适用于运载火箭短壳的自动钻铆设备的制作方法

本发明涉及航天钻铆设备领域，具体地，涉及一种适用于运载火箭短壳的自动钻铆设备。

背景技术：

运载火箭设计了贮箱、箱间段、级间段等多个舱段，贮箱2端设计了短壳结构，短壳结构用于贮箱和箱间段连接，或贮箱和级间段连接，短壳由端框和壳段两部分组成，端框和壳段之间采用铆接连接，每个短壳周向约需要1000多个铆钉连接，壳段周向需要开圆形或者方向口框，端框和壳段材料一般为铝合金，外圆直径约为φ3350mm，端框和壳段连接位置总厚度约为6mm-12mm。目前短壳的端框和壳段之间的安装方式为手工划出需要安装铆钉的位置，然后钻孔，手工将铆钉插入铆钉孔，然后手工铆接；由于每个短壳均需要安装1000多个铆钉，且每发火箭设计了数十个短壳结构，传统钻铆方式存在铆接孔加工位置精度低、铆接效率低、劳动强度大的问题。

专利文献cn109451672a公开了一种融钻铆机，包括：下机架、设置在所述下机架上的台面组件、设置在所述下机架上的左融钻铆装置以及右融钻铆装置；所述左融钻铆装置和所述右融钻铆装置分别设置在所述台面组件两端。该专利在解决铆接孔加工位置精度低、铆接效率低、劳动强度大的问题上仍然有待提高的空间。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于运载火箭短壳的自动钻铆设备。

根据本发明提供的一种适用于运载火箭短壳的自动钻铆设备，包括：外铆立柱组件、送钉系统、钻铆组件、内铆立柱组件、内铆组件、外铣立柱组件、铣削组件、旋转组件、视频监控系统、控制系统，其中，

-外铆立柱组件包括：外铆立柱、外铆滑枕组、第一加强框、第一连接框、楔形顶紧组，所述外铆立柱为整体制造的高刚性零件，通过地脚螺栓及调整垫铁固定在地基上；所述第一加强框安装在外铆立柱上，用于加强外铆立柱加强刚性；所述第一连接框一侧安装在外铆立柱上，另一侧安装在旋转组件上，用于固定外铆立柱组件和旋转组件的相对位置；所述楔形顶紧组安装在外铆立柱上，用于对导轨进行侧向顶紧；所述外铆滑枕组包括外铆滑枕ⅰ和外铆滑枕ⅱ，外铆滑枕ⅰ通过导轨滑块机构安装在外铆立柱的背面，通过电机、减速机提供驱动力，通过丝杆螺母机构传递驱动力，实现上下移动，外铆滑枕ⅱ通过导轨滑块机构安装在外铆立柱的正面，与外铆滑枕ⅰ通过轴孔配合及螺栓固定连接，外铆滑枕组通过光栅尺对上下移动的位置进行精确反馈控制，通过上下2组光电开关控制移动极限位置；

-旋转组件包括：本体、旋转台面、工艺板、转接板，所述本体通过地脚螺栓及调整垫铁固定在地基上，本体周向设计窗口，方便人员进出；所述旋转台面通过圆形导轨滑块机构安装在本体上，通过电机、减速机提供旋转驱动力，通过滚轮滚圈传递驱动力，通过圆光栅对旋转角度进行精确反馈控制；所述工艺板包含多个安装板，周向均布固定在旋转台面的内圆面，工艺板下部突出外圆面嵌入本体上板内圆面，用于保证旋转台面与本体之间安装同轴度，工艺板多个安装板的下部外圆面与旋转台面的导轨、滚圈、光栅尺的安装台阶面整体加工，确保同轴度，安装完成后拆除工艺板；所述转接板通过轴孔结构安装在旋转台面上，转接板的上表面为工作面，用于安装火箭短壳的端框，与端框之间通过销孔定位，通过周向均布螺钉固定；

优选地，所述内铆立柱组件包括：内铆立柱、内铆滑枕组、第二加强框、第二连接框、楔形顶紧组，内铆立柱组件的组成及结构形式与外铆立柱组件类似，通过地脚螺栓及调整垫铁固定安装在旋转组件内部的地基上，内铆立柱组件纵向中平面与外铆立柱组件纵向中平面对齐；

优选地，所述外铣立柱组件包括：外铣立柱、外铣滑枕组、第三加强框、第三连接框、楔形顶紧组，外铣立柱组件的组成及结构形式与外铆立柱组件类似，通过地脚螺栓及调整垫铁固定安装在旋转组件外部的地基上，外铣立柱组件纵向中平面与外铆立柱组件纵向中平面垂直；

优选地，所述钻铆组件包括：第一2轴滑台、外铆缸、外铆杆、钻削主轴，所述第一2轴滑台安装在外铆立柱组件的外铆滑枕组上，第一2轴滑台具备x向和y向2个移动自由度，x向和y向自由度均通过电机驱动，通过丝杆螺母机构传递驱动力，通过导轨滑块机构导向，所述外铆杆安装在外铆缸上，所述外铆缸和钻削主轴沿y向水平安装在第一2轴滑台上，外铆缸和钻削主轴具备x向、y向、z向3个移动自由度；钻铆组件通过所述钻削主轴实现目标位置钻孔，通过所述第一2轴滑台实现外铆缸和钻削主轴沿y向位置切换，通过所述外铆缸提供x向静压铆接力，外铆杆与铆钉配合面为设计为圆弧面；

优选地，所述送钉系统包括：送钉机、钉柜、送钉管路、接钉单元、插钉单元，所述钉柜放置在地面上，钉柜内部安装多个不同规格的送钉机，每个送钉机安装相应规格的送钉管路，送钉机将相应规格的铆钉送出，铆钉送至送钉管路末端，接钉单元通过系统的控制，自动移动至送钉管路末端位置进行接钉，铆钉通过插钉单元将铆钉插入铆钉孔，此时外铆缸的轴伸出，通过外铆杆为铆钉提供反向移动支撑，铆钉无法后退；

优选地，所述内铆组件包括：内铆缸、内铆杆、固定架，所述固定架安装在内铆立柱组件的内铆滑枕组上，所述内铆缸安装在固定架上，所述内铆杆安装在内铆缸上，内铆缸的轴沿-x向伸出，通过内铆杆对铆钉提供静压力，将铆钉挤压变形，形成镦头，完成铆接；

优选地，铣削组件包括：第二2轴滑台、铣削主轴、油雾冷却系统，所述第二2轴滑台安装在外铣立柱组件的外铣滑枕组上，第二2轴滑台包括x向和y向2个移动自由度，所述铣削主轴安装在第二2轴滑台上，与外铣立柱组件对外铣滑枕组提供的z向自由度，旋转组件对旋转台面提供的旋转自由度组合形成3个移动自由度和1个旋转自由度，满足短壳加工口框的功能需求，所述油雾冷却系统安装在第二2轴滑台上，对安装在铣削主轴上的铣刀进行冷却；

优选地，所述视频监控系统用于对铆钉铆接过程进行录像，和对铆接质量进行评判，铆接质量进行评判是通过铆钉铆接后镦头的尺寸和形状通过拍照方式进行采集，然后与系统内部设定的镦头尺寸和形状进行对比，对不合格的镦头发出报警，并给出重新铆接的提示；

优选地，所述控制系统用于对整个设备中的电器件进行控制，实现对短壳的自动钻孔、铆接、铣削口框的功能。

工作时，第一步是短壳安装，首先将短壳的端框安装在旋转组件的转接板上，端框与转接板之间通过4个销钉进行限位，通过周向均布的30个螺钉固定，其次将短壳的壳段套入端框，壳段内圆面与端框外圆面为间隙配合，然后按照图纸要求，对装配在一起的短壳周向手工钻孔、铆接8个铆钉初步固定。第二步是钻孔、送钉、插钉、铆接，首先设备执行钻铆程序，控制钻铆组件的钻削主轴对短壳目标位置钻孔，钻孔的同时，根据设定好的程序，送钉系统将相应规格的铆钉送至接钉单元，当钻孔结束后，钻铆组件的第一2轴滑台工作，将钻削主轴沿-x向退出，然后外铆缸和钻削主轴同时沿+y向移动，将外铆缸移动至刚完成的铆钉孔的位置，送钉系统继续工作，将铆钉送至刚刚钻孔完成的铆钉孔，此时外铆杆为铆钉提供反向移动支撑，铆钉无法后退；其次，内铆缸沿-x向伸出，通过内铆杆挤压铆钉，通过内铆杆移动的位置和内铆缸承受的铆接力的双重反馈，控制铆接过程，最终完成铆钉铆接；再次，通过视频监控系统对铆钉镦头进行拍照，与系统内部设定的镦头尺寸和形状进行对比，判断铆接质量；重复以上过程，完成短壳周向1000多个铆接点的铆接。铆接完成后，铣削组件与旋转组件形成四轴联动系统，执行控制系统程序，完成短壳的壳段口框加工。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明可实现大尺寸、弱刚性运载火箭短壳端框和壳段之间的自动钻孔、铆接，以及壳段周向口框的铣削，通过控制系统对设备进行运动控制，通过视频监控系统对铆接过程进行录像和质量检测，设备执行钻铆铣程序，可满足运载火箭短壳的自动钻孔、铆接、铣口框，具有铆接质量高、铆接效率高以及钻铆铣一体化的优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明装配原理示意图；

图2为外铆立柱组件原理示意图；

图3为钻铆组件和送钉系统原理示意图；

图4为内铆立柱组件和内铆组件原理示意图；

图5为外铣立柱组件和铣削组件原理示意图；

图6为旋转组件原理图；

图中：1为外铆立柱组件，2为送钉系统，3为钻铆组件，4为内铆立柱组件，5为内铆组件，6为外铣立柱组件，7为铣削组件，8为旋转组件，9为视频监控系统，10为控制系统，11为外铆立柱，12为外铆滑枕组，13为第一加强框，14为第一连接框，15为楔形顶紧组，16为第一2轴滑台，17为外铆缸，18为外铆杆，19为钻削主轴，20为送钉机，21为钉柜，22为送钉管路，23为接钉单元，24为插钉单元，25为内铆缸，26为固定架，27为内铆杆，28为内铆立柱，29为内铆滑枕组，30为外铣立柱，31为外铣滑枕组，32为第三连接框，33为第三加强框，34为第二2轴滑台，35为铣削主轴，36为旋转组件本体，37为旋转台面，38为工艺板，39为转接板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参阅图1至图6，一种运载火箭短壳自动钻铆设备，包括：外铆立柱组件1、送钉系统2、钻铆组件3、内铆立柱组件4、内铆组件5、外铣立柱组件6、铣削组件7、旋转组件8、视频监控系统9、控制系统10，其中，

-外铆立柱组件1包括：外铆立柱11、外铆滑枕组12、第一加强框((13))、第一连接框(14)、楔形顶紧组15，所述外铆立柱11为整体制造的高刚性零件，通过地脚螺栓及调整垫铁固定在地基上；所述第一加强框13安装在外铆立柱11上，用于加强外铆立柱11刚性；所述第一连接框14一侧安装在外铆立柱11上，另一侧安装在旋转组件8上，用于固定外铆立柱组件1和旋转组件8的相对位置；所述楔形顶紧组15安装在外铆立柱11上，用于对导轨进行侧向顶紧；所述外铆滑枕组12包括外铆滑枕ⅰ和外铆滑枕ⅱ，外铆滑枕ⅰ通过导轨滑块机构安装在外铆立柱11的背面，通过电机、减速机提供驱动力，通过丝杆螺母机构传递驱动力，实现上下移动，外铆滑枕ⅱ通过导轨滑块机构安装在外铆立柱11的正面，与外铆滑枕ⅰ通过轴孔配合及螺栓固定连接，外铆滑枕组12通过光栅尺对上下移动的位置进行精确反馈控制，通过上下2组光电开关控制移动极限位置；

-旋转组件8包括：本体36、旋转台面37、工艺板38、转接板39，所述本体36通过地脚螺栓及调整垫铁固定在地基上，本体周向设计窗口，方便人员进出；所述旋转台面37通过圆形导轨滑块机构安装在本体36上，通过电机、减速机提供旋转驱动力，通过滚轮滚圈传递驱动力，通过圆光栅对旋转角度进行精确反馈控制；所述工艺板38包含多个安装板，周向均布固定在旋转台面的内圆面，工艺板下部突出外圆面嵌入本体36上板内圆面，用于保证旋转台面37与本体36之间安装同轴度，工艺板38多个安装板的下部外圆面与旋转台面37的导轨、滚圈、光栅尺的安装台阶面整体加工，确保同轴度，安装完成后拆除工艺板3；所述转接板39通过轴孔结构安装在旋转台面37上，转接板39的上表面为工作面，用于安装火箭短壳的端框，与端框之间通过销孔定位，通过周向均布螺钉固定。

进一步地，所述内铆立柱组件4包括：内铆立柱28、内铆滑枕组29、第二加强框、第二连接框、楔形顶紧组，内铆立柱组件4的组成及结构形式与外铆立柱组件1类似，通过地脚螺栓及调整垫铁固定安装在旋转组件8内部的地基上，内铆立柱组件4纵向中平面与外铆立柱组件1纵向中平面对齐；

进一步地，所述外铣立柱组件6包括：外铣立柱30、外铣滑枕组31、第三加强框((33))、第三连接框((32))、楔形顶紧组，外铣立柱组件6的组成及结构形式与外铆立柱组件1类似，通过地脚螺栓及调整垫铁固定安装在旋转组件1外部的地基上，外铣立柱组件6纵向中平面与外铆立柱组件1纵向中平面垂直；

进一步地，所述钻铆组件3包括：第一2轴滑台(16)、外铆缸17、外铆杆18、钻削主轴19，所述第一2轴滑台16安装在外铆立柱组件1的外铆滑枕组12上，第一2轴滑台16具备x向和y向2个移动自由度，x向和y向自由度均通过电机驱动，通过丝杆螺母机构传递驱动力，通过导轨滑块机构导向，所述外铆杆18安装在外铆缸17上，所述外铆缸17和钻削主轴19沿y向水平安装在第一2轴滑台16上，外铆缸17和钻削主轴19具备x向、y向、z向3个移动自由度；钻铆组件3通过所述钻削主轴19实现目标位置钻孔，通过所述第一2轴滑台16实现外铆17缸和钻削主轴19沿y向位置切换，通过所述外铆缸17提供x向静压铆接力，外铆杆18与铆钉配合面为设计为圆弧面；

进一步地，所述送钉系统2包括：送钉机20、钉柜21、送钉管路22、接钉单元23、插钉单元24，所述钉柜21放置在地面上，钉柜21内部安装多个不同规格的送钉机20，每个送钉机20安装相应规格的送钉管路22，送钉机20将相应规格的铆钉送出，铆钉送至送钉管路22末端，接钉单元23通过系统的控制，自动移动至送钉管路22末端位置进行接钉，铆钉通过插钉单元24将铆钉插入铆钉孔，此时外铆缸17的轴伸出，通过外铆杆18为铆钉提供反向移动支撑，铆钉无法后退；

进一步地，所述内铆组件5包括：内铆缸25、内铆杆27、固定架26，所述固定架26安装在内铆立柱组件4的内铆滑枕组29上，所述内铆缸25安装在固定架26上，所述内铆杆27安装在内铆缸25上，内铆缸25的轴沿-x向伸出，通过内铆杆27对铆钉提供静压力，将铆钉挤压变形，形成镦头，完成铆接；

进一步地，铣削组件7包括：第二2轴滑台(34)、铣削主轴35、油雾冷却系统，所述第二2轴滑台34安装在外铣立柱组件6的外铣滑枕组31上，第二2轴滑台34包括x向和y向2个移动自由度，所述铣削主轴35安装在第二2轴滑台34上，与外铣立柱组件6对外铣滑枕组31提供的z向自由度，旋转组件8对旋转台面37提供的旋转自由度组合形成3个移动自由度和1个旋转自由度，满足短壳加工口框的功能需求，所述油雾冷却系统安装在第二2轴滑台34上，对安装在铣削主轴35上的铣刀进行冷却；

进一步地，所述视频监控系统9用于对铆钉铆接过程进行录像，和对铆接质量进行评判，铆接质量进行评判是通过铆钉铆接后镦头的尺寸和形状通过拍照方式进行采集，然后与系统内部设定的镦头尺寸和形状进行对比，对不合格的镦头发出报警，并给出重新铆接的提示；

进一步地，所述控制系统10用于对整个设备中的电器件进行控制，实现对短壳的自动钻孔、铆接、铣削口框的功能。

工作时，第一步是短壳安装，首先将短壳的端框安装在旋转组件8的转接板39上，端框与转接板39之间通过4个销钉进行限位，通过周向均布的30个螺钉固定，其次将短壳的壳段套入端框，壳段内圆面与端框外圆面为间隙配合，然后按照图纸要求，对装配在一起的短壳周向手工钻孔、铆接8个铆钉初步固定。第二步是钻孔、送钉、插钉、铆接，首先设备执行钻铆程序，控制钻铆组件3的钻削主轴19对短壳目标位置钻孔，钻孔的同时，根据设定好的程序，送钉系统2将相应规格的铆钉送至接钉单元23，当钻孔结束后，钻铆组件3的第一2轴滑台16工作，将钻削主轴19沿-x向退出，然后外铆缸17和钻削主轴19同时沿+y向移动，将外铆缸17移动至刚完成的铆钉孔的位置，送钉系统2继续工作，将铆钉送至刚刚钻孔完成的铆钉孔，此时外铆杆18为铆钉提供反向移动支撑，铆钉无法后退；其次，内铆缸25沿-x向伸出，通过内铆杆27挤压铆钉，通过内铆杆27移动的位置和内铆缸25承受的铆接力的双重反馈，控制铆接过程，最终完成铆钉铆接；再次，通过视频监控系统9对铆钉镦头进行拍照，与系统内部设定的镦头尺寸和形状进行对比，判断铆接质量；重复以上过程，完成短壳周向1000多个铆接点的铆接。铆接完成后，铣削组件7与旋转组件8形成四轴联动系统，执行控制系统程序，完成短壳的壳段口框加工。

本发明提供了运载火箭短壳自动钻铆设备。该设备包括外铆立柱组件、送钉系统、钻铆组件、内铆立柱组件、内铆组件、外铣立柱组件、铣削组件、旋转组件、视频监控系统、控制系统。本发明提供了运载火箭短壳自动钻铆设备，用于实现运载火箭短壳的端框和壳段两部分之间自动钻孔、铆接，以及实现壳段周向口框的铣削加工。l型端框通过端面安装在旋转组件上，壳段通过轴孔配合的方式套入端框，壳段内表面与端框外表面贴合；旋转组件带动短壳自动转动，通过圆光栅实现转动角度精确控制；钻铆组件安装在外铆立柱组件上，外立柱组件带动钻铆组件上下移动；钻铆组件包含铆接模块、钻孔模块、切换滑台，具备钻孔、铆接位置切换功能，钻孔进给功能、铆接进给功能，对短壳目标位置先钻孔，然后进行将铆钉送至目标孔，并保持顶紧；送钉系统安装在钻铆组件上，具备多种规格铆钉自动选择、自动送钉功能，可将铆钉自动送至铆接模块；内铆组件安装在内立柱组件上，内立柱组件带动内铆组件上下移动；内铆组件具备铆接进给功能，包含内铆缸、内铆杆，在内铆缸驱动下，内铆杆伸出，对目标位置铆钉静压铆；铣削组件安装在外铣立柱组件上，外铣立柱组件带动铣削组件上下移动；铣削组件具备3个移动自由度，与旋转组件组成四轴系统，实现短壳周向口框的自动铣削；视频监控系统对铆接过程实时监控，采用图像识别与处理的方法，对铆接质量进行自动判断；控制系统对整个设备的所有电机、铆缸、油路润滑系统、视频监控系统进行控制，实现运载火箭短壳的端框和壳段之间周向自动钻铆和壳段周向口框的铣削加工。本发明运载火箭短壳自动钻铆设备，可实现大尺寸、弱刚性运载火箭短壳端框和壳段之间的自动钻孔、铆接，以及壳段周向口框的铣削，具有铆接质量高、铆接效率高以及钻铆铣一体化的优点。

本发明可实现大尺寸、弱刚性运载火箭短壳端框和壳段之间的自动钻孔、铆接，以及壳段周向口框的铣削，通过控制系统10对设备进行运动控制，通过视频监控系统9对铆接过程进行录像和质量检测，设备执行钻铆铣程序，可满足运载火箭短壳的自动钻孔、铆接、铣口框，具有铆接质量高、铆接效率高以及钻铆铣一体化的优点。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、单元、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、单元、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、单元、单元视为既可以是实现方法的软件单元又可以是硬件部件内的结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。