一种用于飞机翼身对接的龙门式数控制孔系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种龙门式数控制孔系统，尤其是一种用于飞机翼身对接的龙门式数控制孔系统，属于飞机数字化装配自动制孔领域。
【背景技术】
[0002]翼身对接制孔是飞机装配过程中的关键环节之一，它不仅影响翼身连接的安全性能，也将直接制约飞机总装周期和制造成本。由于制孔部位不易定位与装夹、作业环境狭小、连接孔直径较大等因素的影响，目前翼身对接制孔多采用手工钻削。中国发明专利ZL201010138456.6提出了一种翼身对接自动制孔系统及方法，它提供了翼身对接下壁板连接孔的自动加工方案。随着钛合金、碳纤维复合材料等难加工材料在机翼、机身结构件中的应用越来越广，传统钻孔因其过大制孔轴向力，极易导致此类材料工件的制孔缺陷。因此，如何实现翼身对接的高效精密制孔，已成为飞机数字化装配自动制孔中一个十分棘手问题。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是飞机翼身对接大直径连接孔加工难以现役自动钻孔系统，以及采用人工钻孔加工效率低等问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于飞机翼身对接的龙门式数控制孔系统，包括龙门支架组件、三个四杆调姿机构以及三个终端制孔单元；
[0005]龙门支架组件包括门型支架、两个垂直升降装置以及一个水平滑动装置；门型支架由左立柱、右立柱和横梁组成;两个垂直升降装置分别滑动式安装在左立柱和右立柱上，水平滑动装置滑动式安装在横梁上;在两个垂直升降装置上均设有一个水平伸缩的滑枕，在水平滑动装置上设有一个竖直伸缩的滑枕；
[0006]四杆调姿机构包括动平台、定平台、第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、第三电动伸缩杆以及第四电动伸缩杆;第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、第三电动伸缩杆和第四电动伸缩杆活动连接在动平台与定平台之间;三个四杆调姿机构的定平台分别安装在三个滑枕的伸缩端上；
[0007]终端制孔单元包括T型进给支撑壳体、T型公转支撑壳体、U型公转壳体、U型自转支撑壳体以及自转驱动装置;T型进给支撑壳体安装在动平台上，并在T型进给支撑壳体内设有第一轴承;第一轴承滑动套设在T型公转支撑壳体上，在T型公转支撑壳体内设有第二轴承，在T型公转支撑壳体外设有公转驱动装置和进给螺母，在公转驱动装置的输出轴上设有公转小齿轮;第二轴承固定套设在U型公转壳体上，在U型公转壳体上设有第一偏心孔和偏心调节驱动装置，在第一偏心孔内设有第三轴承，在偏心调节驱动装置的输出轴上设有偏心调节小齿轮，在U型公转壳体的外圆设有一圈与公转小齿轮相啮合的公转大齿轮;第三轴承固定套设在U型自转支撑壳体上，在U型自转支撑壳体上设有第二偏心孔，在U型自转支撑壳体的后端设有与偏心调节小齿轮相啮合的偏心调节大齿轮；自转驱动装置安装在第二偏心孔内，且在自转驱动装置的输出端上设有刀杆;刀杆伸出T型进给支撑壳体外，并在刀杆上设有刀具;在动平台上设有进给驱动装置，在进给驱动装置的输出轴上设有与进给螺母相旋合的进给丝杆;第一轴承、第二轴承以及第三轴承的轴向与刀杆的伸出方向相平行。
[0008]采用两个垂直升降装置以及一个水平滑动装置滑动式安装在门型支架上，能够实现飞机翼身三个方向上的机动加工，能够适应各种大小类型的飞机翼身加工，具有较好的适应能力；采用四杆调姿机构上定平台和动平台的合理设置，实现一定范围内的两维水平移动和两维旋转运动，实现了终端制孔单元的法向调姿，避免了龙门支架组件的水平移动，具有较高的加工精度;采用终端制孔单元的偏心设计，能够实现刀具的精确定位微调节，有效提高加工精度。
[0009]作为本发明的进一步限定方案，在T型进给支撑壳体上设有一个由三个激光测距传感器构成的法矢检测机构;三个激光测距传感器的指向与刀杆的伸出方向相平行。采用法矢检测机构实时监测刀具的法向位置，有利于提高翼身连接孔加工位置精度。
[0010]作为本发明的进一步限定方案，还包括一个系统控制台；在系统控制台内设有分别与垂直升降装置、水平滑动装置、第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、第三电动伸缩杆、第四电动伸缩杆、公转驱动装置、自转驱动装置、进给驱动装置、偏心调节驱动装置以及三个激光测距传感器相连的控制器。采用系统控制台对系统的各个部件进行协调控制，有效提高翼身连接孔加工的效率和精度。
[0011]作为本发明的进一步限定方案，两个垂直升降装置均包括T型垂直滑座、第一导轨、第一驱动装置、第一丝杠、第二驱动装置以及第二丝杠;在左立柱和右立柱的前后侧面上均竖向设有第一矩形槽和第二矩形槽;在左立柱和右立柱的左右侧面上设有矩形通槽；第一丝杠和第一驱动装置分别安装在第一矩形槽和第二矩形槽内，且第一丝杠对接安装在第一驱动装置的输出轴上;第一导轨竖直安装在左立柱和右立柱的前后侧面上;两个T型垂直滑座分别套设在左立柱和右立柱上，并在T型垂直滑座上设有卡扣在第一导轨上的第一滑块;第一丝杠旋合在T型垂直滑座上，用于带动T型垂直滑座升降运动;滑枕水平安装在T型垂直滑座上，并在水平安装的滑枕的侧面沿其长度方向设有第二导轨，在T型垂直滑座上设有卡扣在第二导轨上的第二滑块;第二驱动装置和第二丝杠均安装在T型垂直滑座上，且第二丝杠对接安装在第二驱动装置的输出轴上;在水平安装的滑枕上还设有第一螺母，第二丝杠与第一螺母相旋合，用于驱动滑枕穿过矩形通槽水平滑动。采用垂直升降装置能够实现左右侧面的终端制孔单元的升降和水平这二维空间平滑移动，有效提高了系统的适应能力。
[0012]作为本发明的进一步限定方案，水平滑动装置包括T型水平滑座、第三导轨、第三滑块、第三驱动装置、第四驱动装置以及第三丝杆;第三导轨水平安装在横梁上，在T型水平滑座上设有卡扣在第三导轨上的第三滑块；在横梁的下侧面沿其长度方向设有第三矩形槽;在第三矩形槽内沿其长度方向设有齿条;第三驱动装置安装在T型水平滑座上，并在第三驱动装置的输出轴上设有与齿条相啮合的水平驱动齿轮;滑枕竖直安装在T型水平滑座上，并在竖直安装的滑枕的侧面沿其长度方向设有第四导轨，在T型水平滑座上设有卡扣在第四导轨上的第四滑块;第四驱动装置和第三丝杆均安装在T型水平滑座上，且第三丝杆对接安装在第四驱动装置的输出轴上;在竖直安装的滑枕上还设有第二螺母，第三丝杆与第二螺母相旋合，用于驱动滑枕上下滑动。采用水平滑动装置能够实现顶部的终端制孔单元的升降和水平二维空间平滑移动，有效提高了系统的适应能力。
[0013]作为本发明的进一步限定方案，在左立柱和右立柱的下端均设有一个四驱轮式底座。采用四驱轮式底座能够方便移动系统的位置，以实现翼身不同位置的加工。
[0014]作为本发明的进一步限定方案，四驱轮式底座包括第一支撑板、第二支撑板以及四根电动升降杆;第二支撑板用于安装左立柱或右立柱;在第一支撑板的底面设有四个带有独立驱动装置的滚轮;第二支撑板通过四根电动升降杆支撑在第一支撑板上。采用四根电动升降杆能够实现四驱轮式底座的支撑高度调节，同时还可以改变门型支架的角度，以满足特殊位置的角度加工要求。
[0015]作为本发明的进一步限定方案，第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、第三电动伸缩杆以及第四电动伸缩杆通过球铰安装在定平台上，且四个安装点位于定平台同一圆周的四等分点上;第一电动伸缩杆和第三电动伸缩杆通过转动副安装在动平台上，第二电动伸缩杆和第四电动伸缩杆通过虎克铰或球铰安装在定平台上，且四个安装点位于动平台同一圆周的四等分点上。采用该种连接方案能使动平台带动终端制孔单元实现两维水平移动和两维旋转运动。
[0016]作为本发明的进一步限定方案，U型公转壳体上的第一偏心孔与U型自转支撑壳体上的第二偏心孔的偏心量大小相等，且偏离