СВЕРЛИЛЬНО-КЛЕПАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2023 года по МПК B21J15/12 B21J15/26 

Изобретение относится к механическим устройствам, используемым при механической обработке отверстий осевым инструментом с помощью сверл и клепально-сборочных работах в деталях и сборочных единицах из труднообрабатываемых материалов, в том числе хрупких или мягких, например, полимерных композиционных материалов (ПКМ), а также смешанных пакетов из ПКМ с титановыми или алюминиевыми сплавами. Может найти применение в авиастроении, судостроении и других отраслях.

В машиностроении при механической обработке отверстий в труднообрабатываемых материалах для обеспечения высокой производительности и исключения повторных технологических операций, таких как использование клепальных машин или механизмов после сверлильных машин, требуется применение комбинированных устройств.

Известна установка для групповой клепки развальцовкой прецессирующим инструментом, содержащая смонтированные в корпусе приводные шпиндельные узлы с установленными на их шпинделях пуансонодержателями, связанные с индивидуальными приводами относительного возвратно-поступательного осевого перемещения (SU 703212, опубл. 15.12.1979).

Однако известная установка не позволяет производить плавное регулирование осевого усилия при клепке, имеет два привода для осуществления вращения и осевого перемещения шпинделей, что усложняет конструкцию и систему управления, кроме этого, не позволяет сверлить отверстия перед монтажом заклепок.

Известна также установка для клепки прецессирующим инструментом, содержащая смонтированные в корпусе приводные шпиндельные узлы с установленными на их шпинделях пуансонодержателями, связанные с индивидуальными приводами относительно возвратно-поступательного осевого перемещения, снабженная для плавного регулирования осевого усилия при клепке регулируемыми тормозами для шпиндельных узлов (SU 948520, опубл. 07.07.1982).

Однако известная установка выполняет только одну технологическую операцию клепки и не предназначена для сверления отверстий перед монтажом заклепок.

Наиболее близким к заявляемому является автоматическое сверлильно-клепальное устройство для сверления и клепки, содержащее два силовых блока, один блок содержит расклепывающую головку и механизм сжатия пакета, а другой блок содержит опорную головку, сверлильно-зенковальную головку и механизм подачи и установки заклепок. Устройство содержит как минимум два отдельных приводных электродвигателя (SU 1602604, опубл. 30.10.1990). Данное устройство принято за прототип.

Известное устройство является сложным по конструкции, имеет большие габариты, технологические и функциональные ограничения, не может быть использовано для клепки полимерных композиционных материалов с высокими требованиями к качеству и точности дозирования усилий при монтаже различных типоразмеров заклепок.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение заключается вупрощении конструкции, уменьшение габаритов, расширении технологических и функциональных возможностей устройства.

Технический результат - уменьшение габаритов и упрощение устройства, а также расширение технологических и функциональных возможностей при высоком качестве клепки за счет осуществления операций сверления и клепки от одного асинхронного электродвигателя, выполненного с возможностью плавного регулирования усилий при клепке, а также использования орбитальной клепальной головки для осуществления радиальной спиралевидной клепки, что позволяет осуществлять обработку материалов с высоким качеством монтажа различных типоразмеров заклепок.

Технический результат достигается в результате того, что сверлильно-клепальное устройство, содержащее механизм подачи сверлильного инструмента и клепальную головку с механизмом привода, снабжено асинхронным двигателем и корпусом, в котором размещены механизм подачи сверлильного инструмента, выполненный с валом, и механизм привода клепальной головки, включающий соосно расположенные наружный полый и внутренний валы, кривошип, выполненный с возможностью приведения в движение клепальной головки, и пневмоцилиндр. Упомянутые механизмы связаны с асинхронным электродвигателем, который установлен на валу механизма подачи сверлильного инструмента, связанном посредством зубчатой передачи с внутренним валом механизма привода клепальной головки, при этом на валу механизма подачи сверлильного инструмента размещены электромагнитная муфта, упругая муфта и регулируемая пиноль, а пневмоцилиндр механизма привода клепальной головки выполнен с возможностью перемещения наружного и внутреннего валов вместе с клепальной головкой и обеспечения регулируемого давления на клепальную головку, которая выполнена с возможностью движения по радиальной спиралевидной траектории.

В совокупности указанные существенные признаки направлены на решение технической задачи, а именно уменьшение габаритов и упрощение устройства, а также расширение технологических и функциональных возможностей и качества клепки.

Согласно п. 2 формулы клепальная головка содержит систему подшипников, пружину, сферический подпятник, пуансонодержатель и раскатной пуансон.

Такая конструкция клепальной головки позволяет совершать при клепке радиальную спиралевидную траекторию движения.

На фиг. 1 представлена конструкция заявляемого устройства, на фиг. 2 - конструкция клепальной головки в разрезе. На фиг. 3 показана траектория движения клепальной головки в процессе монтажа заклепки.

На фиг. 1,2,3 изображены:

1-корпус механизмов,

2-асинхронный электродвигатель,

3-упругая муфта,

4- пневмоцилиндр,

5-электромагнитная муфта,

6- пиноль,

7- ручка перемещения пиноли,

8- шестерня,

9-вал механизма подачи сверлильного инструмента,

10 - цанговый патрон,

11- сверло,

12,13- зубчатые колеса,

14- клепальная головка,

15- наружный вал механизма привода клепальной головки,

16-внутренний вал механизма привода клепальной головки,

17- верхняя полость в пневмоцилиндре 4,

18- шестерня,

19- кривошип,

20- корончатое колесо,

21- крышка,

22- корпус клепальной головки,

23- сферический подпятник,

24- пуансонодержатель,

25- шаровый подшипник,

26-коническая пружина,

27- раскатный пуансон,

28-сферический полшипник,

29-нижняя полость в пневмоцилиндре 4.

Электродвигатель 2 передает вращающий момент на вал 9 через упругую муфту 3. Вал 9 удерживает электромагнитная муфта 15, закрепленная с концом вала, идущем через муфту 3. Вал 9 выполнен составным.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Операцию сверления проводят в следующем порядке:

Сначала поднимают ручку перемещения пиноли 6 вверх, тем самым перемещая шестерню 8 по пиноли 6, при этом опускается вал 9 и с помощью цангового патрона 10, в котором установлено сверло 11, рассверливают отверстие (не показано) в изделии (не показано). После обработки отверстия опускают ручку пиноли 7 вниз, вал 9 перемещается вверх.

Заклепку устанавливают в просверленное отверстие, причем отверстие рекомендуется формообразовывать больше диаметра стержня заклепки на 0,1 мм. Устройство или само изделие после сверления отверстия перемещают на межосевое расстояние между осями заклепок для дальнейшей клепки, высота устройства над изделием не превышает максимального хода выдвижного клепального механизма.

Операция клепки осуществляют в следующем порядке:

Вал 9, на котором находится зубчатое колесо 12, посредством отключения электромагнитной муфты 5 прекращает вращение, далее подают воздух под давлением из компрессора (не показан) в полость 17 пневмоцилиндра 4, при этом перемещается вниз вал 15, в котором соосно установлен внутренний вал 16, и зубчатое колесо 13.

Как только зубчатое колесо 13 опустится на уровень зубчатого колеса 12, включают электромагнитную муфту 5, и происходит передача вращения от вала 9 к валу 15, и от вала 15 к валу 16, что приводит орбитальную клепальную головку 14 в движение. Причем вал 16 жестко соединен с зубчатым колесом 13. Вал 15 с кривошипом 19 и с шестерней 18 входит в зубчатое зацепление с корончатым колесом 20, при этом начинает вращаться крышка 21, корпус 22, сферический подпятник 23 в другую сторону относительно вала 15, одновременно с этим кривошип 19 вращает пуансонодержатель 24 через шаровой подшипник 25. Между пуансонодержателем 24 и крышкой 21 установлена коническая пружина 26, чтобы обеспечить хороший контакт раскатного пуансона 27 с заклепкой (не показана), и для предотвращения увода пуансона 27. Также между пуансодержателем 24 и сферическим подпятником 23 находится сферический подшипник 28. Сферический подпятник 23 и пуансонодержатель 24 вращаются в разные стороны, а подпятник 23 своей формой не дает оси пунсонодержателя 24 встать параллельно с осью вала 15. Начинается процесс клепки. Раскатной пуансон 27 движется по заданной траектории и давит одновременно на стержень заклепки, образуя замыкающую головку. Траектория движения пуансона при клепке приведена на фиг. 3. Пневмоцилиндр 4 обеспечивает регулируемое давление на клепальную головку заклепки. Для завершения процесса клепки в пневмоцилиндр 4 из компрессора (не показан) подают давление в полость 29, а вал 15 вместе с клепальной головкой 14 отводят от головки заклепки.

Устройство может использоваться в подвесном или стационарном варианте.

Могут быть использованы заклепки разных типоразмеров диаметром от 1,6 до 16 мм.

Следует отметить, что оба процесса сверления и клепки могут осуществляться как одновременно с целью автоматизации изготовления клепаных соединений, так и раздельно.

Конкретный пример работы устройства.

Для соединения двух листов из материала стеклопластика марки ВПС-33, являющегося полимерным композиционным материалом, толщиной 4 мм каждый, по размеченному месту сверлили отверстие диаметром 8,1 мм. Рабочий ход задавали валом механизма подачи сверлильного инструмента. Задавали частоту вращения 910 об/мин и подачу сверла в пределах 0,1-0,25 мм/об с помощью асинхронного двигателя. Время сверления составило 41 сек.

Под листы устанавливали подложку в качестве поддержки, затем тело закладной заклепки диаметром 8 мм вставляли в образовавшееся отверстие.

Далее подводили пуансон клепальной головки и включали рабочий ход электродвигателя, регулируя давление воздуха в пневмоцилиндре (от 0 и до 0,8 МПа), при этом осуществляли раскатывание (развальцовку) головки заклепки за счет радиальной спиралевидной траектории движения пуансона. При этом поверхность листов хрупкого материала не деформировалась. Качество клепки было высоким.

Изобретение относится к механическим устройствам для клепально-сборочных работ в деталях и сборочных единицах из труднообрабатываемых материалов. Устройство содержит размещенные в корпусе механизм подачи сверлильного инструмента и механизм привода клепальной головки, связанные с асинхронным электродвигателем. Механизм привода включает соосно расположенные наружный полый и внутренний валы, кривошип и пневмоцилиндр. Электродвигатель установлен на валу механизма подачи, связанном посредством зубчатой передачи с внутренним валом механизма привода. На валу механизма подачи размещены электромагнитная муфта, упругая муфта и регулируемая пиноль. Пневмоцилиндр выполнен с возможностью перемещения наружного и внутреннего валов вместе с клепальной головкой и обеспечения регулируемого давления на клепальную головку. Клепальная головка выполнена с возможностью движения по радиальной спиралевидной траектории. В результате обеспечивается уменьшение габаритов и упрощение конструкции устройства, а также расширение его технологических возможностей при высоком качестве клепки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сверлильно-клепальное устройство, содержащее механизм подачи сверлильного инструмента и клепальную головку с механизмом привода, отличающееся тем, что оно снабжено асинхронным двигателем и корпусом, в котором размещены механизм подачи сверлильного инструмента, выполненный с валом, и механизм привода клепальной головки, включающий соосно расположенные наружный полый и внутренний валы, кривошип, выполненный с возможностью приведения в движение клепальной головки, и пневмоцилиндр, упомянутые механизмы связаны с асинхронным электродвигателем, который установлен на валу механизма подачи сверлильного инструмента, связанном посредством зубчатой передачи с внутренним валом механизма привода клепальной головки, при этом на валу механизма подачи сверлильного инструмента размещены электромагнитная муфта, упругая муфта и регулируемая пиноль, а пневмоцилиндр механизма привода клепальной головки выполнен с возможностью перемещения наружного и внутреннего валов вместе с клепальной головкой и обеспечения регулируемого давления на клепальную головку, которая выполнена с возможностью движения по радиальной спиралевидной траектории.

2. Сверлильно-клепальное устройство по п. 1, отличающееся тем, что клепальная головка содержит систему подшипников, пружину, сферический подпятник, пуансонодержатель и раскатной пуансон.