一种基于工业铝型材的型架精确定位装置及型架搭建方法

技术领域

本发明涉及航空航天工艺装备制造技术领域，特别是一种基于工业铝型材的型架精确定位装置及型架搭建方法。

背景技术

飞机装配型架（又称装配夹具）是飞机在装配过程中采用的适合飞机结构和生产特点的工艺装备，其功能是使低刚度的飞机零件、装配件能够准确、迅速的定位、夹紧，保证其有正确的几何形状和位置，并限制它在连续装配中的变形，使飞机装配后，其装配件的几何形状和尺寸在规定的公差范围之内，以满足产品的制造准确度和协调准确度要求。飞机装配型架通常由骨架、定位器、夹紧组件和其他辅助设备组成。在飞机装配型架中，骨架是型架的基体，它的作用是用于定位器、夹紧器的固定和支撑，保持各元件的空间位置的准确度和稳定度，具有足够的刚度。

现有的骨架通常是钢管或其他截面形状的钢型材焊接而成。由于焊接结构容易引起较大的残余变形和焊接内应力，从而影响结构承载能力、加工精度和尺寸稳定性。同时在焊缝与焊件交界处还会引起应力集中，导致结构脆性断裂。因此，现有工装骨架具有焊接变形大，焊接应力难以完全消除或消除周期长，结构笨重的、重复利用率低、制作成本高等缺点。

工业铝型材是一种外壁开C型槽口的具有薄壁结构的方管状挤压型材。基于工业铝型材搭建构架体在机械制造、工厂设备、工业生产流水线、工厂自动化及自动化生产装置等领域，有着广泛的应用场景。在上述场景中，通常是通过螺钉和放置在C型槽口内的长方形螺母块螺纹连接产生的静摩擦力，把预制好的工业铝型材搭建成需要的构架或在工业铝型材上适当位置安装结构件。但是，此类连接仅仅满足构架连接强度要求，不能满足构架的精确定位。随着工业自动化的普及，以及航空制造业界对精确快捷、高效率、低成本并能适应多品种产品的生产要求，以及工业铝型材自身结构特点，使用工业铝型材搭建构架缺乏精确定位措施这一弊端凸显出来。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于工业铝型材的型架精确定位装置及型架搭建方法，解决钢制焊接骨架焊接变形大，焊接残余应力难以完全消除或消除周期长、结构笨重、重复利用率低、制造成本高等问题；同时利用工业铝型材结构刚性强、尺寸精度高、加工便捷，无需焊接能够快速、精确的搭建飞机装配型架，且安装、拆卸搬运、重复利用率高的特点，以满足航空制造业界对精确快捷、高效率、低成本并能适应多品种产品的生产要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于工业铝型材的型架精确定位装置，它包括工业铝型材与工业铝型材之间的精确定位装置、工业铝型材与型架定位器之间的精确定位装置；

所述工业铝型材与工业铝型材之间的精确定位装置包括第一横向工业铝型材、竖向工业铝型材、连接角件、光孔型轴套、连接螺钉和螺纹孔型轴套，所述连接角件的垂直板经锁紧螺钉固定于竖向工业铝型材的内端面上，连接角件的水平板与第一横向工业铝型材的底表面相接触，所述光孔型轴套穿过连接角件上的定位孔且伸入于第一横向工业铝型材内，光孔型轴套的定位圆柱面与第一横向工业铝型材之间、光孔型轴套的定位圆柱面与连接角件上的定位孔均过盈配合，在第一横向工业铝型材的另一侧穿设有螺纹孔型轴套，连接螺钉由下往上穿过光孔型轴套且与螺纹孔型轴套螺纹连接，通过连接螺钉的拉紧预应力，将竖向工业铝型材、第一横向工业铝型材和连接角件固定连接在一起；

所述工业铝型材与型架定位器之间的精确定位装置包括第二横向工业铝型材、型架定位器、光孔型轴套、连接螺钉和螺纹孔型轴套，所述型架定位器支撑于第二横向工业铝型材的顶表面上，所述光孔型轴套穿过型架定位器上的定位孔且伸入于第二横向工业铝型材内，光孔型轴套的定位圆柱面与第二横向工业铝型材之间、光孔型轴套的定位圆柱面与型架定位器上的定位孔均过盈配合，在第二横向工业铝型材的另一侧穿设有螺纹孔型轴套，连接螺钉由上往下穿过光孔型轴套且与螺纹孔型轴套螺纹连接，通过连接螺钉的拉紧预应力，将第二横向工业铝型材和型架定位器固定连接在一起。

所述光孔型轴套为带肩式抽销结构，光孔型轴套的上部为第一轴肩，光孔型轴套的下部为定位圆柱面，光孔型轴套内开设有沿其轴向设置的圆柱通孔。

所述连接螺钉为一细长螺杆，其头部为圆柱体，圆柱体的端面上开设有六角凹槽，连接螺钉的中间段为第一圆柱体，连接螺钉的尾部设置有螺纹柱体。

所述螺纹孔型轴套为带肩式轴销结构，螺纹孔型轴套的上部设置有第二轴肩，螺纹孔型轴套的下部设置有第二圆柱体，螺纹孔型轴套的内壁上开设有沿其轴向设置的螺纹孔，螺纹孔的公称直径与螺纹柱体的公称直径相等。

所述连接角件的水平板上开设有多个定位孔，所述第一横向工业铝型材上开设有与定位孔相对应的通孔。

所述型架定位器的底部固设有定位器法兰，定位器法兰上开设有多个定位孔，所述第二横向工业铝型材上开设有与定位孔相对应的通孔。

一种基于工业铝型材的型架精确搭建方法，它包括工业铝型材与工业铝型材之间的精确搭建方法、工业铝型材与型架定位器之间的精确搭建方法；

所述工业铝型材与工业铝型材之间的精确搭建方法，包括以下步骤：

步骤一、制出符合尺寸需求的第一横向工业铝型材和竖向工业铝型材，并在第一横向工业铝型材中制作出通孔；

步骤二、在连接角件上制作出与通孔相对应的定位孔；

步骤三、将连接角件的垂直板通过锁紧螺钉固定在竖向工业铝型材的端面上，将光孔型轴套的定位圆柱面穿过连接角件的定位孔，而后将定位圆柱面穿入到第一横向工业铝型材的通孔的下端口内；

步骤四、将螺纹孔型轴套的第二圆柱体穿入到第一横向工业铝型材的通孔的上端口内；

步骤五、将连接螺钉的螺纹柱体由下往上顺次穿过连接角件的定位孔、光孔型轴套的圆柱通孔，且将螺纹柱体与螺纹孔型轴套的螺纹孔螺纹连接，在螺纹连接力下，螺纹孔型轴套的第二轴肩抵压于第一横向工业铝型材的顶表面上，同时光孔型轴套的第一轴肩抵压在连接角件水平板的底表面上；

步骤六、连续重复步骤三至步骤五多次，即可将第一横向工业铝型材和连接角件固定连接在一起，从而完成型架的搭建;

所述工业铝型材与型架定位器之间的精确搭建方法，包括以下步骤：

步骤一、制出符合尺寸需求的第二横向工业铝型材，并在第二横向工业铝型材中制作出通孔；

步骤二、在型架定位器上制作出与通孔相对应的定位孔；

步骤三、将光孔型轴套的定位圆柱面穿过型架定位器的定位孔，而后将定位圆柱面穿入到第二横向工业铝型材的通孔的上端口内；

步骤四、将螺纹孔型轴套的第二圆柱体穿入到第二横向工业铝型材的通孔的下端口内；

步骤五、将连接螺钉的螺纹柱体由上往下顺次穿过型架定位器的定位孔、光孔型轴套的圆柱通孔，且将螺纹柱体与螺纹孔型轴套的螺纹孔螺纹连接，在螺纹连接力下，螺纹孔型轴套的第二轴肩抵压于第二横向工业铝型材的底表面上，同时光孔型轴套的第一轴肩抵压在型架定位器的顶表面上；

步骤六、连续重复步骤三至步骤五多次，即可将第二横向工业铝型材和型架定位器固定连接在一起，从而完成型架的搭建。

本发明的有益效果为：本发明解决了钢制焊接骨架焊接变形大，焊接残余应力难以完全消除或消除周期长、结构笨重、重复利用率低、制造成本高等问题，同时无需焊接即能够快速、精确的搭建飞机装配型架，满足了航空制造业界对精确快捷、高效率、低成本并能适应多品种产品的生产要求。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为图1的A部局部放大示意图；

图3 为图1的B部局部放大示意图；

图4 为光孔型轴套的结构示意图；

图5 为螺纹孔型轴套的结构示意图；

图6 为连接螺钉的结构示意图；

图7 为型架定位器的结构示意图；

图中，

2-连接角件，3-光孔型轴套，3a-定位圆柱面，3b-圆柱通孔，3c-第一轴肩；

4-连接螺钉，4a-六角凹槽，4b-第一圆柱体，4c-螺纹柱体；

5-螺纹孔型轴套，5a-第二圆柱体，5b-第二轴肩，5c-螺纹孔；

6-型架定位器，6a-定位器法兰，6b-定位孔；

7-第一横向工业铝型材，8-竖向工业铝型材，9-第二横向工业铝型材，10-锁紧螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

应用场景一：如图1、图2、图4~图6所示，一种基于工业铝型材的型架精确定位装置，它包括工业铝型材与工业铝型材之间的精确定位装置、工业铝型材与型架定位器之间的精确定位装置；

所述工业铝型材与工业铝型材之间的精确定位装置包括第一横向工业铝型材7、竖向工业铝型材8、连接角件2、光孔型轴套3、连接螺钉4和螺纹孔型轴套5，所述连接角件2的垂直板经锁紧螺钉10固定于竖向工业铝型材8的内端面上，连接角件2的水平板与第一横向工业铝型材7的底表面相接触，所述光孔型轴套3穿过连接角件2上的定位孔且伸入于第一横向工业铝型材7内，光孔型轴套3的定位圆柱面3a与第一横向工业铝型材7之间、光孔型轴套3的定位圆柱面3a与连接角件2上的定位孔均过盈配合，起到精确定位的功能，在第一横向工业铝型材7的另一侧穿设有螺纹孔型轴套5，连接螺钉4由下往上穿过光孔型轴套3且与螺纹孔型轴套5螺纹连接，通过连接螺钉4的拉紧预应力，将竖向工业铝型材8、第一横向工业铝型材7和连接角件2固定连接在一起，起到防松动的作用。

所述光孔型轴套3为带肩式抽销结构，光孔型轴套3的上部为第一轴肩3c，光孔型轴套3的下部为定位圆柱面3a，光孔型轴套3内开设有沿其轴向设置的圆柱通孔3b。所述连接螺钉4为一细长螺杆，其头部为圆柱体，圆柱体的端面上开设有六角凹槽4a，连接螺钉4的中间段为第一圆柱体4b，连接螺钉4的尾部设置有螺纹柱体4c。所述螺纹孔型轴套5为带肩式轴销结构，螺纹孔型轴套5的上部设置有第二轴肩5b，螺纹孔型轴套5的下部设置有第二圆柱体5a，螺纹孔型轴套5的内壁上开设有沿其轴向设置的螺纹孔5c，螺纹孔5c的公称直径与螺纹柱体4c的公称直径相等。所述连接角件2的水平板上开设有多个定位孔，所述第一横向工业铝型材7上开设有与定位孔相对应的通孔。

一种基于工业铝型材的型架精确搭建方法，包括以下步骤：

步骤一、制出符合尺寸需求的第一横向工业铝型材7和竖向工业铝型材8，并在第一横向工业铝型材7中制作出通孔；

步骤二、在连接角件2上制作出与通孔相对应的定位孔；

步骤三、将连接角件2的垂直板通过锁紧螺钉10固定在竖向工业铝型材8的端面上，将光孔型轴套3的定位圆柱面3a穿过连接角件2的定位孔，而后将定位圆柱面3a穿入到第一横向工业铝型材7的通孔的下端口内；

步骤四、将螺纹孔型轴套5的第二圆柱体5a穿入到第一横向工业铝型材7的通孔的上端口内；

步骤五、将连接螺钉4的螺纹柱体4c由下往上顺次穿过连接角件2的定位孔、光孔型轴套3的圆柱通孔3b，且将螺纹柱体4c与螺纹孔型轴套5的螺纹孔5c螺纹连接，在螺纹连接力下，螺纹孔型轴套5的第二轴肩5b抵压于第一横向工业铝型材7的顶表面上，同时光孔型轴套3的第一轴肩3c抵压在连接角件2水平板的底表面上；

步骤六、连续重复步骤三至步骤五多次，即可将第一横向工业铝型材7和连接角件2固定连接在一起，从而完成型架的搭建。

从步骤一到步骤六过程中，并没有采用任何的焊接的操作，仅通过螺纹孔型轴套5、光孔型轴套3、连接螺钉4和连接角件2即可将多个工业铝型材牢固的连接在一起，从而很好的解决了钢制焊接骨架焊接变形大，焊接残余应力难以完全消除或消除周期长、结构笨重、重复利用率低、制造成本高等问题，同时无需焊接即能够快速、精确的搭建飞机装配型架，满足了航空制造业界对精确快捷、高效率、低成本并能适应多品种产品的生产要求。

应用场景二：如图1、图3、图4~图7所示，一种基于工业铝型材的型架精确定位装置，它包括工业铝型材与型架定位器之间的精确定位装置，所述工业铝型材与型架定位器之间的精确定位装置包括第二横向工业铝型材9、型架定位器6、光孔型轴套3、连接螺钉4和螺纹孔型轴套5，所述型架定位器6支撑于第二横向工业铝型材9的顶表面上，所述光孔型轴套3穿过型架定位器6上的定位孔6b且伸入于第二横向工业铝型材9内，光孔型轴套3的定位圆柱面3a与第二横向工业铝型材9之间、光孔型轴套3的定位圆柱面3a与型架定位器6上的定位孔6b均过盈配合，起到精确定位的功能，在第二横向工业铝型材9的另一侧穿设有螺纹孔型轴套5，连接螺钉4由上往下穿过光孔型轴套3且与螺纹孔型轴套5螺纹连接，通过连接螺钉4的拉紧预应力，将第二横向工业铝型材9和型架定位器6固定连接在一起，起到防松动的作用。

所述光孔型轴套3为带肩式抽销结构，光孔型轴套3的上部为第一轴肩3c，光孔型轴套3的下部为定位圆柱面3a，光孔型轴套3内开设有沿其轴向设置的圆柱通孔3b。所述连接螺钉4为一细长螺杆，其头部为圆柱体，圆柱体的端面上开设有六角凹槽4a，连接螺钉4的中间段为第一圆柱体4b，连接螺钉4的尾部设置有螺纹柱体4c。所述螺纹孔型轴套5为带肩式轴销结构，螺纹孔型轴套5的上部设置有第二轴肩5b，螺纹孔型轴套5的下部设置有第二圆柱体5a，螺纹孔型轴套5的内壁上开设有沿其轴向设置的螺纹孔5c，螺纹孔5c的公称直径与螺纹柱体4c的公称直径相等。所述型架定位器6的底部固设有定位器法兰6a，定位器法兰6a上开设有多个定位孔6b，所述第二横向工业铝型材9上开设有与定位孔6b相对应的通孔。

一种基于工业铝型材的型架精确搭建方法，包括以下步骤：

步骤一、制出符合尺寸需求的第二横向工业铝型材9，并在第二横向工业铝型材9中制作出通孔；

步骤二、在型架定位器6上制作出与通孔相对应的定位孔6b；

步骤三、将光孔型轴套3的定位圆柱面3a穿过型架定位器6的定位孔6b，而后将定位圆柱面3a穿入到第二横向工业铝型材9的通孔的上端口内；

步骤四、将螺纹孔型轴套5的第二圆柱体5a穿入到第二横向工业铝型材9的通孔的下端口内；

步骤五、将连接螺钉4的螺纹柱体4c由上往下顺次穿过型架定位器6的定位孔6b、光孔型轴套3的圆柱通孔3b，且将螺纹柱体4c与螺纹孔型轴套5的螺纹孔5c螺纹连接，在螺纹连接力下，螺纹孔型轴套5的第二轴肩5b抵压于第二横向工业铝型材9的底表面上，同时光孔型轴套3的第一轴肩3c抵压在型架定位器6的顶表面上；

步骤六、连续重复步骤三至步骤五多次，即可将第二横向工业铝型材9和型架定位器6固定连接在一起，从而完成型架的搭建。

从步骤一到步骤六过程中，本发明并没有采用任何的焊接的操作，仅通过螺纹孔型轴套5、光孔型轴套3和连接螺钉4即可将工业铝型材与型架定位器6牢固的连接在一起，从而很好的解决了钢制焊接骨架焊接变形大，焊接残余应力难以完全消除或消除周期长、结构笨重、重复利用率低、制造成本高等问题，同时无需焊接即能够快速、精确的搭建飞机装配型架，满足了航空制造业界对精确快捷、高效率、低成本并能适应多品种产品的生产要求。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。