一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的分离式铆接头的制作方法

本发明涉及飞机加工装配领域，尤其涉及一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的分离式铆接头。

背景技术：

在飞机壁板装配中，铆接是目前主要的连接方法，占据了飞机壁板装配中大量的工作量。传统的人工铆接劳动条件差，生产效率低，铆接质量严重依赖于工人的经验和技术，所以采用自动钻铆机来代替人工操作是现代飞机装配领域的一大趋势。

已有和研发中的自动钻铆机实现铆接的主流方式是采用压铆，这就需要设计和配置专用的铆接头。铆接头应该具备夹紧壁板和施铆这两个基础功能，同时要有紧凑的结构使之不易与工装和工件产生干涉，故传统的铆接头通常将用于夹紧的衬套组件和用于铆接的施铆组件整合在一起，两者采用单一动力源和移动部件。

公布号为CN105665605A的中国专利文献公开了一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的镦紧头，包括镦紧驱动模块和压铆头；所述的压铆头包括由镦紧驱动模块驱动的外筒，设置在外筒的气缸，与外筒连接的导向套筒，位于所述导向套筒内且顶住气缸活塞杆一端的导向顶杆；所述导向顶杆的端部连接有顶压飞机壁板的衬套，所述导向套筒的端部设有伸入衬套内的压铆顶杆。本发明能够自动完成铆钉的压铆，铆接质量满足设计对铆接强度、干涉量、密封性等技术要求。

该发明的不足之处在于，用于夹紧的衬套组件和用于铆接的施铆组件之间需要很高的安装精度及组合刚度，否则在工作时两者会由于安装误差和变形产生干涉，阻碍对方的运动，进而影响铆接质量。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的分离式铆接头，铆接头上的衬套组件和施铆组件分别采用独立的动力源和移动系统，避免干涉影响铆接质量。

本发明的技术方案如下：

一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的分离式铆接头，包括底座、转向机构和施铆头，所述的施铆头包括顶压飞机壁板的衬套以及设置在衬套内部的施铆杆；所述的衬套由安装在底座内的衬套压紧机构单独作为动力源；所述的施铆杆由安装在底座内的镦紧驱动机构单独作为移动系统。

在上述技术方案中，通过衬套压紧机构对衬套独立进行驱动，通过镦紧驱动机构对施铆杆独立进行驱动，避免因衬套与施铆杆之间干涉而影响铆接质量。优选的，所述施铆杆上套有回复弹簧；所述回复弹簧的一端抵在施铆杆底端的凸台上，所述回复弹簧的另一端顶在衬套上。回复弹簧可以使施铆杆和镦紧驱动机构的顶杆保持贴合，且在完成铆接后辅助施铆杆和衬套相互分离。

作为针对上述技术方案的进一步改进，本发明进一步需要解决的技术问题是提供一种衬套压紧机构和一种镦紧驱动机构，该两种机构能同时分别对衬套和施铆杆进行驱动。

为此，在办发明进一步改进的技术方案中，所述的衬套压紧机构包括依次安装的衬套底座、转台轴承、法兰安装座和端部法兰；所述衬套底座连接有伸缩臂；所述伸缩臂为平放的T型结构，T型结构头部通过气缸连接头连接驱动气缸，T型结构尾部连接有衬套导轨滑块副；所述衬套导轨滑块副上安装有用于测量移动距离同时进行反馈控制的衬套行程编码器。

作为优选，所述的转台轴承上安装有转向机构；所述的转向机构包括驱动转台轴承转动的转向驱动电机、转向减速器、转向同步带和转向电机安装座。

作为优选，所述的衬套通过衬套安装法兰安装在衬套压紧机构的端部法兰上。

另外，所述的镦紧驱动机构包括安装在镦紧电机支座上的镦紧驱动电机、连接镦紧驱动电机输出端的镦紧减速器、通过镦紧同步带驱动的丝杠螺母座；所述丝杠螺母座上设有镦紧导轨滑块副；所述丝杠螺母座与安装有顶杆的顶杆安装法兰连接。所述的丝杠螺母座上设有镦紧导轨滑块副，内部设有由所述镦紧驱动电机驱动的滚珠丝杠副，该滚珠丝杠副的丝杆末端安装在丝杆安装法兰上；所述的丝杆安装法兰连接有安装镦紧力传感器的力传感器安装板。所述镦紧导轨滑块副的导轨上设有限制丝杠螺母座移动范围的光电开关组和行程开关，还设有用于测量衬套和施铆杆之间相对位移的长度计。

施铆头产生的压铆力可以根据镦紧力传感器测得的反馈信号来反馈控制，同时可以用光电开关组和行程开关限制压铆时压铆顶杆的移动范围。

所述衬套压紧机构和镦紧驱动机构均安装在底座内，形成一个稳固且紧凑结构来承受压铆力。所述的长度计用于测量衬套和施铆杆之间相对位移，由此来反馈控制施铆头的压铆距离。

由于衬套压紧机构和镦紧驱动机构的动力源以及移动导轨相互分离，故两者互不干涉对方的移动，可以独立完成各自的动作。

此外，在上述技术方案中，所述的转向机构包括转向驱动电机、转向减速器、转向同步带和转向电机安装座；所述转向驱动电机和转向减速器安装在转向电机安装座上；所述转向同步带用于驱动法兰安装座、端部法兰和施铆头的组合体绕自身轴线旋转。

作为优选，所述的施铆杆顶端装有方便拆卸的铆模，可以通过更换施铆杆端部的铆模形成不同形状的镦头或替换受损的铆模。

作为优选，所述的衬套端部安装有尼龙护套，可以防止因为振动或变形引起的摩擦损伤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)铆接头端部较为细长，在工作时不易与飞机壁板及其工装产生干涉，同时结构紧凑并具有足够的刚度来承受压铆力；

(2)通过设计优化使铆接头在提供足够大的压铆力的同时有足够的刚度来承受压铆力带来的自身变形，并具备必要的位移及力反馈方式来控制压铆。

(3)镦紧驱动模块具备力反馈控制，能精确控制压铆力的大小；

(4)衬套和施铆杆的相对位移用长度计精确测量，由此来反馈控制施铆头的压铆距离；

(5)衬套由衬套气缸驱动，施铆杆由镦紧伺服电机通过同步带驱动，两者动力源以及移动导轨相互分离，互不干涉对方的移动并可以独立完成各自的动作；

(6)衬套在压紧工件后可以自锁，便于进行制孔、锪窝和插钉操作；

(7)镦紧驱动模块和衬套压紧模块都配备限位开关，提高了铆接头的安全性和可靠性；

(8)不同规格的施铆头能快速更换以适应不同直径或不同规格的铆钉。

附图说明

图1是分离式铆接头的轴侧图；

图2是分离式铆接头去掉部分零件后的左侧轴测图；

图3是分离式铆接头去掉部分零件后的右侧轴测图；

图4是分离式铆接头的施铆头局部剖视图；

图5是分离式铆接头的施铆头在制孔插钉模式下的工作状态示意图；

图6是分离式铆接头的施铆头在压铆模式下的工作状态示意图。

其中：1、底座；2、镦紧驱动机构；3、衬套压紧机构；4、转向机构；5、施铆头；6、镦紧驱动电机；7、镦紧减速器；8、镦紧同步带；9、镦紧电机支座；10、力传感器安装板；11、力传感器；12、丝杆安装法兰；13、滚珠丝杠副；14、丝杠螺母座；15、镦紧导轨滑块副；16、光电开关组；17、顶杆安装法兰；18、顶杆；19、行程开关；20、长度计；21、转台轴承；22、法兰安装座；23、端部法兰；24、转向驱动电机；25、转向同步带；26、转向电机安装座；27、法兰安装座；28、衬套底座；29、伸缩臂；30、气缸连接头；31、驱动气缸；32、衬套导轨滑块副；33、衬套行程编码器；34、衬套安装法兰；35、衬套；36、回复弹簧；37、施铆杆；38、铆模；39、尼龙护套；40、铆钉；41、插钉头；42、压脚；43、刀具；44、壁板；45壁板骨架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的分离式铆接头作进一步详细说明。

如图1所示，一种用于飞机壁板卧式自动钻铆机的分离式铆接头，由底座1、镦紧驱动机构2、衬套压紧机构3、转向机构4和施铆头5组成。

如图2所示，镦紧驱动机构2包括镦紧驱动电机6、镦紧减速器7、镦紧同步带8以及通过镦紧同步带8驱动的滚珠丝杠副13；镦紧驱动电机6和镦紧减速器7安装在镦紧电机支座9上；滚珠丝杠副13的螺母安装在设有镦紧导轨滑块副15的丝杠螺母座14上；镦紧导轨滑块副15的导轨上设有限制丝杠螺母座14移动范围的光电开关组16和行程开关19；丝杠螺母座14与安装有顶杆18的顶杆安装法兰17连接；滚珠丝杠副13的丝杆安装在丝杆安装法兰12上，其末端安装有力传感器11，力传感器11安装在力传感器安装板10上。

如图3所示，衬套压紧机构3包括依次安装的衬套底座28、转台轴承21、法兰安装座22和端部法兰23；衬套底座28连接伸缩臂29；伸缩臂29通过气缸连接头30与驱动气缸31进行连接；同时伸缩臂29连接有衬套导轨滑块副32；衬套导轨滑块副32上安装有用于测量移动距离同时进行反馈控制的衬套行程编码器33。

转向机构4包括转向驱动电机24、转向减速器27、转向同步带25和转向电机安装座26；转向驱动电机24和转向减速器27安装在转向电机安装座26上；转向同步带25用于驱动法兰安装座22、端部法兰23和施铆头5的组合体绕自身轴线旋转。

衬套压紧机构3和镦紧驱动机构2均安装在底座1内，形成一个稳固且紧凑结构来承受压铆力。镦紧导轨滑块副15的导轨上还设有用于测量衬套35和施铆杆37之间相对位移的长度计20，由此来反馈控制施铆头5的压铆距离。

如图4所示，施铆头5包括衬套35以及设置在衬套35内部的施铆杆37；施铆杆37和衬套35之间安装有回复弹簧36。施铆杆37顶端装有方便拆卸的铆模38，可以通过更换施铆杆37端部的铆模38形成不同形状的镦头或替换受损的铆模38。衬套35端部安装有尼龙护套39，可以防止因为振动或变形引起的摩擦损伤。同时施铆头5通过衬套安装法兰34安装在衬套压紧机构3的端部法兰23上。

由于衬套压紧机构和镦紧驱动机构的动力源以及移动导轨相互分离，故两者互不干涉对方的移动，可以独立完成各自的动作。

如图5、图6所示，本发明共有两种工作模式，分别为制孔插钉模式和压铆模式，具体工作过程如下：

1.制孔插钉模式：

1)分离式铆接头由飞机壁板卧式自动钻铆机移动到壁板44和壁板骨架45的目标位置；

2)衬套压紧机构3上的驱动气缸31动作，依次推动伸缩臂29、气缸连接头30、衬套底座28、转台轴承21、法兰安装座22和端部法兰23前进；

3)由于施铆头5上的衬套安装法兰34、衬套35和尼龙护套39的组合体安装在衬套压紧机构3的端部法兰23上，因此上述部件在端部法兰23前进时跟着前进并和压脚42一起压紧工件壁板44；

4)驱动气缸31自锁，此时刀具43和插钉头41即可分别执行制孔和插钉操作；

5)在这一模式下，长度计20测量衬套底座28的位移得到衬套35的位移值，衬套行程编码器33将测量数据反馈给控制系统。

2.压铆模式：

1)镦紧驱动电机6和镦紧减速器7通过镦紧同步带8使丝杠螺母座14利用镦紧导轨滑块副15沿压铆方向前进，并依次推动顶杆安装法兰17和顶杆18前进，推动铆钉40进行压铆；

2)由于衬套35自锁且顶住工件不动，而施铆头5内部的施铆杆37及铆模38可以和衬套35相对运动，故顶杆18前进时会推动施铆杆37和铆模38进行压铆，同时回复弹簧36会被压缩；

3)在这一模式下，力传感器11测量镦紧驱动机构2压铆力的大小，长度计20测量丝杠螺母座14的位移得到施铆杆37的位移值，将压铆力和施铆杆37的位移反馈给控制系统；

4)完成压铆后，镦紧驱动电机6驱动整个镦紧驱动机构退回，回复弹簧36弹性回复，使施铆杆37和铆模38退回初始位置，然后开始下一个工作循环。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。