质橡胶垫。
进一步优化，支架包括左侧支架和右侧支架，压板上的导柱有两组，每一组均有两个导柱，其中一组导柱与左侧支架配合，另一组与右侧支架配合；左侧支架和右侧支架形成安装区域，双头钻具组件设置在安装区域内，且通过转轴与左侧支架及右侧支架转动连接在一起，所述驱动组件安装在右侧支架上并与右侧支架上的转轴连接。
其中，双头钻具组件包括安装筒、第一钻具和第二钻具，安装筒两端部均设置有伸缩杆，第一、二钻具分别设置在安装筒的两端并与伸缩杆连接，所述转轴设置在安装筒两侧，安装筒通过所述转轴与左侧支架及右侧支架连接。
其中，安装筒侧面设置有通风孔。
进一步优化，支架还包括连接支架，左侧支架与右侧支架通过连接支架连接成一整体式结构。
其中，驱动组件包括齿轮、齿条和第一伸缩杆，右侧支架上设置有支撑板，第一伸缩杆设置在支撑板上，右侧支架上设置有导向方孔，齿条两端分别设置有第一连接部和第二连接部，第一连接部与第一伸缩杆连接，第二连接部与导向方孔滑动配合，齿轮设置有右侧支架上的转轴上，齿轮与齿条相互啮合。
进一步优化，右侧支架上设置有连接板，连接板上设置有安装孔，所述连接板用于与六自由度机械臂连接。
其中，压板上设置有触碰开关，触碰开关用于与六自由度机械臂的控制系统连接。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请主要由压紧组件和钻孔组件组成，在实际的使用过程中采用双头钻具组件来实现阶梯钻孔的目的，将压头与叠层材料接触后，支架持续向压板方向移动，此时弹簧将会被压缩，压板上的压头紧紧压装在叠层材料上；此时，采用双头钻具组件中的大直径钻头进行钻孔，钻孔完毕后，驱动组件驱动双头钻具组件转动180°，使得双头钻具组件中小直径钻头对合金层进行钻孔，最后驱动组件驱动双头钻具组件转动180°，使用大直径钻头进行钻孔，本申请不仅实现了阶梯组合制孔的目的，同时，制孔时采用压头将钻孔部位进行压紧，使得叠层材料的层间间隙更小，能够有效的减小叠层材料的材料层在钻具的压力下发生弯曲变形，克服层间界面分离，增大层间贴合程度，进而达到减少层间毛刺的目的。
附图说明
图1为本申请整体结构示意图之一。
图2为本申请整体结构示意图之二。
图3为本申请连接支架与左、右侧支架的连接关系示意图。
图4为本申请整体装配结构示意图。
图5为本申请的使用示意图。
附图标记：101-压紧组件，102-钻孔组件，103-支架，104-双头钻具组件，105-驱动组件，106-压板，107-压头，108-导柱，109-导孔，110-固定螺母，111-触碰开关，112-硬质橡胶垫，113-左侧支架，114-右侧支架，115-转轴，116-安装筒，117-第一钻具，118-第二钻具，119-伸缩杆，120-连接支架，121-齿轮，122-齿条，123-第一伸缩杆，124-支撑板，125-第一连接部，126-第二连接部，127-导向方孔，128-连接板，129-安装孔，130-六自由度机械臂，131-叠层材料，132-圆孔。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
实施例一
参看图1-图5，本实施例公开了一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，包括压紧组件101和钻孔组件102，其中，钻孔组件102包括支架103、转动设置在支架103上的双头钻具组件104以及设置在支架103上用于驱动双头钻具组件104转动的驱动组件105；压紧组件101包括压板106、设置在压板106上的压头107，压板106上设置有导柱108，支架103上设置有导孔109，导柱108穿过支架103后与一固定螺母110连接，弹簧套装在导柱108上，且上端与支架103接触，下端与压板106接触，压板106及压头107上设置有供双头钻具组件104中钻头通行的圆孔132，双头钻具组件104中钻头直径不同。
本申请主要由压紧组件101和钻孔组件102组成，在实际的使用过采用双头钻具组件104来实现阶梯钻孔的目的，将压头107与叠层材料131接触后，支架103持续向压板106方向移动，此时弹簧将会被压缩，压板106上的压头107紧紧压装在叠层材料131上；此时，采用双头钻具组件104中的大直径钻头进行钻孔，钻孔完毕后，驱动组件105驱动双头钻具组件104转动180°，使得双头钻具组件104中小直径钻头对合金层进行钻孔，最后驱动组件105驱动双头钻具组件104转动180°，使用大直径钻头进行钻孔，本申请不仅实现了阶梯组合制孔的目的，同时，制孔时采用压头107将钻孔部位进行压紧，使得叠层材料131的层间间隙更小，能够有效的减小叠层材料131的材料层在钻具的压力下发生弯曲变形，克服层间界面分离，增大层间贴合程度，进而达到减少层间毛刺的目的。
其中，压头107端部与叠层材料131接触一面设置有硬质橡胶垫112；通过设置的硬质橡胶垫112能够对叠层材料131起到保护的目的，避免在压紧的时候损坏叠层材料131，导致叠层材料131的质量降低。
其中，支架103包括左侧支架113和右侧支架114，压板106上的导柱108有两组，每一组均有两个导柱108，其中一组导柱108与左侧支架113配合，另一组与右侧支架114配合；左侧支架113和右侧支架114形成安装区域，双头钻具组件104设置在安装区域内，且通过转轴115与左侧支架113及右侧支架114转动连接在一起，所述驱动组件105安装在右侧支架114上并与右侧支架114上的转轴115连接。
在本实施例中，双头钻具组件104包括安装筒116、第一钻具117和第二钻具118，安装筒116两端部均设置有伸缩杆119，第一、二钻具分别设置在安装筒116的两端并与伸缩杆119连接，所述转轴115设置在安装筒116两侧，安装筒116通过所述转轴115与左侧支架113及右侧支架114连接。
在本实施例中，第一钻具117为大直径钻头钻具，第二钻具118为小直径钻头钻具；将第一钻具117及第二钻具118通过伸缩杆119设置在安装筒116的两端，将压头107压在叠层材料131上，此时保持支架103不动；伸缩杆119驱动第一钻具117朝向叠层材料131移动，第一钻具117中的钻头对叠层材料131的碳纤维层进行钻孔，钻孔结束后，伸缩杆119驱动第一钻具117伸缩回复至安装孔129内，此时，驱动组件105驱动安装筒116转动180°，使得第二钻具118对准叠层材料131，然后与第二钻具118连接的伸缩杆119驱动第二钻具118靠近叠层材料131对叠层的和合金层进行钻孔；合金层钻孔完毕后，即可循环至第一钻具117进行终孔钻制，如此，即可实现对叠层材料131的阶梯组合制孔。
在实际的使用中，第一、二钻具采用现有技术中的钻具即可，此处处不再赘述。
在实际的使用中，为了制孔时装置更加稳定，支架103还包括连接支架120，左侧支架113与右侧支架114通过连接支架120连接成一整体式结构，便于实现左侧支架113及右侧支架114的同步移动。同时使得结构更加稳定。
在本实施例中，驱动组件105包括齿轮121、齿条122和第一伸缩杆123，右侧支架114上设置有支撑板124，第一伸缩杆123设置在支撑板124上，右侧支架114上设置有导向方孔127，齿条122两端分别设置有第一连接部125和第二连接部126，第一连接部125与第一伸缩杆123连接，第二连接部126与导向方孔127滑动配合，齿轮121设置有右侧支架114上的转轴115上，齿轮121与齿条122相互啮合。
这样，通过第一伸缩杆123驱动齿条122移动，即可实现对齿轮121的驱动，齿轮121转动即可实现转轴115的驱动，安装筒116转动即可实现第一钻具117及第二钻具118的切换；当然，在实际的使用中，还可使用其他的驱动组件结构上，如步进电机，将步进电机直接与转轴115连接，实现对转轴115的驱动，当然，还可以采用现有技术中的其他驱动组件结构，只需要驱动转轴115转动，实现安装筒116的转动即可。
需要说明的是，在实际的使用中，右侧支架114上设置有连接板128，连接板128上设置有安装孔129，所述连接板128用于与六自由度机械臂130连接。
这样即可通过六自由度机械臂130来实现对制孔装置的驱动，实现自动化制孔的目的，六自由度机械臂130将制孔装置移动至叠层材料131的3-5cm处，然后缓慢将压头107与叠层材料131接触，并持续下压使得支架103朝向压板106方向移动一段距离后，此时六自由度机械臂130保持静止状态，具体移动距离根据实际情况进行确定，以保证压头107紧紧压在叠层材料131上且不会导致叠层材料131发生变形，使得叠层材料131的层间间隙更小，减少层间毛刺。六自由度机械臂130主要用于实现钻孔的定位，其采用技术中的六自由度机械臂130结构即可，此处不再赘述。
在实际的使用中，压板106上设置有触碰开关111，触碰开关111用于与六自由度机械臂130的控制系统连接。这样，当支架103朝向压板106方向移动后触碰到触碰开关111后，触碰开关111将信号传递至六自由度机械臂130的控制系统，该系统即可控制六自由度机械臂130停止；这样，在实际的使用中，只需要调整触碰开关111与支架103间的距离，即可实现对叠层材料131压力的调节；调整触碰开关111与支架103间的距离可以采用增减垫片的方式实现，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，此处不再过多阐述。
实施例二
本实施例公开了一种制孔装置，其与实施例一基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，安装筒116侧面设置有通风孔；便于实现通风散热的目的。

Claims (9)

1.一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：包括压紧组件和钻孔组件，其中，钻孔组件包括支架、转动设置在支架上的双头钻具组件以及设置在支架上用于驱动双头钻具组件转动的驱动组件；压紧组件包括压板、设置在压板上的压头，压板上设置有导柱，支架上设置有导孔，导柱穿过支架后与一固定螺母连接，弹簧套装在导柱上，且上端与支架接触，下端与压板接触，压板及压头上设置有供双头钻具组件中钻头通行的圆孔，双头钻具组件中两端钻头的直径不同。
2.根据权利要求1所述的一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：压头端部与叠层材料接触一面设置有硬质橡胶垫。
3.根据权利要求1所述的一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：支架包括左侧支架和右侧支架，压板上的导柱有两组，每一组均有两个导柱，其中一组导柱与左侧支架配合，另一组与右侧支架配合；左侧支架和右侧支架形成安装区域，双头钻具组件设置在安装区域内，且通过转轴与左侧支架及右侧支架转动连接在一起，所述驱动组件安装在右侧支架上并与右侧支架上的转轴连接。
4.根据权利要求3所述的一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：双头钻具组件包括安装筒、第一钻具和第二钻具，安装筒两端部均设置有伸缩杆，第一、二钻具分别设置在安装筒的两端并与伸缩杆连接，所述转轴设置在安装筒两侧，安装筒通过所述转轴与左侧支架及右侧支架连接。
5.根据权利要求4所述的一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：安装筒侧面设置有通风孔。
6.根据权利要求3所述的一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：支架还包括连接支架，左侧支架与右侧支架通过连接支架连接成一整体式结构。
7.根据权利要求3所述的一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：驱动组件包括齿轮、齿条和第一伸缩杆，右侧支架上设置有支撑板，第一伸缩杆设置在支撑板上，右侧支架上设置有导向方孔，齿条两端分别设置有第一连接部和第二连接部，第一连接部与第一伸缩杆连接，第二连接部与导向方孔滑动配合，齿轮设置有右侧支架上的转轴上，齿轮与齿条相互啮合。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：右侧支架上设置有连接板，连接板上设置有安装孔，所述连接板用于与六自由度机械臂连接。
9.根据权利要求8所述的一种航空叠层材料阶梯组合制孔装置，其特征在于：压板上设置有触碰开关，触碰开关用于与六自由度机械臂的控制系统连接。
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