一种手工制孔辅助工具及手工制孔方法
阅读说明：本技术 一种手工制孔辅助工具及手工制孔方法 (Manual hole making auxiliary tool and manual hole making method ) 是由 陈松林 唐沐天 李帅 严厉 于 2021-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于飞机装配和维护技术领域,具体涉及一种手工制孔辅助工具及手工制孔方法,辅助工具包括钻套结构和支撑结构；钻套结构包括外壳和钻套本体,钻套本体可拆卸的设置于外壳的内部,钻套本体的的轴心处设置有钻孔；支撑结构包括四个支撑单元和与钻套结构底部契合的指示灯,指示灯固定连接于钻套结构的底部,四个支撑单元在钻套结构的底部呈正方形分布。本技术方案结构小巧、便携式,能够适用不同曲面,可通过提供可靠的压紧力以保证制孔时制孔刀具平稳,且针对不同孔径可以快速更换钻套本体,应用范围广。(The invention belongs to the technical field of airplane assembly and maintenance, and particularly relates to a manual hole-making auxiliary tool and a manual hole-making method, wherein the auxiliary tool comprises a drill bushing structure and a supporting structure; the drill bushing structure comprises a shell and a drill bushing body, the drill bushing body is detachably arranged in the shell, and a drill hole is formed in the axis of the drill bushing body; the supporting structure comprises four supporting units and an indicator light matched with the bottom of the drill bushing structure, the indicator light is fixedly connected to the bottom of the drill bushing structure, and the four supporting units are distributed in a square shape at the bottom of the drill bushing structure. This technical scheme structure is small and exquisite, portable, can be suitable for different curved surfaces, and the accessible provides reliable packing force and steady in order to guarantee the system hole drilling cutter, and can quick replacement drill bushing body to different apertures, and the range of application is wide.)
技术领域
本发明属于飞机装配和维护技术领域，具体涉及一种手工制孔辅助工具及手工制孔方法。
背景技术
制孔工作是飞机部件装配阶段的最主要工作，机体内部、表面均存在大量的连接孔。制孔过程分为划线、制初孔、扩孔、铰孔等过程，随着零件制造精度的提升，目前大部分装配用的初孔均在零件阶段制出，装配阶段制孔的主要工作为扩孔和铰孔。连接件的制孔质量直接影响连接件的疲劳性能，制孔质量主要包括孔径误差和垂直度误差，孔径误差主要由刀具磨损和制孔时刀具抖动造成，垂直度误差主要由制孔时刀具摆放不垂直造成。
目前用于辅助制孔的工具主要是制孔钻杯，钻杯整体呈圆柱体，中间安装钻套，用于保证刀具与钻杯同轴，底部与结构接触部分为一个圆环。该类工具在制平面孔时能够在一定程度上保证制孔的垂直度，但制曲面结构时无法固定，在平面结构上使用时受人为因素影响，可能导致钻杯底部未与结构完全接触而操作者无法发现并及时纠正，故保证垂直度的效果不佳，且此类钻杯无法消除制孔时刀具抖动的问题。
目前国内外都在研究机器人制孔技术，通过机器视觉系统找曲面法矢，利用机器人制孔技术能够较好的解决大部分制孔问题。但是对于复杂的飞机结构而言，机器人制孔无法满足全覆盖，且数字化制孔系统要想达到一定规模，实现高效生产，成本较高。故现阶段飞机部件装配仍以手工制孔为主，如何利用简洁有效的装置来提升手工制孔质量成了当务之急。
发明内容
为解决手工制孔过程中针对曲面结构垂直度无法保证的问题和制孔时刀具抖动导致孔径无法保证的问题，本发明提供一种手工制孔辅助工具及手工制孔方法，所述辅助工具作为一种结构小巧，便携式简单工具，能够适用不同曲面，同时可通过提供可靠的压紧力以保证制孔时制孔刀具平稳，且针对不同孔径可以快速更换钻套本体，应用范围广。
本发明具体通过通过以下技术方案实现：
一种手工制孔辅助工具，其特征在于：包括钻套结构和支撑结构；所述钻套结构包括外壳和钻套本体，外壳的顶部敞口设置，外壳的底部设置有与外壳同轴的穿孔；钻套本体可拆卸的设置于外壳的内部，且钻套本体的的外壁与外壳的内壁紧密贴合；钻套本体的的轴心处设置有钻孔，钻孔用于限制制孔时制孔刀具位置（如垂直度、因抖动导致的径向偏移），可根据不同的钻孔尺寸，生产出若干信号的钻套本体，进一步的，可根据待制孔的尺寸选择相应型号的钻套本体，一具多用，在不提高成本的条件下，具有较大的通用性；所述支撑结构包括四个支撑单元和与钻套结构底部契合的指示灯，指示灯固定连接于钻套结构的底部，四个支撑单元在钻套结构的底部呈正方形分布；支撑单元包括支撑脚、连接垫片和传感器；支撑脚的一端通过连接垫片与指示灯固定连接，支撑脚的另一端设置半圆球形结构，半圆球形结构可是本技术方案适应呈曲面结构的制孔结构；传感器嵌设于连接垫片的轴心处，并与指示灯电性连接，用于测量支撑脚与制孔结构（即需要制孔的工件表面）之间的压力N，当四个支撑单元的传感器均受到一定的压力时，指示灯亮，表示可以制孔。具体的，其原理为：支撑单元与制孔结构之间的摩擦力，其中μ为半圆球形结构与制孔结构之间的摩擦系数，当制孔刀具抖动且径向力 时，刀具不会发生径向位移，当四个支撑脚均受到一定压力时，摩擦力也增大。通过专门的实验可得到制孔刀具制孔时抖动的径向力，通过计算分析可获得支撑单元与制孔结构之间的摩擦力，通过计算结果设置压力值大小可消除抖动的影响。因为四个支撑脚均要求受力，故可消除因操作问题导致的工具底部未与结构完全贴合的问题。同时，工具底部采用四个支撑脚的结构，可以消除连续圆环结构在曲面上使用时无法固定的问题。
优选的，所述钻孔为设置于钻套本体轴心处的圆柱形中空结构，圆柱形中空结构可全面包裹制孔刀具，有效可靠的限制制孔时制孔刀具位置，可根据圆柱形中空结构的半径不同，生产出若干信号的钻套本体。
优选的，所述支撑脚呈圆柱体机构；所述半圆球形结构的半径与支撑脚的半径相等，防止因半圆球形结构过大导致受力不平衡（受力不平衡可能会造成半圆球形结构断裂），防止因半圆球形结构过小而可能无法与制孔结构接触（具体的，半圆球形结构过小，支撑脚的端部会影响半圆球形结构与制孔结构接触），增加了支撑单元的一体化程度，确保了支撑单元的稳定性。
优选的，所述半圆球形结构的表面设置有粗糙纹路，用于增加半圆结构与制孔结构之间的摩擦系数，防止使用时打滑而影响制孔质量，同时提高了使用安全系数。
优选的，所述钻套本体的顶部设置有用于卡住外壳的挂钩，挂钩与外壳相互配合，阻止钻套本体与外壳之间发生相对转动，同时防止钻套本体从外壳中脱落出来，增加了钻套结构的稳定性，为辅助工具的使用提供了安全保障，更换钻套本体时，松开挂钩后取出钻套即可，操作简单方便。
优选的，所述指示灯呈对应外壳底部结构设置的圆环结构，确保指示灯与外壳底部契合，既不干扰制孔刀具，且结构稳定美观。
基于上述一种手工制孔辅助工具，本技术方案公开一种手工制孔方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，组装辅助工具，根据待制孔的尺寸，选择具有相应尺寸钻孔的钻套本体，并将钻套本体安装于外壳中；
S2，首先采用钻头在制孔结构上钻取初孔；
S3，将辅助工具放置在制孔结构上，然后将制孔刀具依次闯过钻孔和穿孔，同步调整辅助装置和刀具的位置，使制孔刀的顶部与初孔位置重合；
S4，对辅助工具施加压力，使所有的支撑脚上的半圆球形结构与制孔结构接触，直至指示灯亮起（即，只有当 时，指示灯亮才会亮起）；
S5，在确保指示灯持续点亮的条件下，采用制孔刀具进行制孔，待制孔结束后，取下制孔刀具和辅助工具即可。
本技术方案带来的有益效果：
1）可控制曲面制孔时的垂直度误差。支撑脚设置半圆球形结构，底部与结构接触面积小，可在曲面结构上实现平稳放置，此外根据曲面曲度的变化大小可以从制作阶段调整工具中支撑脚之间的距离，能够保证辅助工具的轴线与曲面制孔处垂直度误差控制在±1°。
2）增加工具互换性。不同孔径的钻套外形尺寸一致，能够实现工具同一个主体结构（即外壳、指示灯和支撑单元的连接结构）与型号的钻套本体相配合，在限制成本的条件下，一定程度上提高了辅助工具的通用性。
3）消除制孔时刀具抖动影响。通过指示灯与压力传感器的配合使用，有效掌握工具与结构之间的摩擦力，为消除制孔时刀具抖动造成的影响提供可靠依据。
4）解决人为因素造成的放置不到位问题。指示灯与压力传感器的配合使用，工具必须放置到位后指示灯才亮，确保操作者使用时将工具放置到位。
附图说明
图1为本技术方案的整体结构示意图；
图2为本技术方案的正面剖视结构示意图；
图中：
1、外壳；2、钻套本体；3、钻孔；4、穿孔；5、支撑单元；5.1、支撑脚；5.2、连接垫片；5.3、传感器；5.4、半圆球形结构；6、指示灯；7、挂钩。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明，但不应理解为本发明仅限于以下实例，在不脱离本发明构思的前提下，本发明在本领域的变形和改进都应包含在本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
本实施例公开了一种手工制孔辅助工具，作为本发明一种基本的实施方案，包括钻套结构和支撑结构；钻套结构包括外壳1和钻套本体2，外壳1的顶部敞口设置，外壳1的底部设置有与外壳1同轴的穿孔4；钻套本体2可拆卸的设置于外壳1的内部，且钻套本体2的的外壁与外壳1的内壁紧密贴合；钻套本体2的的轴心处设置有钻孔3；支撑结构包括四个支撑单元5和与钻套结构底部契合的指示灯6，指示灯6固定连接于钻套结构的底部，四个支撑单元5在钻套结构的底部呈正方形分布；支撑单元5包括支撑脚5.1、连接垫片5.2和传感器5.3；支撑脚5.1的一端通过连接垫片5.2与指示灯6固定连接，支撑脚5.1的另一端设置半圆球形结构5.4；传感器5.3嵌设于连接垫片5.2的轴心处，并与指示灯6电性连接。
在实际生产中，根据钻孔3尺寸的不同，生产如若干种型号的钻套本体2，在实际运用中，根据待制孔尺寸选择相应型号的钻套本体2安装在外壳1的内部，将辅助工具放置于制孔结构上，并将制孔刀具插入并穿过辅助工具，具体为制孔刀具依次穿过钻孔3和穿孔4；向辅助工具施加一定的压力，确保辅助工具放置到位，具体为指示灯6点亮即放置到位，表明可以开始制孔。本技术方案可控制曲面制孔时的垂直度误差，支撑脚5.1设置半圆球形结构5.4，底部与结构接触面积小，可在曲面结构上实现平稳放置，此外根据曲面曲度的变化大小可以从制作阶段调整工具中支撑脚5.1之间的距离，能够保证辅助工具的轴线与曲面制孔处垂直度误差控制在±1°；增加了工具互换性，不同孔径的钻套外形尺寸一致，能够实现工具同一个主体结构（即外壳1、指示灯6和支撑单元5的连接结构）与型号的钻套本体2相配合，在限制成本的条件下，一定程度上提高了辅助工具的通用性；消除了制孔时刀具抖动影响，通过指示灯6与压力传感器5.3的配合使用，有效掌握工具与结构之间的摩擦力，为消除制孔时刀具抖动造成的影响提供可靠依据；解决了人为因素造成的放置不到位问题，指示灯6与压力传感器5.3的配合使用，工具必须放置到位后指示灯6才亮，确保操作者使用时将工具放置到位。
实施例2
本实施例公开了一种手工制孔辅助工具，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例1中，钻孔3为设置于钻套本体2轴心处的圆柱形中空结构；支撑脚5.1呈圆柱体机构；所述半圆球形结构5.4的半径与支撑脚5.1的半径相等；半圆球形结构5.4的表面设置有粗糙纹路；钻套本体2的顶部设置有用于卡住外壳1的挂钩7；指示灯6呈对应外壳1底部结构设置的圆环结构。
本技术方案的钻套本体2轴心处的圆柱形中空结构，圆柱形中空结构可全面包裹制孔刀具，有效可靠的限制制孔时制孔刀具位置，可根据圆柱形中空结构的半径不同，生产出若干信号的钻套本体2；支撑脚5.1与半圆球形结构5.4的结构设置，增加了支撑单元5的一体化程度，确保了支撑单元5的稳定性；粗糙纹路的设置可增加半圆结构与制孔结构之间的摩擦系数，防止使用时打滑而影响制孔质量，同时提高了使用安全系数；通过设置挂钩7阻止钻套本体2与外壳1之间发生相对转动，同时防止钻套本体2从外壳1中脱落出来，增加了钻套结构的稳定性，为辅助工具的使用提供了安全保障。
实施例3
本实施例公开了一种手工制孔方法，作为本发明一种基本的实施方案，包括以下步骤：
S1，组装辅助工具，根据待制孔的尺寸，选择具有相应尺寸钻孔3的钻套本体2，并将钻套本体2安装于外壳1中；
S2，首先采用钻头在制孔结构上钻取初孔；
S3，将辅助工具放置在制孔结构上，然后将制孔刀具依次闯过钻孔3和穿孔4，同步调整辅助装置和刀具的位置，使制孔刀的顶部与初孔位置重合；
S4，对辅助工具施加压力，使所有的支撑脚5.1上的半圆球形结构5.4与制孔结构接触，直至指示灯6亮起；
S5，在确保指示灯6持续点亮的条件下，采用制孔刀具进行制孔，待制孔结束后，取下制孔刀具和辅助工具即可。
本技术方案可控制曲面制孔时的垂直度误差，支撑脚5.1设置半圆球形结构5.4，底部与结构接触面积小，可在曲面结构上实现平稳放置，此外根据曲面曲度的变化大小可以从制作阶段调整工具中支撑脚5.1之间的距离，能够保证辅助工具的轴线与曲面制孔处垂直度误差控制在±1°；增加了工具互换性，不同孔径的钻套外形尺寸一致，能够实现工具同一个主体结构（即外壳1、指示灯6和支撑单元5的连接结构）与型号的钻套本体2相配合，在限制成本的条件下，一定程度上提高了辅助工具的通用性；消除了制孔时刀具抖动影响，通过指示灯6与压力传感器5.3的配合使用，有效掌握工具与结构之间的摩擦力，为消除制孔时刀具抖动造成的影响提供可靠依据；解决了人为因素造成的放置不到位问题，指示灯6与压力传感器5.3的配合使用，工具必须放置到位后指示灯6才亮，确保操作者使用时将工具放置到位。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化。如根据实际需要改变钻套外形、改变钻套的固定方式、改变支撑脚5.1底部外形、改变指示灯6提醒形式等。
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