本發(fā)明屬于航空飛行器構(gòu)件加工，涉及一種輔助手工制孔的法矢快速找正裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)航空工業(yè)的快速發(fā)展，飛機(jī)制造領(lǐng)域的重要性顯著提升。在航空飛行器構(gòu)件的制造過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)與其他構(gòu)件的高精度裝配，需進(jìn)行數(shù)以萬(wàn)計(jì)的高質(zhì)量連接孔加工。制孔垂直度是影響制孔質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，直接關(guān)系到飛行器的性能和使用壽命。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工空間受限的航空飛行器構(gòu)件，大型機(jī)床、機(jī)械臂等數(shù)控設(shè)備難以滿足實(shí)際加工需求。因此，利用手持鉆進(jìn)行手工制孔的方式仍難以被徹底替代。然而，受限于操作人員技術(shù)成熟度等原因，手工制孔加工時(shí)難以準(zhǔn)確快捷地進(jìn)行法矢找正，無(wú)法滿足制孔垂直精度要求，極易造成裝配應(yīng)力集中，影響構(gòu)件服役性能和使用壽命。因此，需要開(kāi)發(fā)一種輔助手工制孔的法矢快速找正裝置。

2、在工程實(shí)踐中，針對(duì)航空飛行器構(gòu)件手工制孔精度低的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外研究人員主要選擇在手持鉆前加裝法矢輔助找正裝置來(lái)提高待加工構(gòu)件的制孔質(zhì)量和垂直精度。成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司李金忠等人發(fā)明了一種制孔鉆杯，專利號(hào)為cn201520826511.9，該發(fā)明通過(guò)不同孔徑鉆套和杯座實(shí)現(xiàn)平面構(gòu)件快速法矢找正，然而其僅使用范圍受限，僅適用于平面構(gòu)件找正，不適用于曲面構(gòu)件找正。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所戶祥峰等人發(fā)明了一種可輔助調(diào)節(jié)打孔姿態(tài)精度的氣動(dòng)鉆，專利號(hào)為cn201911081452.6，該發(fā)明通過(guò)在氣動(dòng)鉆上安裝可拆卸的帶凹槽套環(huán)與水平水準(zhǔn)表來(lái)提高制孔垂直精度，但其受限于工況場(chǎng)景，僅適用于水平面和豎直面找正，無(wú)法在斜面和曲面上進(jìn)行自適應(yīng)找正。

3、綜上所述，針對(duì)手持鉆在制孔過(guò)程中法矢找正困難、制孔精度差等問(wèn)題，為提高復(fù)合材料構(gòu)件手工制孔的加工質(zhì)量和效率，急需開(kāi)發(fā)一種輔助手工制孔的法矢快速找正裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)航空飛行器構(gòu)件手工制孔時(shí)，針對(duì)法矢找正困難導(dǎo)致的制孔垂直精度低等問(wèn)題，發(fā)明了一種輔助手工制孔的法矢快速找正裝置。其中距離傳感機(jī)構(gòu)通過(guò)激光測(cè)距傳感器和角度調(diào)節(jié)器等實(shí)現(xiàn)曲面參數(shù)測(cè)量功能，法矢找正執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)電動(dòng)伸縮桿等實(shí)現(xiàn)不同曲面構(gòu)件的法矢找正功能，中央控制機(jī)構(gòu)通過(guò)單片機(jī)、指示燈等實(shí)現(xiàn)裝置的數(shù)字化控制功能，共同構(gòu)成曲面構(gòu)件快速精確法矢找正的解決方案。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案

3、一種輔助手工制孔的法矢快速找正裝置，包括距離傳感機(jī)構(gòu)a1、中央控制機(jī)構(gòu)a2和法矢找正執(zhí)行機(jī)構(gòu)a3；其中，距離傳感機(jī)構(gòu)a1安裝于法矢快速找正裝置主體a前端表面的內(nèi)側(cè)圓周，負(fù)責(zé)采集激光測(cè)距傳感器a101至曲面相應(yīng)點(diǎn)位的距離參數(shù)并將其傳入中央控制機(jī)構(gòu)a2；中央控制機(jī)構(gòu)a2安裝于法矢快速找正裝置主體a底端，負(fù)責(zé)接收并處理相應(yīng)參數(shù)，求解投影點(diǎn)坐標(biāo)、曲面法矢、刀具進(jìn)給方向偏差和電動(dòng)伸縮桿目標(biāo)長(zhǎng)度，并將電動(dòng)伸縮桿目標(biāo)長(zhǎng)度傳入法矢找正執(zhí)行機(jī)構(gòu)a3；法矢找正執(zhí)行機(jī)構(gòu)a3安裝于法矢快速找正裝置主體a前端的外側(cè)圓周，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)伸縮桿伸長(zhǎng)至目標(biāo)長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)曲面構(gòu)件快速法矢找正；

4、所述的距離傳感機(jī)構(gòu)a1包括激光測(cè)距傳感器a101和角度調(diào)節(jié)器；角度調(diào)節(jié)器包括角度調(diào)節(jié)內(nèi)齒輪a102、中心軸a103、角度調(diào)節(jié)外齒輪a104和調(diào)節(jié)手柄a105；激光測(cè)距傳感器a101通過(guò)螺絲內(nèi)嵌于角度調(diào)節(jié)內(nèi)齒輪a102頂端的預(yù)留槽內(nèi)，角度調(diào)節(jié)內(nèi)齒輪a102與角度調(diào)節(jié)外齒輪a104通過(guò)中心軸a103連接；調(diào)節(jié)手柄a105通過(guò)塞打螺絲安裝于中心軸a103尾端；四臺(tái)激光測(cè)距傳感器a101分別測(cè)量其在曲面對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)與激光測(cè)距傳感器a101之間的距離，實(shí)現(xiàn)曲面幾何參數(shù)的快速測(cè)量；

5、所述的中央控制機(jī)構(gòu)a2包括指示燈a201、串口屏a202、開(kāi)關(guān)a203、單片機(jī)a204和鋰電池a205；指示燈a201和串口屏a202安裝于法法矢快速找正裝置主體a的側(cè)表面，負(fù)責(zé)顯示法矢快速找正裝置運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)；開(kāi)關(guān)a203鑲嵌于法矢快速找正裝置主體a的側(cè)表面，負(fù)責(zé)控制法矢快速找正裝置的啟動(dòng)和停止；單片機(jī)a204和鋰電池a205固定在法矢快速找正裝置主體a的內(nèi)部，鋰電池a205負(fù)責(zé)向法矢快速找正裝置供電，單片機(jī)a204負(fù)責(zé)接收和處理距離傳感機(jī)構(gòu)a1發(fā)回的信號(hào)，計(jì)算曲面上的投影點(diǎn)的三維坐標(biāo)、曲面法矢和電動(dòng)伸縮桿目標(biāo)長(zhǎng)度；

6、所述的法矢找正執(zhí)行機(jī)構(gòu)a3包括法矢找正定位爪a301、電動(dòng)伸縮桿a302和伺服電機(jī)a303；電動(dòng)伸縮桿a302通過(guò)內(nèi)六角螺絲固定于法矢快速找正裝置主體a前端預(yù)留的凹槽內(nèi)，伺服電機(jī)a303置于電動(dòng)伸縮桿a302內(nèi)部，法矢找正定位爪a301通過(guò)塞打螺絲與電動(dòng)伸縮桿a302前端套環(huán)連接；根據(jù)距離傳感機(jī)構(gòu)a1測(cè)得的參數(shù)和中央控制機(jī)構(gòu)a3算得的電動(dòng)伸縮桿目標(biāo)長(zhǎng)度，三根電動(dòng)伸縮桿a302在伺服電機(jī)a303的驅(qū)動(dòng)下分別伸長(zhǎng)至預(yù)設(shè)的目標(biāo)長(zhǎng)度，通過(guò)三根電動(dòng)伸縮桿a302的長(zhǎng)度差異來(lái)調(diào)整和修正制孔刀具的進(jìn)給方向，使制孔刀具進(jìn)給方向和曲面法矢的差值小于誤差允許范圍，以此實(shí)現(xiàn)曲面構(gòu)件的法矢找正。

7、角度調(diào)節(jié)內(nèi)齒輪a102與角度調(diào)節(jié)外齒輪a103均有24齒，二者相互嚙合，使得激光測(cè)距傳感器a101滿足15n°的傾角調(diào)節(jié)范圍，0≤n≤6。

8、指示燈a201黃色為工作狀態(tài)，綠色為角度差值小于0.5°，紅色為角度差值超差。

9、一種輔助手工制孔的法矢快速找正裝置的使用方法，具體如下：

10、第一步：將法矢快速找正裝置與套筒b連接，進(jìn)一步與手持鉆c連接；

11、第二步：保持電動(dòng)伸縮桿a302處于原長(zhǎng)位置，將前端的法矢找正定位爪a301緊密貼合在待制孔曲面上，調(diào)節(jié)四臺(tái)激光測(cè)距傳感器a101至合適角度，完成法矢找正前的準(zhǔn)備工作；

12、第三步：?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)a203，指示燈a201亮起并變?yōu)辄S色，表示裝置正在進(jìn)行法矢找正，四臺(tái)激光測(cè)距傳感器a101開(kāi)始工作，采集激光測(cè)距傳感器a101在曲面對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)的距離，將采集得到數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)a204，獲取投影點(diǎn)的坐標(biāo)；

13、第四步：?jiǎn)纹瑱C(jī)a204計(jì)算待制孔曲面法矢，并與電動(dòng)伸縮桿a302處于原長(zhǎng)位置時(shí)的制孔刀具進(jìn)給方向進(jìn)行比較，根據(jù)二者差值分別求得三臺(tái)電動(dòng)伸縮桿a302的目標(biāo)長(zhǎng)度；

14、第五步：伺服電機(jī)a303驅(qū)動(dòng)三臺(tái)電動(dòng)伸縮桿a302分別伸長(zhǎng)至目標(biāo)長(zhǎng)度，調(diào)整和修正制孔刀具的進(jìn)給方向，使得制孔刀具的進(jìn)給方向和曲面法矢的差值小于誤差范圍，實(shí)現(xiàn)曲面法矢快速找正；

15、第六步：待電動(dòng)伸縮桿a302調(diào)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)完畢后，激光測(cè)距傳感器a101再次測(cè)量曲面法矢和制孔刀具進(jìn)給方向的角度差值，角度差值小于0.5°后指示燈a201變?yōu)榫G色，表示裝置已完成法矢找正；若該角度差值仍大于誤差允許范圍，指示燈a201變?yōu)榧t色，裝置將重新進(jìn)行法矢找正；

16、第七步：操作者在觀察到指示燈a201變?yōu)榫G色后沿內(nèi)外連接套筒b軸向方向推動(dòng)氣手持鉆c，手持鉆c刀頭沿曲面法矢進(jìn)給并鉆削待制孔構(gòu)件表面，實(shí)現(xiàn)曲面構(gòu)件高精度制孔。

17、本發(fā)明的有益效果是，提供一種輔助手工制孔的法矢快速找正裝置。通過(guò)距離測(cè)距傳感器來(lái)快速測(cè)量曲面構(gòu)件的幾何參數(shù)；針對(duì)不同工況下衍生的精度需求和算法需求，通過(guò)角度調(diào)節(jié)器帶動(dòng)激光測(cè)距傳感器實(shí)現(xiàn)傾角調(diào)節(jié)；通過(guò)中央控制機(jī)構(gòu)精確計(jì)算曲面法矢、刀具進(jìn)給方向偏差和電動(dòng)伸縮桿目標(biāo)長(zhǎng)度等，通過(guò)三臺(tái)電動(dòng)伸縮桿的長(zhǎng)度差異來(lái)調(diào)整和修正裝置及制孔刀具的進(jìn)給方向，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地法矢找正。