一种用于大型悬置壁板的轨道式制孔系统

1.本实用新型涉及一种制孔系统，尤其是一种用于大型悬置壁板的轨道式制孔系统。


背景技术：

2.随着大型悬置壁板在航空航天领域向着薄壁化、整体化和复杂化方向发展，而且整机结构长寿命、高质量、高效率等方面的要求，以及壁板材料使用复合材料、钛合金等难加工材料的比例均在大幅度提高，对悬置壁板装配制孔的要求越来越高。如飞机翼身的对合装配，它是一个非常重要的环节，其制孔效率直接制约飞机总装周期，制孔质量也将直接影响连接结构件的抗疲劳性能。对此，中国发明专利201010138456.6提出了一种翼身对接自动制孔系统及方法，但其法矢调姿机构结构复杂，而且可移车体对作业环境适应性不是太好。有必要针对大型悬置壁板“窄而长”待制孔区域的加工特点，设计一种新型的自动制孔系统。


技术实现要素：

3.实用新型目的：提供一种用于大型悬置壁板的轨道式制孔系统，方便悬置壁板上“窄而长”待制孔区域的自动加工，降低操作人员的劳动强度，提高大型悬置壁板装联效率。
4.技术方案：本实用新型提供的用于大型悬置壁板的轨道式制孔系统，包括组合型导轨、双层平移车体、混联调姿机构、法矢检测机构、制孔主轴以及系统控制器；
5.双层平移车体安装在组合型导轨上，混联调姿机构安装在双层平移车体上，由双层平移车体带动混联调姿机构沿组合型导轨横向移动；制孔主轴安装在混联调姿机构上，由混联调姿机构调整制孔主轴的姿态；系统控制器安装在双层平移车体上，双层平移车体、法矢检测机构均由系统控制器控制。
6.进一步的，组合型导轨包括u型导轨以及两个齿条；u型导轨的前后两侧上边缘向外翻折形成翻折边；两个齿条分别沿长度方向安装在u型导轨的前后两侧内壁上。
7.进一步的，双层平移车体包括底座板、顶层板、四根电动伸缩杆以及两组移动驱动机构；每组移动驱动机构均包括移动驱动电机、移动驱动齿轮以及两个移动从动齿轮；四根电动伸缩杆的下端分别固定在底座板的四个顶角处，上端分别固定在顶层板的四个顶角处；底座板按压在u型导轨的两侧翻折边上；两组移动驱动机构的移动驱动电机分别安装在底座板的左右两侧；移动驱动齿轮安装在移动驱动电机的输出轴上；两个移动从动齿轮旋转式安装在底座板的下侧面上，且两个移动从动齿轮相啮合；移动驱动齿轮与其中一个移动从动齿轮相啮合；在两个移动从动齿轮上均同轴安装有一个行走齿轮，且两个行走齿轮分别与前后两个齿条相啮合；系统控制器安装在底座板上；在底座板上设置有与系统控制器电连接的伸缩杆驱动电路以及移动驱动电路；伸缩杆驱动电路与四个电动伸缩杆电连接，移动驱动电路与两个移动驱动电机电连接；系统控制器通过伸缩杆驱动电路协调控制四个电动伸缩杆，通过移动驱动电路协调控制两个移动驱动电机。
8.进一步的，在底座板下侧面的四个顶角处均安装有导向滚轮，且左侧的两个导向滚轮以及右侧的两个导向滚轮夹持u型导轨；翻折边位于底座板与对应侧的两个导向滚轮之间。
9.进一步的，混联调姿机构包括并联平台、双摆关节以及两组纵向侧滑机构；两组纵向侧滑机构均安装在顶层板上，并联平台安装在两组纵向侧滑机构上，由纵向侧滑机构带动并联平台纵向移动；双摆关节安装在并联平台上，制孔主轴安装在双摆关节上，由双摆关节带动制孔主轴横向移动并调整制孔主轴的朝向。
10.进一步的，纵向侧滑机构包括侧滑驱动电机、丝杆以及滑块；两个纵向侧滑机构的丝杆均通过轴承座纵向安装在顶层板的上侧面上；在丝杆上安装有一个从动同步轮；侧滑驱动电机安装在顶层板上；在侧滑驱动电机的输出轴上安装有主动同步轮；主动同步轮与从动同步轮通过同步带相连接；滑块螺纹旋合在丝杆上；在底座板上设置有与系统控制器电连接的侧滑驱动电路；侧滑驱动电路与两个纵向侧滑机构的侧滑驱动电机电连接，系统控制器通过侧滑驱动电路协调控制两个侧滑驱动电机。
11.进一步的，并联平台包括侧滑台、上动台、两个升降驱动电机、两根升降驱动丝杆、摆动驱动结构以及两个滑座；侧滑台固定在两个滑块上；在侧滑台的左右两侧均设置有一个方孔；在两个方孔内均通过铰接轴铰接有摆动块；两个滑座分别贯穿式插装在两个方孔上；在滑座上竖向设置有导向滑块，在摆动块上设置有与导向滑块相配合的导向槽；在两个滑座的上端均设置有一个铰接块；两个升降驱动电机分别安装在滑座上；两根升降驱动丝杆的一端分别对接在两个升降驱动电机的输出轴上，另一端分别旋转式安装在对应侧的铰接块上，且两根升降驱动丝杆分别螺纹旋合在对应侧的摆动块上；上动台的左右两侧分别铰接在两个铰接块上；摆动驱动结构安装在侧滑台上用于驱动其中一个摆动块摆动；在底座板上设置有与系统控制器电连接的升降驱动电路；升降驱动电路与两个升降驱动电机电连接，系统控制器通过升降驱动电路协调控制两个升降驱动电机。
12.进一步的，摆动驱动结构包括摆动驱动电机、摆动驱动蜗杆以及摆动驱动蜗轮；摆动驱动电机安装在侧滑台上；摆动驱动蜗杆对接在摆动驱动电机的输出轴上；摆动驱动蜗轮安装在其中一根铰接轴上，且摆动驱动蜗轮与摆动驱动蜗杆相啮合；在底座板上设置有与系统控制器电连接的摆动驱动电路；摆动驱动电路与摆动驱动电机电连接，系统控制器通过摆动驱动电路协调控制摆动驱动电机。
13.进一步的，双摆关节包括u型支架、旋转驱动电机以及角度调节电机；旋转驱动电机安装在上动台的下侧面上，且旋转驱动电机的输出轴贯穿上动台后固定在u型支架的下侧板上；在制孔主轴的圆周侧面上安装有两根同轴的耳轴；两根耳轴分别旋转式安装在u型支架的两个竖向侧板上；角度调节电机安装在u型支架其中一个的竖向侧板上，且角度调节电机的输出轴对接在对应侧的耳轴上；在底座板上设置有与系统控制器电连接的旋转驱动电路；旋转驱动电路与旋转驱动电机电连接，系统控制器通过旋转驱动电路驱动旋转驱动电机。
14.进一步的，法矢检测机构由四个测距传感器组成；四个测距传感器分别安装在上动台上侧面的四个顶角处；四个测距传感器均与系统控制器电连接。
15.本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：利用系统控制器控制双层平移车体在组合型导轨上运动调节制孔主轴的位置，同时通过混联调姿机构调节制孔主轴的姿态，
从而实现在悬置壁板上“窄而长”待制孔区域的自动加工，降低操作人员的劳动强度，提高大型悬置壁板装联效率；利用法矢检测机构与系统控制器电连接，对待制孔区域法矢进行检测，便于系统控制器进行协调控制。
附图说明
16.图1为本实用新型的结构示意图；
17.图2为本实用新型双层平移车体的部件图；
18.图3为本实用新型混联调姿机构的部件图；
19.图4为本实用新型摆动块的零件图；
20.图5为本实用新型滑座的零件图；
21.图6为本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
23.实施例1：
24.如图1-6所示，本实用新型提供的一种用于大型悬置壁板的轨道式制孔系统包括：组合型导轨、双层平移车体、混联调姿机构、法矢检测机构、制孔主轴5以及和系统控制器6；
25.双层平移车体安装在组合型导轨上，混联调姿机构安装在双层平移车体上，由双层平移车体带动混联调姿机构沿组合型导轨横向移动；制孔主轴5安装在混联调姿机构上，由混联调姿机构调整制孔主轴5的姿态；系统控制器6安装在双层平移车体上，双层平移车体、混联调姿机构、法矢检测机构均由系统控制器6控制。
26.利用系统控制器6控制双层平移车体在组合型导轨上运动调节制孔主轴5的位置，同时通过混联调姿机构调节制孔主轴5的姿态，从而实现在悬置壁板上“窄而长”待制孔区域的自动加工，降低操作人员的劳动强度，提高大型悬置壁板装联效率；利用法矢检测机构与系统控制器6电连接，对待制孔区域法矢进行检测，便于系统控制器6进行协调控制。
27.进一步的，组合型导轨包括u型导轨1以及两个齿条101；u型导轨1的前后两侧上边缘向外翻折形成翻折边102；两个齿条101分别沿长度方向安装在u型导轨1的前后两侧内壁上。
28.利用双层平移车体通过齿条101沿u型导轨1移动，增强了双层平移车体移动的稳定性，同时提高了移动的精度。
29.进一步的，双层平移车体包括底座板201、顶层板202、四根电动伸缩杆203以及两组移动驱动机构；每组移动驱动机构均包括移动驱动电机204、移动驱动齿轮205以及两个移动从动齿轮206；
30.四根电动伸缩杆203的下端分别固定在底座板201上侧面的四个顶角处，上端分别固定在顶层板202的四个顶角处；底座板201按压在u型导轨1的两侧翻折边102上；两组移动驱动机构的移动驱动电机204分别安装在底座板201上侧面的左右两侧，且移动驱动电机204的输出轴贯穿底座板201；移动驱动齿轮205安装在移动驱动电机204的输出轴的贯穿端上；两个移动从动齿轮206旋转式安装在底座板201的下侧面上，且两个移动从动齿轮206相
啮合；移动驱动齿轮205与其中一个移动从动齿轮206相啮合；在两个移动从动齿轮206上均同轴安装有一个行走齿轮207，且两个行走齿轮207分别与前后两个齿条101相啮合；系统控制器6安装在底座板201上；在底座板201上设置有与系统控制器6电连接的伸缩杆驱动电路以及移动驱动电路；伸缩杆驱动电路与四个电动伸缩杆203电连接，移动驱动电路与两个移动驱动电机204电连接；系统控制器6通过伸缩杆驱动电路协调控制四个电动伸缩杆203，通过移动驱动电路协调控制两个移动驱动电机204。
31.利用四根电动伸缩杆203实现了对顶层板202的高度调节，同时保证了对顶层板202四个顶角的同步升降控制，增强了顶层板202的升降平稳性；利用两个移动驱动电机204驱动四个移动从动齿轮206与两侧的齿条101相配合，进一步提高了双层平移车体的移动精度。
32.进一步的，在底座板201下侧面的四个顶角处均安装有导向滚轮208，且左侧的两个导向滚轮208以及右侧的两个导向滚轮208夹持u型导轨1；前侧的两个导向滚轮208以及后侧的两个导向滚轮208分别与底座板201夹持对应侧的翻折边102。
33.利用四个导向滚轮208夹紧u型导轨1，同时四个导向滚轮208与底座板201夹持两个翻折边102保证了双层平移车体在u型导轨1上的安装稳定性，保证双层平移车体沿u型导轨1平稳移动。
34.进一步的，混联调姿机构包括并联平台、双摆关节以及两组纵向侧滑机构；两组纵向侧滑机构分别安装在顶层板202的左右两侧，并联平台安装在两组纵向侧滑机构上，由纵向侧滑机构带动并联平台纵向移动；双摆关节安装在并联平台上，制孔主轴5安装在双摆关节上，由双摆关节带动制孔主轴5横向移动并调整制孔主轴5的朝向。利用并联平台、纵向侧滑机构以及双摆关节的联动，实现了对制孔主轴5姿态的精准调节。
35.进一步的，纵向侧滑机构包括侧滑驱动电机311、丝杆312以及滑块313；两个纵向侧滑机构的丝杆312均通过两个轴承座314纵向安装在顶层板202上侧面的左右两侧，且两根丝杆312位于矩形通孔209的左右两侧；在丝杆312的一端上安装有一个从动同步轮315；侧滑驱动电机311安装在顶层板202的下侧面上；在侧滑驱动电机311的输出轴上安装有主动同步轮317；主动同步轮317与从动同步轮315通过同步带316相连接；滑块313螺纹旋合在丝杆312上；在顶层板202的上侧面上纵向设置有矩形导轨318；在滑块313上设置有与矩形导轨318相配合的滑槽；在底座板201上设置有与系统控制器6电连接的侧滑驱动电路；侧滑驱动电路与两个纵向侧滑机构的侧滑驱动电机311电连接，系统控制器6通过侧滑驱动电路协调控制两个侧滑驱动电机311。
36.利用两个侧滑驱动电机311同步驱动两个主动同步轮317旋转，通过同步带316带动从动同步轮315旋转，使两根丝杆312同步旋转带动两个滑块313同步前后移动，从而实现了对并联平台的位置进行小幅度纵向调节。
37.进一步的，并联平台包括侧滑台3201、上动台3202、两个升降驱动电机3204、两根升降驱动丝杆3206、摆动驱动结构以及两个滑座3203；侧滑台3201的左右两侧边缘固定在两个滑块313上；在侧滑台3201的左右两侧均设置有一个方孔3213；在两个方孔3213内均通过铰接轴3216纵向铰接有摆动块3208；在摆动块3208上设置有内螺纹孔3214；两个滑座3203分别贯穿式插装在两个方孔3213上；在顶层板202上设置有矩形通孔209；两个滑座3203均贯穿矩形通孔209；两个摆动块3208分别按压在对应侧的滑座3203上；在滑座3203上
竖向设置有导向滑块3207，在摆动块3208上设置有与导向滑块3207相配合的导向槽3215；在两个滑座3203的上端均设置有一个铰接块3217；两个升降驱动电机3204分别安装在滑座3203的下端上；两根升降驱动丝杆3206的一端分别对接在两个升降驱动电机3204的输出轴上，另一端分别旋转式安装在对应侧的铰接块3217上，且两根升降驱动丝杆3206分别螺纹旋合在对应侧的内螺纹孔3214上；上动台3202的左右两侧分别铰接在两个铰接块3217上；摆动驱动结构安装在侧滑台3201上用于驱动其中一个摆动块3208摆动；在底座板201上设置有与系统控制器6电连接的升降驱动电路；升降驱动电路与两个升降驱动电机3204电连接，系统控制器6通过升降驱动电路协调控制两个升降驱动电机3204。
38.利用两个升降驱动电机3204驱动两根升降驱动丝杆3206旋转，通过升降驱动丝杆3206与摆动块3208上内螺纹孔3214之间的配合，实现对两个滑座3203高度位置的调节，同时通过两个升降驱动电机3204的不同步旋转，可以实现对上动台3202倾斜方向的调节，使上动台3202左右两侧呈左高右低、左低右高或两侧等高，实现对制孔主轴5朝向的调节；利用导向滑块3207与导向槽3215之间的配合，增强了升降运动的稳定性。
39.进一步的，摆动驱动结构包括摆动驱动电机3211、摆动驱动蜗杆3210以及摆动驱动蜗轮3209；摆动驱动电机3211安装在侧滑台3201上；摆动驱动蜗杆3210对接在摆动驱动电机3211的输出轴上；摆动驱动蜗轮3209安装在其中一根铰接轴3216上，且摆动驱动蜗轮3209与摆动驱动蜗杆3210相啮合；在底座板201上设置有与系统控制器6电连接的摆动驱动电路；摆动驱动电路与摆动驱动电机3211电连接，系统控制器6通过摆动驱动电路协调控制摆动驱动电机3211。利用摆动驱动电机3211通过摆动驱动蜗杆3210驱动摆动驱动蜗轮3209旋转从而带动摆动块3208旋转，摆动块3208按压滑座3203，使滑座3203随之倾斜，从而进一步对上动台3202的左右位置进行调节。
40.进一步的，双摆关节包括u型支架333、旋转驱动电机331以及角度调节电机332；旋转驱动电机331安装在上动台3202的下侧面上，且旋转驱动电机331的输出轴贯穿上动台3202后固定在u型支架333的下侧板上；在制孔主轴5的圆周侧面上安装有同轴的两根耳轴334；两根耳轴334分别旋转式安装在u型支架333的两个竖向侧板上；角度调节电机332安装在u型支架333其中一个的竖向侧板上，且角度调节电机332的输出轴对接在对应侧的耳轴334上；在底座板201上设置有与系统控制器6电连接的旋转驱动电路；旋转驱动电路与旋转驱动电机331电连接，系统控制器6通过旋转驱动电路驱动旋转驱动电机331。
41.利用旋转驱动电机331带动u型支架333旋转，同时角度调节电机332通过耳轴334驱动制孔主轴5摆动，实现对制孔主轴5的角度以及朝向的调节。
42.进一步的，法矢检测机构由四个测距传感器4组成；四个测距传感器4分别安装在上动台3202上侧面的四个顶角处，当制孔主轴5位于初始位置时，制孔主轴5的轴线与四个测距传感器4构成的四边形的中心延长线相重合；四个测距传感器4均与系统控制器6电连接。利用四个个测距传感器4检测待制孔区域法矢参数，便于系统控制器6进行协调控制。
43.本实用新型提供的用于大型悬置壁板的轨道式制孔系统中，系统控制器6采用现有的单片机处理器模块，用于实现协调控制；移动驱动电机204、侧滑驱动电机311、升降驱动电机3204、摆动驱动电机3211、旋转驱动电机331以及角度调节电机332均采用现有的步进电机；电动伸缩杆203采用现有的电推杆；四个测距传感器4均采用现有的测距传感器，用于检测待制孔区域法矢参数。
44.本实用新型提供的用于大型悬置壁板的轨道式制孔系统在安装使用时，
45.步骤一，将轨道式制孔系统安装在大型悬置壁板“窄而长”待制孔区域的下方；
46.步骤二，利用双层平移车体带动混联调姿机构、法矢检测机构和制孔主轴5相对大型悬置壁板“窄而长”待制孔区域进行大范围位置调整；系统控制器6控制移动驱动电机204驱动移动驱动齿轮205旋转，带动两个移动从动齿轮206在两个齿条101上行走，直至双层平移车体移动到所需位置；四根电动伸缩杆203同步伸缩，对混联调姿机构进行高度调节；同时，利用四个测距传感器4对大型悬置壁板上标记点(即待制孔)的位置进行粗略定位；
47.步骤三，当四个测距传感器4捕获到大型悬置壁板上标记点(即待制孔)的粗略位置，即进入大型悬置壁板上标记点(即待制孔)位置的精确定位阶段，由系统控制器6控制四个测距传感器4和混联调姿机构协同工作，将制孔主轴5送至相应的制孔位姿；系统控制器6控制侧滑驱动电机311同步驱动两个主动同步轮317旋转，通过同步带316带动从动同步轮315旋转，使两根丝杆312同步旋转带动两个滑块313同步前后移动直至所需位置，完成对并联平台的小幅度纵向调节；系统控制器6控制两个升降驱动电机3204驱动两根升降驱动丝杆3206旋转，通过升降驱动丝杆3206与摆动块3208上内螺纹孔3214之间的配合，调节上动台3202的高度位置，同时使上动台3202呈左倾、右倾或水平状态；系统控制器6控制摆动驱动电机3211通过摆动驱动蜗杆3210驱动摆动驱动蜗轮3209旋转从而带动摆动块3208旋转，摆动块3208按压滑座3203，使滑座3203随之倾斜直至所需位置；系统控制器6控制旋转驱动电机331带动u型支架333旋转，同时角度调节电机332通过耳轴334驱动制孔主轴5摆动，从而实现对制孔主轴5角度以及朝向的调节，完成制孔主轴5的姿态调节；
48.步骤四，由制孔主轴5完成待制孔的自动加工；当需要加工下一个孔，若此孔位于混联调姿机构可达到的空间内，返回步骤三，否则返回步骤二。
49.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。