本发明涉及辅助钻孔，具体为一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器及方法。
背景技术：
1、碳纤维复合材料是由碳纤维增强体和环氧树脂基体两相材料复合而成，两相组成材料的物理和力学性能差异极大，碳纤维强度高、硬度大(hrc＝53-65)，环氧树脂强度硬度较低，但导热和耐热性差，另外，复合材料通常采用铺层的形式制备，铺层间的结合强度相对较弱，以上原因导致碳纤维复合材料机械加工时，在切削力与切削热的作用下，极易产生毛刺、撕裂、层间分层、基体开裂、基体烧伤等多种损伤形式，成为典型的难加工材料。
2、在采用传统钻孔工艺加工碳纤维复合材料小孔时，复合材料对损伤非常敏感，制孔损伤会使复合材料及其连接结构的力学性能显著降低，另外，在使用载荷作用下，孔周的损伤会因应力集中而扩展,从而导致使用寿命内产品性能弱化，严重影响产品的可靠性。
3、目前，在复合材料进行钻孔时，切屑热对树脂的影响会导致层间分层加速，此外传统设备在钻孔时会产生较长的碳纤及粉尘，不能及时的排出，使得钻孔内轴向摩擦力增大，摩擦生热和因摩擦引起的孔周应力集中，使得孔壁的强度性能大幅下降，使的复合材料层合板构件的稳定性、强度等重要性能下降，缩短了构件的使用寿命。
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，本发明提供了一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器及方法，解决了传统设备在钻孔时会产生较长的碳纤及粉尘，不能及时的排除，使得轴向摩擦力增大，摩擦生热和因摩擦引起的孔周应力集中，使得孔壁的强度性能大幅下降，使的【错字，得】复合材料层合板构件的稳定性、强度等重要性能下降，缩短了构件的使用寿命的问题。
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：一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，包括底座、超声辅助系统和两个定位组件，所述底座的上端固定连接有龙门架，所述龙门架上安装上通过升降机构安装有横管，所述横管的一端安装有两个导轨，两个所述导辊之间共同安装有横移机构，所述横移机构安装有支架，所述支架上活动安装有支座，所述支座上固定安装有主轴电机，所述横移机构用于调节主轴电机的横向位置对工件表面不同的位置进行钻孔；
5、所述支架的下端固定连接有连接架，所述连接架的下端固定连接有框架，所述框架上安装有限位机构，所述限位机构随升降机构移动对工件进行压制，并且能在钻孔时对工件进行二次压紧；
6、所述底座的上端固定连接有工作台，两个所述定位组件安装在工作台的上端，所述工作台的上端通过安装口固定连接有安装架，所述安装架上安装有输送机构，所述输送机构用于输送工件，并在限位机构工作时提供压缩空间使工件与工作台上端接触。
7、优选的，所述横移机构包括两个矩形管，所述支架固定在两个矩形管之间，所述矩形管套接在导轨内，所述矩形管的管口处固定连接有螺纹套，所述螺纹套内连接有丝杆，所述丝杆的一端通过滚动轴承与横管的管壁转动连接，所述横管内通过轴承座转动连接有传动轴，所述传动轴的两端均固定连接有第一锥齿轮，两个所述第一锥齿轮的一侧均啮合有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与丝杆的一端固定连接，所述传动轴的轴壁上固定连接有蜗轮，所述蜗轮的一侧啮合有蜗杆，所述横管的一侧固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端与蜗杆的一端固定连接。
8、优选的，所述升降机构包括横板，所述横板的上端通过圆孔安装有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的螺母固定在圆孔内，所述龙门架的上端固定连接有第二电机，所述第二电机的输出端与滚珠丝杠的螺杆上端固定连接，所述横板的四角处均固定连接有导向套，多个所述导向套内均套接有导向柱，所述导向柱的上端固定在龙门架的横梁下端，所述导向柱的下端固定连接在底座的上端。
9、优选的，所述横板的一端边缘处固定连接有两个斜撑杆，两个所述斜撑杆的一端分别与两个导轨的下端固定连接，所述导轨的一侧通过连接块与导向套的侧壁固定连接，所述横管的两端分别与其中两个导向套的侧壁固定连接。
10、优选的，所述限位机构包括多个壳体，多个所述壳体均固定在框架上，所述壳体的下端通过方孔套接有方杆，所述方杆的上端固定连接有强磁铁，所述壳体的上端内壁固定连接有电磁铁，所述方杆的下端固定连接有滚轮，所述方杆的杆壁上套接有弹簧，所述弹簧的一端与壳体的下端内壁固定连接，所述弹簧的上端固定连接在强磁铁的下端，所述壳体的下端固定连接有两个压力传感器，所述压力传感器的下端与滚轮的保持架上端接触。
11、优选的，所述支架的侧壁开设有多个滑槽，多个所述滑槽内均套接有滑块，所述滑块固定在支座上，所述支架的上端固定连接有电动推杆，所述电动推杆的输出端贯穿支架的侧壁并与支座的上端固定连接。
12、优选的，所述超声辅助系统包括超声波发生器和两个振子，两个所述振子对称固定在框架的侧壁上，所述框架的侧壁固定连接有摄像头和两个激光测距探头。
13、优选的，所述输送机构包括两个横轴，两个所述横轴的轴壁均通过滚动轴承转动连接在安装架上，安装架的一侧固定连接有第三电机，所述第三电机的输出端固定连接有主动带轮，所述主动带轮的侧壁绕接有同步带，所述同步到内绕接有两个从动带轮，两个所述同步带轮分别与两个横轴的一端固定连接，所述安装架的侧壁开设有多个矩形孔，多个所述矩形口内均设置有第一充气轮，且第一充气轮固定在横轴的轴壁上，所述安装架的上端开设有条形通孔。
14、优选的，所述安装架的侧壁通过滚珠轴承转动连接有两个支撑轴，两个所述支撑轴的轴壁上均固定连接有第二充气轮，所述安装架的侧壁开设有与第二充气轮相配合的缺口，所述第一充气轮和第二充气轮的尺寸相同且最上端位于同一水平面。
15、本发明还提供了一种复合材料层合板超声辅助钻孔的方法，包括以下步骤：
16、步骤一、利用两个定位组件调节出与复合材料层合板工件适配的宽度，通过输送机构将复合材料层合板工件输送至主轴电机的下方；
17、步骤二、通过横移机构调节主轴电机的位置，使主轴电机的钻头处于打孔标点的上方；
18、步骤三、升降机构工作使主轴电机下移，直至限位机构与复合材料层合板工件接触，通过限位机构上的压力传感器检测压力大小，压力值达到一定值时，限位机构停止下移；
19、步骤四、利用限位机构对复合材料层合板工件进行二次压紧，随后利用定位组件收缩夹紧复合材料层合板工件；
20、步骤五、启动超声辅助系统，振子将机械振动传递至复合材料层合板件上产生高频振动；
21、步骤六、开启电动推杆推动旋转的主轴电机下移，直至完成在复合材料层合板工件表面钻孔。
22、(三)有益效果
23、与现有技术相比，本发明提供了一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器及方法，具备以下有益效果：
24、1、在钻孔时，超声辅助系统的振子将机械振动传递至复合材料层合板件上产生高频振动，在复合材料层合板工件产生振动时，能够在小范围内高速的与气体产生摩擦，如此即可实现钻孔过程中对钻点处进行降温，并且在电动推杆推动旋转的主轴电机下移的过程中，振子不产生位移，如此能够确保钻孔时振子传递的机械振动直至完成在钻孔时保持均匀，如此即可解决传统直接在复合材料层合板上室温钻孔时，因排屑不及时容易导致复合材料分层、损伤等问题。
25、2、本发明设置有的升降机构，在使用时，启动第二电机带动滚珠丝杠带动横板移动，横板移动时通过导向套带动横管移动，横管移动带动导轨和矩形管使支架在竖向上产生位移，如此即可调节主轴电机的位置，还可以调节限位机构对复合材料层合板工件的压制力度。
26、3、本发明设置有的输送机构，在使用时，启动第三电机带动主动带轮使同步带旋转，同步带旋转带动从动带轮使横轴旋转，横轴旋转带动第一充气轮旋转，此时在滚轮的压制下配合第一充气轮输送和调节复合材料层合板工件的位置，在滚轮传递一定的压力下，第一充气轮和第二充气轮受力变形，此时复合材料层合板工件即可下移接触工作台。
27、4、在复合材料层合板工件较薄时，可以采用上述直接二次压制复合材料层合板工件与工作台上端接触，避免复合材料层合板工件产生较大的振幅，影响钻孔质量。在复合材料层合板工件较厚时，则无需启动电磁铁，直接利用升降机构控制限位机构的辊轮挤压复合材料层合板，此时可以利用输送机构的压缩空间预留出复合材料层合板工件与工作台有一定的间隙，如此可以保证振子能够有效的使复合材料层合板工件产生足够频率的振动。
1.一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，包括底座(1)、超声辅助系统和两个定位组件(4)，其特征在于：所述底座(1)的上端固定连接有龙门架(2)，所述龙门架(2)上安装上通过升降机构安装有横管(20)，所述横管(20)的一端安装有两个导轨(16)，两个所述导辊之间共同安装有横移机构，所述横移机构安装有支架(11)，所述支架(11)上活动安装有支座(9)，所述支座(9)上固定安装有主轴电机(10)，所述横移机构用于调节主轴电机(10)的横向位置对工件表面不同的位置进行钻孔；
2.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，其特征在于：所述横移机构包括两个矩形管(8)，所述支架(11)固定在两个矩形管(8)之间，所述矩形管(8)套接在导轨(16)内，所述矩形管(8)的管口处固定连接有螺纹套，所述螺纹套内连接有丝杆(21)，所述丝杆(21)的一端通过滚动轴承与横管(20)的管壁转动连接，所述横管(20)内通过轴承座转动连接有传动轴，所述传动轴的两端均固定连接有第一锥齿轮(33)，两个所述第一锥齿轮(33)的一侧均啮合有第二锥齿轮(32)，所述第二锥齿轮(32)与丝杆(21)的一端固定连接，所述传动轴的轴壁上固定连接有蜗轮(31)，所述蜗轮(31)的一侧啮合有蜗杆(30)，所述横管(20)的一侧固定连接有第一电机(17)，所述第一电机(17)的输出端与蜗杆(30)的一端固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，其特征在于：所述升降机构包括横板(19)，所述横板(19)的上端通过圆孔安装有滚珠丝杠(15)，所述滚珠丝杠(15)的螺母固定在圆孔内，所述龙门架(2)的上端固定连接有第二电机(14)，所述第二电机(14)的输出端与滚珠丝杠(15)的螺杆上端固定连接，所述横板(19)的四角处均固定连接有导向套(18)，多个所述导向套(18)内均套接有导向柱(13)，所述导向柱(13)的上端固定在龙门架(2)的横梁下端，所述导向柱(13)的下端固定连接在底座(1)的上端。
4.根据权利要求3所述的一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，其特征在于：所述横板(19)的一端边缘处固定连接有两个斜撑杆，两个所述斜撑杆的一端分别与两个导轨(16)的下端固定连接，所述导轨(16)的一侧通过连接块与导向套(18)的侧壁固定连接，所述横管(20)的两端分别与其中两个导向套(18)的侧壁固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，其特征在于：所述限位机构包括多个壳体(7)，多个所述壳体(7)均固定在框架(6)上，所述壳体(7)的下端通过方孔套接有方杆(42)，所述方杆(42)的上端固定连接有强磁铁(40)，所述壳体(7)的上端内壁固定连接有电磁铁(39)，所述方杆(42)的下端固定连接有滚轮(36)，所述方杆(42)的杆壁上套接有弹簧(41)，所述弹簧(41)的一端与壳体(7)的下端内壁固定连接，所述弹簧(41)的上端固定连接在强磁铁(40)的下端，所述壳体(7)的下端固定连接有两个压力传感器(43)，所述压力传感器(43)的下端与滚轮(36)的保持架上端接触。
6.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，其特征在于：所述支架(11)的侧壁开设有多个滑槽(44)，多个所述滑槽(44)内均套接有滑块(45)，所述滑块(45)固定在支座(9)上，所述支架(11)的上端固定连接有电动推杆(12)，所述电动推杆(12)的输出端贯穿支架(11)的侧壁并与支座(9)的上端固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，其特征在于：所述超声辅助系统包括超声波发生器(46)和两个振子(35)，两个所述振子(35)对称固定在框架(6)的侧壁上，所述框架(6)的侧壁固定连接有摄像头(38)和两个激光测距探头(37)。
8.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，其特征在于：所述输送机构包括两个横轴(29)，两个所述横轴(29)的轴壁均通过滚动轴承转动连接在安装架(5)上，安装架(5)的一侧固定连接有第三电机(25)，所述第三电机(25)的输出端固定连接有主动带轮(26)，所述主动带轮(26)的侧壁绕接有同步带(27)，所述同步到内绕接有两个从动带轮(28)，两个所述同步带(27)轮分别与两个横轴(29)的一端固定连接，所述安装架(5)的侧壁开设有多个矩形孔，多个所述矩形口内均设置有第一充气轮(23)，且第一充气轮(23)固定在横轴(29)的轴壁上，所述安装架(5)的上端开设有条形通孔(24)。
9.根据权利要求8所述的一种适用于复合材料层合板超声辅助钻孔的仪器，其特征在于：所述安装架(5)的侧壁通过滚珠轴承转动连接有两个支撑轴，两个所述支撑轴的轴壁上均固定连接有第二充气轮(22)，所述安装架(5)的侧壁开设有与第二充气轮(22)相配合的缺口，所述第一充气轮(23)和第二充气轮(22)的尺寸相同且最上端位于同一水平面。
10.一种适用于权利要求1-9任一项所述的复合材料层合板超声辅助钻孔的方法，其特征在于：包括以下步骤：
