复合材料层合板钻扩铰一体的制孔设备与方法

本发明涉及复合材料制孔，具体为复合材料层合板钻扩铰一体的制孔设备与方法。

背景技术：

1、航空复合材料层合板接头的连接装配实则是采用不同直径的干涉紧固件进行挤压安装。以φ6.32mm螺栓获得2.1％干涉量的复合材料螺接接头为例，层合板安装之前，需先进行制孔处理，通过干涉公式计算，2.1％干涉量的连接孔直径为6.19mm。根据国家制孔标准，第一步是钻孔3mm，第二步是在3mm基础上扩孔到5.8mm，第三步是进行第一次铰孔，尺寸为6.10mm，第四步是进行第二次铰孔，尺寸即为6.19mm。

2、传统的航空复合材料层合板在制孔时，有的工序是将第三步和第四步的两次铰孔合为一步，虽然可以保证铰孔的质量，但是上述制孔方法过于复杂，需要在钻床上换不同的刀具，不仅制孔效率低，而且定位精度可靠性差，为了减少制孔工序，现有技术中也提出了高性能制孔刀具，钻扩铰一体的匕首钻，虽然其优势明显，但是其成本极高，消耗也大。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了复合材料层合板钻扩铰一体的制孔设备与方法，通过制孔组件中驱动件的设置，不仅可以带动钻杆进行旋转，配合电动气缸对制孔组件向下的驱动，即可通过旋转过程中的钻杆对层合板进行钻孔，而且可以带动制孔组件中的制孔件进行旋转，进而实现其钻杆、扩杆和铰刀的位置转换，以便于进行层合板的钻扩铰工作，有效的将制孔的钻孔、扩孔和铰孔进行有序结合，提高了层合板的制孔效率，解决了现有技术中对层合板制孔时，需要反复进行换刀以及重新定位工作，降低了制孔效率和精度的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：复合材料层合板钻扩铰一体的制孔设备，包括顶部为敞口的壳体，所述壳体的顶部固定连接有u型防护板，所述壳体的正面设置有控制器，所述壳体的顶部设置有用于对层合板进行打孔以及紧固的制孔组件和固定组件，所述制孔组件位于固定组件的上方，所述壳体的内部设置有用于对固定组件横纵驱动的调节组件；

5、所述制孔组件包括固定于所述壳体顶部的u型架以及设置于u型架内部的圆形板，所述u型架上设置有用于对圆形板上下驱动的电动气缸，所述圆形板的底部设置有用于对层合板进行钻扩铰处理的制孔件，所述圆形板的顶部设置有用于对制孔件旋转驱动和位置转换的驱动件，所述制孔件包括钻杆、扩杆和铰刀。

6、优选的，所述电动气缸固定于所述u型架的内部，所述电动气缸的伸缩端通过u型连接架固定于圆形板的顶部，所述圆形板通过滑动架与u型架滑动连接，所述圆形板的正面通过支架固定连接有用于对打孔时的层合板进行降尘的除尘管，所述圆形板底部的两侧均固定安装有用于对打孔位置进行校准定位的红外线发射器。

7、优选的，所述制孔件包括转动连接于所述圆形板底部的转动轴，所述转动轴的底端固定连接有连接板，所述连接板的内部转动连接有三个钻头连接件，所述钻杆、扩杆和铰刀分别固定安装于三个钻头连接件的内部，所述转动轴的外表面套设有弹性夹紧套，且弹性夹紧套通过支架固定于圆形板的底部。

8、优选的，所述驱动件包括固定于圆形板顶部的导杆，且导杆的外表面滑动连接有金属板，所述圆形板的顶部固定连接有用于对金属板向上挤压的第一弹簧，所述圆形板顶部的一侧固定连接有用于对金属板向下吸附的电磁铁，且金属板的一侧通过l型架固定连接有第一电机，所述第一电机的输出轴固定连接有驱动轴，且驱动轴的底端延伸至圆形板的底部，所述驱动轴的外表面通过第一单向轴承固定连接有齿轮，所述转动轴的外表面固定连接有与齿轮外表面啮合的齿套，所述驱动轴的底端通过卡紧件与三个钻头连接件旋转锁紧。

9、优选的，所述固定组件包括u型块，所述u型块的顶部固定连接有钻孔基板，所述钻孔基板的顶部滑动连接有两个用于对层合板对称夹持的夹紧板，所述钻孔基板的底部通过支架转动连接有双向丝杆，所述双向丝杆两端的外表面均螺纹连接有螺纹块，且两个螺纹块分别固定于两个夹紧板的底部。

10、优选的，所述调节组件包括设置于壳体内部的纵向杆和横向杆，两个所述纵向杆和横向杆的外表面之间滑动连接有调节块，且u型块固定于调节块的顶部，所述纵向杆和横向杆的两端均通过滑动块滑动连接于壳体的内壁，且所述纵向杆和横向杆分别采用纵向滑动和横向滑动方式设置，所述壳体的内部转动连接有第一往复丝杠和第二往复丝杠，且第一往复丝杠和第二往复丝杠的外表面分别与纵向杆和横向杆一端的滑动块传动连接，所述壳体的背面设置有用于对第一往复丝杠和第二往复丝杠旋转驱动的旋转件，且壳体的背面设置有用于对旋转件包裹的防护罩，所述横向杆上的两个滑动块的底部之间设置有清扫组件。

11、优选的，所述旋转件包括固定于壳体背面的第二电机，所述第二电机的输出轴固定连接有蜗杆，所述第一往复丝杠的一端通过第二单向轴承固定连接有蜗轮，且蜗轮与蜗杆的外表面啮合；

12、所述第二往复丝杠的一端通过第三单向轴承固定连接有皮带组，且皮带组与蜗杆的传动连接。

13、复合材料层合板钻扩铰一体的制孔设备的方法，包括以下步骤：

14、s1、通过固定组件对需要制孔的层合板进行固定，通过制孔组件中的驱动件带动制孔件中的钻杆调节至层合板制孔的正上方，通过驱动件对钻杆进行旋转驱动，最后通过制孔组件中的电动气缸带动圆形板向下运动，形成层合板的钻孔工作；

15、s2、层合板在制孔后，通过驱动件带动制孔件中的钻杆、扩杆和铰刀进行位置转换，使得扩杆运动至孔的正上方，再通过电动气缸和驱动件对扩杆向下以及旋转的驱动，即可形成扩孔工作；复合材料层合办在扩孔后，再按照以上方式对复合材料层合办进行铰孔处理；

16、s3、在对层合板进行其他部位制孔时，通过调节组件带动固定组件上固定的层合板进行xy轴方向进行调节，重复步骤s1和步骤s2即可。

17、(三)有益效果

18、与现有技术相比，本发明提供了复合材料层合板钻扩铰一体的制孔设备，具备以下有益效果：

19、1、本发明通过制孔组件中驱动件的设置，不仅可以带动钻杆进行旋转，配合电动气缸对制孔组件向下的驱动，即可通过旋转过程中的钻杆对层合板进行钻孔，而且可以带动制孔组件中的制孔件进行旋转，进而实现其钻杆、扩杆和铰刀的位置转换，以便于进行层合板的钻扩铰工作，有效的将制孔的钻孔、扩孔和铰孔进行有序结合，提高了层合板的制孔效率，解决了现有技术中对层合板制孔时，需要反复进行换刀以及重新定位工作，降低了制孔效率和精度的问题。

20、2、本发明通过旋转件的设置，可以带动第一往复丝杠或第二往复丝杠进行旋转，通过第一往复丝杠的旋转，即可带动纵向杆上的滑动块进行往复运动，进而可以带动调节块纵向调节；通过第二往复丝杠的旋转，即可带动横向杆上的滑动块进行往复运动，进而可以带动调节块横向调节，具有多方位的调节功能，满足了层合板不同位置的制孔工作，提高了制孔的便捷性，并且无需设置多个电动驱动源进行驱动，进而提高设备的节能环保性。

21、3、本发明通过v型滤板的设置，用于对制孔过程中的废料和水源进行分离，通过排污管可以将分离后的水源进行排出，通过h型架固定于横向往复运动的两个滑动块上，使得调节组件可以带动h型架左右往复运动，这时即可带动毛刷左右往复运动，使得v型滤板上废料向两侧进行汇集，无需人工手动进行操作，提高了废料回收的便捷性。