专利名称：一种自动化钻孔装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属材料加工设备技术领域，尤其涉及一种自动化钻孔装置。
背景技术：
运载火箭箭体结构主要分为贮箱和舱段两种形式，后者主要是采用铆接工艺进行装配。铆接舱段一般是采用将梁、桁条、框、蒙皮等通过铆接和螺接连接而成的圆柱形结构，由于孔的数量较多，仅一个一二级级间段上就有3万多个铆钉孔，一发火箭需要制十万多个孔，要花费大量的时间对大梁和桁条在型架下制底孔，并且有三分之一的梁和桁条要预留出孔的位置在总装时型架上制出。目前所有舱体上的铆钉孔、螺钉孔均采用手工方式划线和制孔，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定，存在着生产效率低、质量不可靠、工人劳动强度大等问题。由于当前的制孔工艺存在着加工工艺相对落后、手工制孔一致性差、精度低、质量稳定性不可靠、效率低、工人劳动强度高、工作环境差等问题。在当前任务量的情况下，为确保高质量、高效率地完成铆接加工，这些瓶颈问题必须得到有效解决。因此，有必要对现有的钻孔技术进行改进。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种自动化钻孔装置，以实现有效高质的钻孔。为解决上述问题，本实用新型提出一种自动化钻孔装置，包括:底座，其上固定有工作台和第一传动副；所述工作台上布置有限位块、定位装置、夹紧装置、保护垫块、以及工件；所述第一传动副包括两根第一滚动导轨副和第一滚珠丝杠，所述两根第一滚动导轨副分别设置在所述工作台的两侧，所述第一滚珠丝杠设置在其中一根第一滚动导轨副的旁边，所述第一滚珠丝杠与电机相连；动柱式龙门结构支撑在所述两根第一滚动导轨副上，且与所述第一滚珠丝杠相连，所述第一滚珠丝杠在电机驱动作用下带动所述动柱式龙门结构在所述两根第一滚动导轨副上沿X轴方向进行直线运动；所述动柱式龙门结构上设有电主轴、第二传动副、第三传动副、以及钻头，所述钻头通过所述电主轴、第二传动副、以及第三传动副在Y方向进行运动、Z方向进行钻孔；所述定位装置、夹紧装置以及所述电主轴与一气控部件连接；所述底座的第一传动副、所述动柱式龙门结构的第二传动副与第三传动副、以及所述电主轴与一控制系统连接，所述控制系统控制所述动柱式龙门结构在所述底座上的第一滚动导轨副上进行X方向运动、控制所述电主轴在Y、z方向运动、并控制所述钻头在Z方向的升降运动，同时控制所述气控部件以实现钻头的路径钻孔。可选的，所述工作台为“Ω”型工作台。[0016]可选的，所述保护垫块的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。可选的，所述电主轴采用标准IS020刀柄的自动换刀主轴头。可选的，所述定位装置以及所述夹紧装置包括气缸，所述控制系统控制所述定位装置与所述夹紧装置的气缸的运动，将工件进行快速定位和夹紧。可选的，所述控制系统包括工业控制PC机、运动控制器、进给交流伺服系统、以及主轴变频调速系统，其中:所述工业控制PC机内置有自动编程软件，可根据CAD图形自动生成加工程序；其输入输出信号通过一集成工业薄膜式机床操作面板操作和彩色液晶显示器显示；所述运动控制器、进给交流伺服系统、以及主轴变频调速系统与工控机连接，以实现动柱式龙门结构、电主轴、钻头在X、Y、Z方向的运动。本实用新型提供的自动化钻孔装置由于具有以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果:I)根据工件采用全套专用气动式自动卡具，对工件进行自动定位、夹紧；根据CAD图纸自动生成钻孔程序，免除了通用数控系统所需要的复杂数控编程工作，并能修改和存贮；2)高精度滚珠丝杠和滚动导轨的精密传动，以及高速电主轴的高切削速度，保证了精度要求，大大提高了制孔效率；3)本实用新型提供的自动化钻孔装置可加工不同规格的零件，同时加工零件的数量在2件以上，取得了可批量加工、加工一致性好等有益效果。
图1是本实用新型提供的自动化钻孔装置的结构示意图；图2是本实用新型提供的控制系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的提供的自动化钻孔装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。本实用新型的核心思想在于，提供一种自动化钻孔装置，包括底座，其上固定有工作台、第一传动副；所述工作台上布置有限位块、定位装置、夹紧装置、保护垫块、以及工件；所述第一传动副支撑一动柱式龙门结构，所述动柱式龙门结构通过所述第一传动副在X轴方向进行直线运动；所述动柱式龙门结构上设有电主轴、第二传动副、第三传动副、以及钻头，所述钻头通过所述电主轴、第二传动副、以及第三传动副在Y轴方向进行运动、Z轴方向进行钻孔；并且所述X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的运动是通过控制系统进行自动控制的；从而可按程序进行自动钻孔，不仅保证了精度要求，而且提高了制孔质量的稳定性，无需再进行手工划线，生产效率、劳动强度、工作环境得到大大改善。请参考图1，图1是本实用新型提供的自动化钻孔装置的结构示意图，如图1所示，本实用新型提供的自动化钻孔装置，包括:[0031]底座1，其上固定有工作台13和第一传动副；所述工作台13上布置有限位块11、定位装置8、夹紧装置9、保护垫块12、以及工件10 ；所述第一传动副包括两根第一滚动导轨副2和第一滚珠丝杠14，所述两根第一滚动导轨副2分别设置在所述工作台13的两侧，所述第一滚珠丝杠14设置在其中一根第一滚动导轨副2的旁边，所述第一滚珠丝杠14与电机相连；动柱式龙门结构3支撑在所述两根第一滚动导轨副2上，且与所述第一滚珠丝杠14相连，所述第一滚珠丝杠14在电机驱动作用下带动所述动柱式龙门结构3在所述两根第一滚动导轨副2上沿X轴方向进行直线运动；所述动柱式龙门结构3上设有电主轴6、第二传动副5、第三传动副7、以及钻头4，所述第二传动副5包括两根第二滚动导轨副和第二滚珠丝杠，所述第三传动副7包括两根第三滚动导轨副和第三滚珠丝杠，所述钻头4通过所述电主轴6、第二传动副5、以及第三传动副7在Y方向进行运动、Z方向进行钻孔；所述定位装置8、夹紧装置9以及所述电主轴6与一气控部件连接；所述底座I的第一滚珠丝杠14与第一滚动导轨副2、所述动柱式龙门结构3的第二传动副5与第三传动副7、以及所述电主轴6与一控制系统连接，所述控制系统控制所述动柱式龙门结构3在所述底座I上的第一滚动导轨副2上进行X方向运动、控制所述电主轴6在Y、Z方向运动、并控制所述钻头4在Z方向的升降运动，同时控制所述气控部件以实现钻头4的路径钻孔。进一步地，所述X、Y、Z轴均采用交流伺服电机驱动，X、Y、Z轴两端部安装运动接近开关、缓冲器、机械限位装置。进一步地，所述工作台13为“ Ω ”型工作台。进一步地，所述保护垫块12的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，用来保护钻头4硬接触工作台，造成脆断。进一步地，所述电主轴6采用标准IS020刀柄的自动换刀主轴头，可进行快速换刀和方便对刀。进一步地，所述定位装置8以及所述夹紧装置9包括气缸，所述控制系统控制所述定位装置8与所述夹紧装置9的气缸的运动，将工件进行快速定位和夹紧。进一步地，所述控制系统包括工业控制PC机、运动控制器、进给交流伺服系统、以及主轴变频调速系统，其中:所述工业控制PC机内置有自动编程软件，可根据CAD图形自动生成加工程序；其输入输出信号通过一集成工业薄膜式机床操作面板操作和彩色液晶显示器显示；所述运动控制器、进给交流伺服系统、以及主轴变频调速系统与工控机连接，以实现动柱式龙门结构3、电主轴6、钻头4在X、Y、Z方向的运动。控制系统控制定位装置8和夹紧装置9的气缸的运动，将工件进行快速定位和夹紧；钻头4在高速电主轴6的作用下，完成对工件的自动钻孔。关于控制系统请参考图2，图2是本实用新型提供的控制系统的结构框图，如图2所示，其中内置的自动编程软件，用以根据用户的CAD图纸直接生成钻孔加工程序；工业控制PC机作为控制系统的核心，其输入输出信号通过一个薄膜式面板操作和显示，用于控制本装置的启停、换刀等动作；工业控制PC机的X、Y、Z运动控制器与安装于机箱内的X、Y、Z交流伺服电机连接，用于控制精密滚珠丝杠的动作，带动电主轴和钻头实现X、Y、Z复合运动；并且，工业控制PC机控制气动系统和主轴系统，操作气动卡具和电主轴进行定位、装夹、除屑和旋转，从而实现对工件的自动钻孔。本实用新型提供的自动化钻孔装置的操作过程如下:首先，将工件CAD图纸输入PC机中，利用自动编程软件生成加工代码；其次，把工件(单件或2件以上)放到工作台上，X轴由限位块定位，控制器通过控制定位与夹紧气缸使工件在Y、Z轴定位、夹紧；最后，调用加工程序，对工件进行钻孔，并由除屑装置清除多余物。本实用新型装置的人机交流界面全部是中文显示，操作方便，操作人员只要根据屏上的中文提示即可进行工作。各种工件的钻孔程序可随时生成，进行自动钻孔。本实用新型提供的自动化钻孔装置具有多种保护功能，当气动系统的压缩空气压力低于要求压力时，系统会自动报警并锁住；钻头在高速转动，进给加工时，工件下面设有聚甲基丙烯酸甲酯垫块，用来保护钻头硬接触工作台，造成脆断；滚珠丝杠和滚动导轨设有专用防护罩，以避免铝屑及其它多余物划伤其表面，影响精度。本实用新型还具有电缆运动拖链和自动油脂润滑系统等辅助设备。并且，本实用新型的装置具有手动、自动两种工作方式。采用手动工作方式时，可对工件在X轴、Y轴、Z轴方向进行单点钻孔。综上所述，本实用新型提供了一种自动化钻孔装置，包括底座，其上固定有工作台、第一滚珠丝杠、以及第一滚动导轨副；所述工作台上布置有限位块、定位装置、夹紧装置、保护垫块、以及工件；所述第一滚珠丝杠及所述第一滚动导轨副支撑一动柱式龙门结构，所述动柱式龙门结构通过所述第一滚珠丝杠及所述第一滚动导轨副在X轴方向进行直线运动；所述动柱式龙门结构上设有电主轴、第二滚珠丝杠、第二滚动导轨副、以及钻头，所述钻头通过所述电主轴、第二滚珠丝杠、以及第二滚动导轨副在Y轴方向进行运动、Z轴方向进行钻孔；并且所述X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的运动是通过控制系统进行自动控制的；从而可按程序进行自动钻孔，不仅保证了精度要求，而且提高了制孔质量的稳定性，无需再进行手工划线，生产效率、劳动强度、工作环境得到大大改善。显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种自动化钻孔装置，其特征在于，包括: 底座，其上固定有工作台和第一传动副； 所述工作台上布置有限位块、定位装置、夹紧装置、保护垫块、以及工件； 所述第一传动副包括两根第一滚动导轨副和第一滚珠丝杠，所述两根第一滚动导轨副分别设置在所述工作台的两侧，所述第一滚珠丝杠设置在其中一根第一滚动导轨副的旁边，所述第一滚珠丝杠与电机相连； 动柱式龙门结构支撑在所述两根第一滚动导轨副上，且与所述第一滚珠丝杠相连，所述第一滚珠丝杠在电机驱动作用下带动所述动柱式龙门结构在所述两根第一滚动导轨副上沿X轴方向进行直线运动； 所述动柱式龙门结构上设有电主轴、第二传动副、第三传动副、以及钻头，所述钻头通过所述电主轴、第二传动副、以及第三传动副在Y方向进行运动、Z方向进行钻孔； 所述定位装置、夹紧装置以及所述电主轴与一气控部件连接； 所述底座的第一传动副、所述动柱式龙门结构的第二传动副与第三传动副、以及所述电主轴与一控制系统连接，所述控制系统控制所述动柱式龙门结构在所述底座上的第一滚动导轨副上进行X方向运动、控制所述电主轴在Y、Z方向运动、并控制所述钻头在Z方向的升降运动，同时控制所述气控部件以实现钻头的路径钻孔。
2.如权利要求1所述的自动化钻孔装置，其特征在于，所述工作台为“Ω ”型工作台。
3.如权利要求1所述的自动化钻孔装置，其特征在于，所述保护垫块的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
4.如权利要求1所述的自动化钻孔装置，其特征在于，所述电主轴采用标准IS020刀柄的自动换刀主轴头。
5.如权利要求1所述的自动化钻孔装置，其特征在于，所述定位装置以及所述夹紧装置包括气缸，所述控制系统控制所述定位装置与所述夹紧装置的气缸的运动，将工件进行快速定位和夹紧。
专利摘要本实用新型公开了一种自动化钻孔装置，包括底座，其上固定有工作台和第一传动副；工作台上布置有限位块、定位装置、夹紧装置、保护垫块、及工件；第一传动副支撑一动柱式龙门结构在X轴方向进行直线运动；所述动柱式龙门结构上设有电主轴、第二传动副、第三传动副、以及钻头，所述钻头通过所述电主轴、第二传动副、以及第三传动副在Y方向进行运动、Z方向进行钻孔，且所述X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的运动是通过控制系统进行自动控制的；从而可按程序进行自动钻孔，不仅保证了精度要求，而且提高了制孔质量的稳定性，无需再进行手工划线，生产效率、劳动强度、工作环境得到大大改善。
文档编号B23B47/20GK202951894SQ201220489978
公开日2013年5月29日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者梁莹, 刘京兰, 乐斌 申请人:上海航天精密机械研究所