专利名称：C型对合式铣钻铆组合加工中心及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种c型对合式铣钻铆组合加工中心及其使用方法
背景技术：
大型飞机机身段在对合装配时，需要对其对接端面及孔进行加工，然后完 成铆接工作。钻铆工作量巨大，钻铆加工的自动化程度直接影响装配效率和质
国外飞机装配中，飞机大部件对接时，多采用大型专用机床来实现自动化
钻铆，如美国专利US6，505，393B2公开了一种应用于飞机机身铆接的装置和方 法，提出在机身外部使用大型框架结构的自动铆接机床，机身内部使用工业机 器人进行飞机装配辅助铆接。这种专用机床的加工范围较大，可以在飞机部件 中很难到达的区域进行自动铆接，而且设置了传感器控制装置和真空吸屑装置， 防止切屑落入机身中。但是国外的设备尺寸较大，而且开放性、通过性较差， 不能实现连续加工，在加工完一个机身后，需要将已加工的机身吊离，再将待 加工的机身吊装到夹具上，不宜在飞机装配生产线中使用。
目前，国内的飞机制造企业多半通过人工完成这些工作，操作工人一般通 过钻模、导孔或划线对孔进行定位。从外侧完成钻孔后插入铆钉，内侧的操作 工人就按照铆接部位，定位和操作内侧钻铆工具， 一个铆钉接着一个铆钉地完 成钻铆操作，工作效率低、劳动强度大，技术水平十分落后。
发明内容
本发明的目的是针对这些不足，提出了一种C型对合式铣钻铆组合加工中 心及其使用方法。
c型对合式铣钻铆组合加工中心包括c型机床左床身、人工操作台、床身
连接筋板、压紧装置、人工操作梯、对合导向锁紧装置、升降操作台、钻铆装
置、圆形导轨、电主轴动力头钻铣装置、导轨挡板、固定底座、c型机床右床身、 换刀装置、半圆弧支撑板，固定底座上依次设有c型机床左床身、导轨挡板、c 型机床右床身，固定底座中心处设有升降操作台，c型机床左床身、c型机床右
床身分别设有两块半圆弧支撑板，并通过床身连接筋板固定，在两块半圆弧支 撑板的半圆弧外侧均布有压紧装置，在两块半圆弧支撑板的半圆弧面内侧设有 圆形导轨，在圆形导轨上设有钻铆装置、电主轴动力头钻铣装置，在两块半圆
弧支撑板的半圆弧面上、下端面设有对合导向锁紧装置，c型机床左床身、c型
机床右床身分别设有换刀装置、人工操作台和人工操作梯。
所述的钻铆装置包括铆接支撑平台、伸縮油缸、铆接工作台、放铆钉单元、 钻孔锪窝单元、顶铁、铆接分度盘、线性导轨及滑块、圆周运动驱动电机，铆 接支撑平台上设有圆周运动驱动电机、伸縮油缸和线性导轨及滑块，线性导轨 及滑块上设有铆接工作台，铆接工作台的中心设有铆接分度盘，铆接分度盘的 端面上均布放铆钉单元、钻孔锪窝单元和顶铁。
电主轴动力头钻铣装置包括钻铣支撑平台、伸縮油缸、加工动力头工作台、 电主轴动力头、线性导轨及滑块、圆周运动驱动电机，钻铣支撑平台上设有圆 周运动驱动电机、伸縮油缸和线性导轨及滑块，线性导轨及滑块上设有加工动 力头工作台，加工动力头工作台的中心设有电主轴动力头。
对合导向锁紧装置由一组定位销及带液压刹车装置的定位孔组成，当两个 半框闭合时，定位销完全插入定位孔后，刹车装置动作，保证两个半框可靠对
合并锁紧；
钻孔锪窝单元由电主轴和钻锪组合刀具组成，电主轴由加工中心控制。如
图2所示。
放铆钉单元主要由储钉管和电磁振动料斗组成，可以输送几种不同尺寸和 规格的铆钉。
放铆钉单元、钻孔锪窝单元和顶铁绕分度盘轴线可以作±240°旋转。 人工操作台、人工操作梯便于在加工时帮助人工观察，并进行切屑清除、 去毛刺、冷挤压等操作。
C型对合式铣钻铆组合加工中心使用方法包括铣钻加工和钻铆加工两部分 铣钻加工包括如下步骤
1) C型机床左床身及C型机床右床身沿X方向移动，环形框机构左右两个 非对称的半框打开，待加工工件入位后，环形框机构左右两个非对称的半框对 合、关闭；
2) 环形框机构周向布置的压紧装置气缸动作，压紧杆伸出实现对工件的局 部压紧；
3) 电主轴动力头钻铣装置可沿圆形导轨运动，加工动力头工作台可在Y方 向移动，实现刀具对机身对接端面任意部位的铣钻加工。
钻铆加工包括如下步骤
4) 利用激光跟踪仪对内外钻铆设备进行位置测量后，取得钻铆设备的空间 坐标信息；
5) 根据钻铆设备的空间坐标信息，驱动装置使铆接支撑平台沿C型机床上
的圆形导轨作周向运动，伸縮油缸驱动铆接工作台在线性导轨上沿Y向运动，
铆接分度盘旋转电机驱动铆接分度盘旋转至钻孔锪窝单元轴线对正铆接点，各
锁紧机构锁定工作位置；
6) 钻孔锪窝单元完成钻孔锪窝过程后退回并沿逆时针旋转120°，放铆单元 中心轴线对正孔中心；
7) 放铆钉单元通过压縮空气将铆钉沿导管输送到放钉机械手中，放钉机械 手下降将铆钉压入孔内，然后退回并沿逆时针旋转120°，顶铁中心轴线与铆钉 方向一致，顶牢铆钉；
8) 顶铁位于铆钉沉头正上方。为避免旋转过程中电线缠绕，顶铁、放铆钉 单元和钻孔锪窝单元绕分度盘轴线作±240°旋转。
本发明提出的C型对合式铣钻铆组合加工中心这种新型飞机加工机床，可 以很好的对飞机对接端面的自动化铣削和制孔加工，并满足工件的通过性要求。
本发明的优点1)可以实现对具有曲面外形的大型飞机机身工件在对接前 周向及径向的加工要求；2)可以满足工件加工后的通过性要求；3)周向加工 及铆接的可加工范围较大，工作效率较高。
图1为本发明C型铣、钻、铆组合加工中心的一个实施例的结构示意图； 图2为本发明C型铣、钻、铆组合加工中心的一个实施例的钻铆装置结构
示意图3为本发明C型铣、钻、铆组合加工中心的一个实施例的电主轴动力头 钻铣装置结构示意图；
具体实施例方式
如图1所示，c型对合式铣钻铆组合加工中心包括C型机床左床身1、人工 操作台2、床身连接筋板3、压紧装置4、人工操作梯5、对合导向锁紧装置6、 升降操作台7、钻铆装置8、圆形导轨9、电主轴动力头钻铣装置10、导轨挡板 11、固定底座12、 C型机床右床身13、换刀装置14、半圆弧支撑板15，固定底 座12上依次设有C型机床左床身1、导轨挡板11、 C型机床右床身13，固定底 座12中心处设有升降操作台7， C型机床左床身1、 C型机床右床身13分别设 有两块半圆弧支撑板15，并通过床身连接筋板3固定，在两块半圆弧支撑板15 的半圆弧外侧均布有压紧装置4，在两块半圆弧支撑板15的半圆弧面内侧设有 圆形导轨9，在圆形导轨9上设有钻铆装置8、电主轴动力头钻铣装置10，在两
块半圆弧支撑板15的半圆弧面上、下端面设有对合导向锁紧装置6， C型机床 左床身1、 C型机床右床身13分别设有换刀装置14、人工操作台2和人工操作 梯5。
为便于飞机机身的移动，整个环形框机构做成左右两个非对称的半框。C型 机床左床身1和C型机床右床身13在固定底座12的导轨上沿X方向移动，实现两个 半环形框的打开和闭合，半框打开时，导轨挡板ll覆盖于导轨上，起保护导轨 作用，并能保证机身顺利通过。环形框的设计适合大型飞机机身的形状要求。 对合导向锁紧装置6保证两个半框可靠对合并锁紧，它由一组定位销及带液压刹 车装置的定位孔组成，当半框关闭，定位销完全插入定位孔后，刹车装置动作， 保证两个半框可靠对合并锁紧。环形框周向布置的压紧装置4实现对工件的固 持。电主轴动力头钻铣装置10可沿圆形导轨9运动，加工动力头工作台26可在Y 方向移动。这些运动与动力头的进给运动组合，实现刀具对机身对接端面的铣 削和制孔工作。
C型机床左床身1和C型机床右床身13分别在丝杆滑块机构的带动下，沿导轨 作X向运动，两个半环形框打开。当飞机机身到达加工位置，定位完成后，关闭 两个半环型框，导向锁紧装置6动作，两个半框可靠对合并锁紧。环形框周向布 置的压紧装置4的气缸动作，压紧杆伸出，对机身进行固持，减小加工震动。
机床两个C型床身的圆形导轨9上各有两个滑枕， 一个滑枕上沿周向的伸 縮杆上分别装有铆接分度盘21，组成钻铆装置8并实现钻孔和锪窝及放钉，顶 铆功能；另一个滑枕上沿周向的伸縮杆上装有可换刀的电主轴动力头27，组成 电主轴动力头钻铣装置10，实现机身段对接端面的铣削和制孔工作。
对合导向锁紧装置6由一组定位销及带液压刹车装置的定位孔组成，当两 个半框闭合时，定位销完全插入定位孔后，刹车装置动作，保证两个半框可靠 对合并锁紧；人工操作台2、人工操作梯5便于在加工时帮助人工观察，并进行 切屑清除、去毛刺、冷挤压等操作。
如图2所示，钻铆装置8包括铆接支撑平台、伸縮油缸16、铆接工作台17、 放铆钉单元18、钻孔锪窝单元19、顶铁20、铆接分度盘21、线性导轨及滑块 22、圆周运动驱动电机23，铆接支撑平台上设有圆周运动驱动电机23、伸縮油 缸16和线性导轨及滑块22，线性导轨及滑块22上设有铆接工作台17，铆接工 作台17的中心设有铆接分度盘21，铆接分度盘21的端面上均布放铆钉单元18、 钻孔锪窝单元19和顶铁20。钻孔锪窝单元19由电主轴和钻锪组合刀具组成， 电主轴由加工中心控制。放铆钉单元18主要由储钉管和电磁振动料斗组成，可
以输送几种不同尺寸和规格的铆钉。放铆钉单元18、钻孔锪窝单元19和顶铁
20绕分度盘轴线可以作±240°旋转。
如图3所示，电主轴动力头钻铣装置10包括钻铣支撑平台24、伸縮油缸 25、加工动力头工作台26、电主轴动力头27、线性导轨及滑块28、圆周运动驱 动电机29，钻铣支撑平台24上设有圆周运动驱动电机29、伸縮油缸25和线性 导轨及滑块28，线性导轨及滑块28上设有加工动力头工作台26，加工动力头 工作台26的中心设有电主轴动力头27。
C型对合式铣钻铆组合加工中心使用方法包括铣钻加工和钻铆加工两部分
铣钻加工包括如下步骤
1) C型机床左床身1及C型机床右床身13沿X方向移动，环形框机构左 右两个非对称的半框打开，待加工工件入位后，环形框机构左右两个非对称的 半框对合、关闭；
2) 环形框机构周向布置的压紧装置4气缸动作，压紧杆伸出实现对工件的 局部压紧；
3) 圆周运动驱动电机29驱动钻铣支撑平台24沿C型机架圆形导轨9作周 向运动，伸縮油缸25驱动加工动力头工作台26在线性导轨及滑块28配合下沿 Y向运动，到达加工位置后，各锁紧机构工作，完成定位。进给驱动电机驱动 电主轴动力头27进给运动，实现刀具对机身对接端面任意部位的铣钻加工。
钻铆加工包括如下步骤
4) 利用激光跟踪仪对内外钻铆设备进行位置测量后，取得钻铆设备的空间 坐标信息；
5) 根据钻铆设备的空间坐标信息，驱动装置使铆接支撑平台沿C型机床上 的圆形导轨9作周向运动，伸缩油缸16驱动铆接工作台17在线性导轨22上沿 Y向运动，铆接分度盘21旋转电机驱动铆接分度盘21旋转至钻孔锪窝单元19 轴线对正铆接点，各锁紧机构锁定工作位置；
6) 钻铆装置8的钻孔锪窝单元19由电主轴和钻锪组合刀具组成，电主轴 由加工中心控制。钻孔锪窝单元19沿机身径向进给保证孔的轴线垂直于机身外 表面，钻孔锪窝单元19完成钻孔锪窝过程后退回并沿逆时针旋转120。，放铆单 元18中心轴线对正孔中心；
7) 放铆钉单元18主要由储钉管和电磁振动料斗组成，可以输送几种不同 尺寸和规格的铆钉。放铆钉单元18通过压縮空气将铆钉沿导管输送到放钉机械 手中，放钉机械手下降将铆钉压入孔内，然后退回并沿逆时针旋转120°，顶铁
20中心轴线与铆钉方向一致，顶牢铆钉；
孔和铆钉有一定干涉量，故铆钉不会脱落，顶铁20下降顶住铆钉沉头。钻 孔锪窝单元19、放铆钉单元18和顶铁20前端，各有一衬套，衬套在弹簧定位
销的作用下实现蒙皮和机身的预压紧。
8)顶铁20位于铆钉沉头正上方。为避免旋转过程中电线缠绕，顶铁20、 放铆钉单元18和钻孔锪窝单元19绕分度盘轴线作±240°旋转。
权利要求
1．一种C型对合式铣钻铆组合加工中心，其特征在于包括C型机床左床身(1)、人工操作台(2)、床身连接筋板(3)、压紧装置(4)、人工操作梯(5)、对合导向锁紧装置(6)、升降操作台(7)、钻铆装置(8)、圆形导轨(9)、电主轴动力头钻铣装置(10)、导轨挡板(11)、固定底座(12)、C型机床右床身(13)、换刀装置(14)、半圆弧支撑板(15)，固定底座(12)上依次设有C型机床左床身(1)、导轨挡板(11)、C型机床右床身(13)，固定底座(12)中心处设有升降操作台(7)，C型机床左床身(1)、C型机床右床身(13)分别设有两块半圆弧支撑板(15)，并通过床身连接筋板(3)固定，在两块半圆弧支撑板(15)的半圆弧外侧均布有压紧装置(4)，在两块半圆弧支撑板(15)的半圆弧面内侧设有圆形导轨(9)，在圆形导轨(9)上设有钻铆装置(8)、电主轴动力头钻铣装置(10)，在两块半圆弧支撑板(15)的半圆弧面上、下端面设有对合导向锁紧装置(6)，C型机床左床身(1)、C型机床右床身(13)分别设有换刀装置(14)、人工操作台(2)和人工操作梯(5)。
2. 根据权利要求1所述的一种C型对合式铣钻铆组合加工中心，其特征在 于所述的钻铆装置(8)包括铆接支撑平台、伸縮油缸(16)、铆接工作台(17)、放铆 钉单元(18)、钻孔锪窝单元(19)、顶铁(20)、铆接分度盘(21)、线性导轨及滑块(22)、圆周运动驱动电机(23)，铆接支撑平台上设有圆周运动驱动电机(23)、 伸缩油缸16和线性导轨及滑块(22)，线性导轨及滑块(22)上设有铆接工作 台(17)，铆接工作台(17)的中心设有铆接分度盘(21)，铆接分度盘(21) 的端面上均布放铆钉单元(18)、钻孔锪窝单元(19)和顶铁(20)。
3. 根据权利要求1所述的一种C型对合式铣钻铆组合加工中心，其特征在于 所述的电主轴动力头钻铣装置(10)包括钻铣支撑平台(24)、伸縮油缸(25)、 加工动力头工作台(26)、电主轴动力头(27)、线性导轨及滑块(28)、圆周运 动驱动电机(29)，钻铣支撑平台(24)上设有圆周运动驱动电机(29)、伸缩 油缸(25)和线性导轨及滑块(28)，线性导轨及滑块(28)上设有加工动力头 工作台(26)，加工动力头工作台(26)的中心设有电主轴动力头(27)。
4. 根据权利要求1所述的一种C型对合式铣钻铆组合加工中心，其特征在 于，所述的对合导向锁紧装置(6)由一组定位销及带液压刹车装置的定位孔组 成，当两个半框闭合时，定位销完全插入定位孔后，刹车装置动作，保证两个 半框可靠对合并锁紧;。
5. 根据权利要求1所述的一种C型对合式铣钻铆组合加工中心，其特征在 于，所述的钻孔锪窝单元(19)由电主轴和钻锪组合刀具组成，电主轴由加工 中心控制。
6. 根据权利要求1所述的一种C型对合式铣钻铆组合加工中心，其特征在 于，所述的放铆钉单元(18)主要由储钉管和电磁振动料斗组成，可以输送几 种不同尺寸和规格的铆钉。
7. 根据权利要求1所述的一种C型对合式铣钻铆组合加工中心，其特征在 于，所述的放铆钉单元(18)、钻孔锪窝单元(19)和顶铁(20)绕分度盘轴线 可以作±240°旋转。
8. 根据权利要求1所述的一种C型对合式铣钻铆组合加工中心，其特征在 于，所述的人工操作台(2)、人工操作梯(5)便于在加工时帮助人工观察，并 进行切屑清除、去毛刺、冷挤压等操作。
9. 一种根据权利要求1所述的C型对合式铣钻铆组合加工中心使用方法， 其特征在于包括铣钻加工和钻铆加工两部分铣钻加工包括如下步骤1) C型机床左床身(1)及C型机床右床身(13)沿X方向移动，环形框 机构左右两个非对称的半框打开，待加工工件入位后，环形框机构左右两个非 对称的半框对合、关闭；2) 环形框机构周向布置的压紧装置(4)气缸动作，压紧杆伸出实现对工 件的局部压紧；3) 电主轴动力头钻铣装置(10)沿圆形导轨运动，加工动力头工作台(26) 在Y方向移动，实现刀具对机身对接端面任意部位的铣钻加工；钻铆加工包括如下步骤4) 利用激光跟踪仪对内外钻铆设备进行位置测量后，取得钻铆设备的空间 坐标信息；5) 根据钻铆设备的空间坐标信息，驱动装置使铆接支撑平台沿C型机床上 的圆形导轨(9)作周向运动，伸縮油缸(16)驱动铆接工作台(17)在线性导 轨(22)上沿Y向运动，铆接分度盘(21)旋转电机驱动铆接分度盘(21)旋 转至钻孔锪窝单元(19)轴线对正铆接点，各锁紧机构锁定工作位置；6) 钻孔锪窝单元(19)完成钻孔锪窝过程后退回并沿逆时针旋转120°，放 铆单元(18)中心轴线对正孔中心；7) 放铆钉单元(18)通过压縮空气将铆钉沿导管输送到放钉机械手中，放 钉机械手下降将铆钉压入孔内，然后退回并沿逆时针旋转120°,顶铁(20)中 心轴线与铆钉方向一致，顶牢铆钉；8) 顶铁(20)位于铆钉沉头正上方，顶铁(20)、放铆钉单元(18)和钻 孔锪窝单元(19)绕分度盘轴线作土240。旋转。
全文摘要
本发明公开了一种C型对合式铣钻铆组合加工中心的工作原理和结构。可对飞机机身段进行铣钻加工，并具有锪窝及置放铆钉的功能。固定底座上设有C型机床左、右床身，床身上设有两块半圆弧支撑板，在支撑板上均布有压紧装置及圆形导轨，圆形导轨上设有钻铆装置、电主轴动力头钻铣装置。加工步骤为1)左、右床身在导轨上移动，两个半环形框打开；2)工件到位后，两个半环形框闭合，实现对工件的固持；3)电主轴动力头钻铣装置到位后完成对工件的钻铣加工；4)钻铆装置的工作过程与钻铣装置类似。本发明的优点在于1)可以满足飞机机身段铣钻铆的自动化加工；2)保证工件加工后具有良好的通过性；3)周向加工及铆接范围大，工作效率高。
文档编号B23Q1/25GK101362302SQ20081016167
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者刚 刘, 强 方, 李江雄, 柯映林, 青 王, 蒋君侠, 贾叔仕, 郭志敏, 鹏 黄, 黄浦缙 申请人:浙江大学