專利名稱：一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元。
背景技術：
在具有曲面外形的大型部件、薄壁件裝配過程中，都面臨如何將其調整到 目標姿態(tài)并保持該姿態(tài)不變的問題。這些具有復雜型面的零部件大都有嚴格的 氣動外形要求，保證設計外形不變使得支撐和調姿工裝設計、制造非常困難。 此類部件通常具有較大的柔性，容易產生變形，傳統(tǒng)的工裝設備為減小變形常 在多個部位進行剛性支撐，調姿過程中在多個部位由人工操作來調姿，需要進 行反復調整也只能保證少量幾個必要的配合部位位姿正確，調姿工作量大，調 姿周期長、效率低，而且容易產生裝配應力。這樣的傳統(tǒng)工裝設備只能滿足單 一或少量的相似部件。當生產轉型時，需要重新設計工藝裝備，造成設備用途 單一、設計周期長、生產成本高等缺點，并需要配備大量裝配人員，輔助升降 機構、搬運工具等。
大型薄壁件和復雜型面部件，例如飛機機翼，機翼壁板等，由于其形狀復 雜且對外形要求嚴格，難以在其表面安裝過渡的支撐工藝接頭，使其夾持困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種真空吸附式三坐標柔性調 姿單元。
真空吸附式三坐標柔性調姿單元包括底座、X向滾珠絲杠、X向減速器、X
向伺服電機、縱橫拖板、上拖板、支撐缸體、伸縮柱、夾緊套筒、真空吸附球
頭、Z向滾珠絲杠、Z向光柵尺、蝸輪蝸桿減速器)、Y向導軌滑塊、Y向直線 導軌、X向風琴罩、X向直線導軌、X向導軌滑塊、Y向滾珠絲杠、Y向風琴罩、 Z向伺服電機、Y向減速器、Y向伺服電機。底座上表面兩側設有X向直線導 軌，底座上兩X向直線導軌之間設有X向滾珠絲杠，X向滾珠絲杠端部經X向 減速器與X向伺服電機相連接，X向滾珠絲杠上的螺母和X向導軌滑塊與縱橫 拖板相連接，縱橫拖板上表面兩側設有Y向直線導軌，縱橫拖板上兩Y向直線 導軌之間設有Y向滾珠絲杠，Y向滾珠絲杠端部經Y向減速器與Y向伺服電機 相連接，Y向滾珠絲杠上的螺母和Y向導軌滑塊與上拖板相連接，上拖板上固 定有支撐缸體，支撐缸體外設有Z向光柵尺，支撐缸體內設有伸縮柱，伸縮柱 與支撐缸體之間設有夾緊套筒，伸縮柱上端部設有真空吸附球頭，伸縮柱內設
有Z向滾珠絲杠，Z向滾珠絲杠通過蝸輪蝸桿減速器與Z向伺服電機相連接，
底座上設有X向風琴罩，縱橫拖板上設有Y向風琴罩。
所述的真空吸附球頭包括螺塞、球頭安裝座、壓簧、截止閥、真空吸盤、 半球頭、拉簧；球頭安裝座固定在伸縮柱上，底部設有螺塞，頂部為半球頭， 半球頭與球頭安裝座之間由拉簧連接，半球頭頂部平面上設有真空吸盤，半球 頭內部設有壓簧，壓簧頂端為截止閥?？v橫拖板的運動通過X向伺服電機、X 向減速器和X向滾珠絲杠驅動，光柵尺反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制。上拖板的運動通過 Y向伺服電機、Y向減速器和Y向滾珠絲杠驅動，光柵尺反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制。 伸縮柱通過Z向伺服電機、蝸輪蝸桿減速器和Z向滾珠絲杠驅動，Z向光柵尺 反饋進行閉環(huán)控制。底座、縱橫拖板和支撐缸體上均設有限位開關和機械限位， 提高工作的安全性。真空吸附球頭具有30°的全方向偏轉量。真空吸盤采用橡膠 材料，與部件型面接觸后共同構成密閉腔。伸縮柱頂部設有力傳感器。Z向光柵 尺采用偏置方式安裝。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的有益效果
1) 可以實現(xiàn)X、 Y、 Z三個方向的精確移動，三軸定位精度0.01mm，重復 定位精度0.005mm， X、 Y、 Z軸兩兩不垂直度0.025mm/500mm，可實現(xiàn)對支撐 部件的精確調姿；
2) X、 Y方向采用帶抱閘的交流伺服電機驅動，可以鎖定在X、 Y方向任 意位置，保證支撐的穩(wěn)定性；
3) X、 Y方向采用精密滾珠絲杠傳動和高精度直線導軌導向，光柵尺反饋 實現(xiàn)閉環(huán)控制；
4) Z方向通過蝸輪蝸桿減速器實現(xiàn)自鎖，使得支撐可靠；
5) 夾緊套筒內通過充入高壓油產生彈性變形而夾緊伸縮柱,停止供油以后， 彈性變形恢復而松開伸縮柱，控制方便、夾緊可靠；
6) Z向伸縮柱頂部設有力傳感器，實現(xiàn)力和位置的混合控制，提高了系統(tǒng) 工作的安全性；
7) X、 Y、 Z三個方向分別設計了限位開關和機械限位，在結構上提高工作 的安全性；
8) X、 Y向設計了防護罩，保證其傳動精度和壽命不受影響；
9) X、 Y、 Z三個方向可以實現(xiàn)同步聯(lián)動控制；
10) 真空吸附球頭具有30。的偏轉量，可自適應具有不同外形的曲面部件
11) 真空吸附球頭與部件型面相接觸構成封閉腔，通過抽真空對裝配部件
產生吸附力，使裝配部件能夠保持姿態(tài)并抵抗側向載荷；
12) Z向光柵尺采用偏置方式安裝，便于維護；
13) 通過一定配置的三個或四個真空吸附式三坐標柔性調姿單元可構成具 有不同工作性能的調姿系統(tǒng)，具有快速重構的特性與充分的柔性。


圖1 (a)是真空吸附式三坐標柔性調姿單元結構主視圖； 圖1 (b)是真空吸附式三坐標柔性調姿單元結構側視圖； 圖2是本發(fā)明的真空吸附球頭結構示意圖中底座l、 X向滾珠絲杠2、 X向減速器3、 X向伺服電機4、縱橫拖板 5、上拖板6、支撐缸體7、伸縮柱8、夾緊套筒9、真空吸附球頭IO、 Z向滾珠 絲杠11、 Z向光柵尺12、蝸輪蝸桿減速器13、 Y向導軌滑塊14、 Y向直線導軌 15、 X向風琴罩16、 X向直線導軌17、 X向導軌滑塊18、 Y向滾珠絲杠19、 Y 向風琴罩20、 Z向伺服電機21、 Y向減速器22、 Y向伺服電機23、螺塞24、 球頭安裝座25、壓簧26、截止閥27、真空吸盤28、半球頭29、拉簧30。
具體實施例方式
本發(fā)明通過可以全方位30。偏轉的真空吸附球頭自適應部件型面，充分接觸 后進行真空吸附，增加支撐的摩擦力，保證支撐的穩(wěn)定性和可靠性。調姿單元 可以在X、 Y、 Z三個方向進行精密調節(jié)，定位精度高，運行平穩(wěn)。作為核心支 撐單元，根據大部件的結構形式可選擇幾個支撐位置，構成不同的調姿系統(tǒng)。 真空吸附球頭的全方位30。的偏轉特性能夠使其自適應部件的復雜外形，具有足 夠的柔性。
如圖1所示，真空吸附式三坐標柔性調姿單元包括底座1、 X向滾珠絲杠2、 X向減速器3、 X向伺服電機4、縱橫拖板5、上拖板6、支撐缸體7、伸縮柱8、 夾緊套筒9、真空吸附球頭10、 Z向滾珠絲杠11、 Z向光柵尺12、蝸輪蝸桿減 速器13、 Y向導軌滑塊14、 Y向直線導軌15、 X向風琴罩16、 X向直線導軌 17、 X向導軌滑塊18、 Y向滾珠絲杠19、 Y向風琴罩20、 Z向伺服電機21、 Y 向減速器22、 Y向伺服電機23。底座1上表面兩側設有X向直線導軌17，底 座1上兩X向直線導軌17之間設有X向滾珠絲杠2， X向滾珠絲杠2端部經X 向減速器3與X向伺服電機4相連接，X向滾珠絲杠2上的螺母和X向導軌滑 塊18與縱橫拖板5相連接，縱橫拖板5上表面兩側設有Y向直線導軌15，縱 橫拖板5上兩Y向直線導軌15之間設有Y向滾珠絲杠19， Y向滾珠絲杠19端 部經Y向減速器22與Y向伺服電機23相連接，Y向滾珠絲杠19上的螺母和Y
向導軌滑塊14與上拖板6相連接，上拖板6上固定有支撐缸體7，支撐缸體7 外設有Z向光柵尺12,支撐缸體7內設有伸縮柱8，伸縮柱8與支撐缸體7之 間設有夾緊套筒9，伸縮柱8上端部設有真空吸附球頭10，伸縮柱8內設有Z 向滾珠絲杠11， Z向滾珠絲杠11通過蝸輪蝸桿減速器13與Z向伺服電機21相 連接，底座1上設有X向風琴罩16,縱橫拖板5上設有Y向風琴罩20。
縱橫拖板5的運動通過X向伺服電機4、 X向減速器3和X向滾珠絲杠2 驅動，X向直線導軌導向，光柵尺反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制。上拖板6的運動通過Y 向伺服電機23、 Y向減速器22和Y向滾珠絲杠19驅動，Y向直線導軌導向， 光柵尺反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制。伸縮柱8通過Z向伺服電機21、蝸輪蝸桿減速器13 和Z向滾珠絲杠11驅動，Z向光柵尺12反饋進行閉環(huán)控制。底座1、縱橫拖板 5和支撐缸體7上均設有限位開關和機械限位，提高工作的安全性。伸縮柱8頂 部設有力傳感器。Z向光柵尺12采用偏置方式安裝。
如圖2所示，真空吸附球頭10包括螺塞24、球頭安裝座25、壓簧26、截 止閥27、真空吸盤28、半球頭29、拉簧30;球頭安裝座25固定在伸縮柱8上， 底部設有螺塞24，頂部為半球頭29，半球頭29與球頭安裝座25之間由拉簧30 連接，半球頭29頂部平面上設有真空吸盤28，半球頭29內部設有壓簧26，壓 簧26頂端為截止閥27。
真空吸附球頭10具有30。的全方向偏轉量。真空吸盤28采用橡膠材料，與 部件型面接觸后共同構成密閉腔。
實施過程中根據大部件的結構形式與尺寸特點，選擇可以承受支撐力的部 位，確定需要的支撐位置。根據選擇的支撐部位配置真空吸附式三坐標柔性調 姿單元。對于不同的調姿大部件，選擇不同數(shù)量的調姿單元可以構成不同布局 的調姿系統(tǒng)。
對部件進行調姿時，首先根據選擇的部件支撐部位配置三坐標柔性調姿單 元。當裝配部件吊裝到位后，電機驅動伸縮柱伸出，伸縮柱推動真空吸附球頭 上升。由于真空吸附球頭具有30。的偏轉量，使其可以自適應裝配部件表面貼合 并壓緊。真空吸盤為橡膠材料，在與裝配部件貼合時能夠產生變形，形成封閉 腔，并具有良好的氣密性。拉簧可以限制半球頭不滑出球頭安裝座，并且在部 件吊離工位時使半球頭復位。調姿單元支撐部件以后，真空系統(tǒng)通過球頭安裝 座側面的氣孔來抽真空，此時由于半球頭上下兩部分有壓力差，使壓簧變形， 截止閥打開。當達到設定的真空度以后停止抽真空，此時壓簧推動截止閥復位， 保證球頭與部件表面之間封閉腔的氣密性。部件入位后，根據設計的路徑規(guī)劃
算法，由控制系統(tǒng)驅動進行調姿。調姿過程中采用激光跟蹤儀進行測量并記錄 測量值，并以此測量值計算大部件的姿態(tài)。裝配部件調整到理想位置時，夾緊 套筒內充入高壓油，鎖緊調姿單元的伸縮柱，保持部件的姿態(tài)不發(fā)生變化，并 增加支撐的穩(wěn)定性。
使用本發(fā)明實施例的步驟如下
1) 根據調姿部件確定調姿單元的布局，構成調姿系統(tǒng)；
2) 裝配部件吊裝入位；
3) 真空吸附球頭與裝配部件貼合壓緊，抽真空使球頭對裝配部件產生真空 吸附力；
4) 控制系統(tǒng)進行部件姿態(tài)調整；
5) 夾緊套筒鎖緊，保持裝配部件姿態(tài)；
6) 完成后續(xù)裝配連接等工序。
權利要求
1．一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在于包括底座(1)、X向滾珠絲杠(2)、X向減速器(3)、X向伺服電機(4)、縱橫拖板(5)、上拖板(6)、支撐缸體(7)、伸縮柱(8)、夾緊套筒(9)、真空吸附球頭(10)、Z向滾珠絲杠(11)、Z向光柵尺(12)、蝸輪蝸桿減速器(13)、Y向導軌滑塊(14)、Y向直線導軌(15)、X向風琴罩(16)、X向直線導軌(17)、X向導軌滑塊(18)、Y向滾珠絲杠(19)、Y向風琴罩(20)、Z向伺服電機(21)、Y向減速器(22)、Y向伺服電機(23)；底座(1)上表面兩側設有X向直線導軌(17)，底座(1)上兩X向直線導軌(17)之間設有X向滾珠絲杠(2)，X向滾珠絲杠(2)端部經X向減速器(3)與X向伺服電機(4)相連接，X向滾珠絲杠(2)上的螺母和X向導軌滑塊(18)與縱橫拖板(5)相連接，縱橫拖板(5)上表面兩側設有Y向直線導軌(15)，縱橫拖板(5)上兩Y向直線導軌(15)之間設有Y向滾珠絲杠(19)，Y向滾珠絲杠(19)端部經Y向減速器(22)與Y向伺服電機(23)相連接，Y向滾珠絲杠(19)上的螺母和Y向導軌滑塊(14)與上拖板(6)相連接，上拖板(6)上固定有支撐缸體(7)，支撐缸體(7)外設有Z向光柵尺(12)，支撐缸體(7)內設有伸縮柱(8)，伸縮柱(8)與支撐缸體(7)之間設有夾緊套筒(9)，伸縮柱(8)上端部設有真空吸附球頭(10)，伸縮柱(8)內設有Z向滾珠絲杠(11)，Z向滾珠絲杠(11)通過蝸輪蝸桿減速器(13)與Z向伺服電機(21)相連接，底座(1)上設有X向風琴罩(16)，縱橫拖板(5)上設有Y向風琴罩(20)。
2. 根據權利要求1所述的一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于，所述的真空吸附球頭(10)包括螺塞(24)、球頭安裝座(25)、壓簧(26)、截 止閥(27)、真空吸盤(28)、半球頭(29)、拉簧(30);球頭安裝座(25)固定在伸縮 柱(8)上，底部設有螺塞(24),頂部為半球頭(29)，半球頭(29)與球頭安 裝座(25)之間由拉簧(30)連接，半球頭(29)頂部平面上設有真空吸盤(28)， 半球頭(29)內部設有壓簧(26)，壓簧(26)頂端為截止閥(27)。
3. 根據權利要求1所述的一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于所述的縱橫拖板(5)的運動通過X向伺服電機(4)、 X向減速器(3)和X向 滾珠絲杠(2)驅動，X向直線導軌(17)導向,光柵尺反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制。
4. 根據權利要求1所述的一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于所述的上拖板(6)的運動通過Y向伺服電機(23)、 Y向減速器(22)和Y向 滾珠絲杠(19)驅動，Y向直線導軌(15)導向,光柵尺反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制。
5. 根據權利要求1所述的一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于所述的伸縮柱(8)通過Z向伺服電機(21)、蝸輪蝸桿減速器(13)和Z向滾珠 絲杠(11)驅動，Z向光柵尺(12)反饋進行閉環(huán)控制。
6. 根據權利要求1所述的一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于所述的底座(l)、縱橫拖板(5)和支撐缸體(7)上均設有限位開關和機械限位， 提高工作的安全性。
7. 根據權利要求1所述的一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于所述的真空吸附球頭(10)具有30。的全方向偏轉量。
8. 根據權利要求1所述的一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于所述的真空吸盤(28)采用橡膠材料，與部件型面接觸后共同構成密閉腔。
9. 根據權利要求1所述的一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于所述的伸縮柱(8)頂部設有力傳感器。
10. 根據權利要求1所述的一種球形鉸接式三坐標柔性調姿單元，其特征在 于所述的Z向光柵尺(12)采用偏置方式安裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種真空吸附式三坐標柔性調姿單元。具有底座、X向滾珠絲杠、X向減速器、X向伺服電機、縱橫拖板、上拖板、支撐缸體、伸縮柱、夾緊套筒、真空吸附球頭、Z向滾珠絲杠、Z向光柵尺、蝸輪蝸桿減速器、Y向導軌滑塊、Y向直線導軌、X向風琴罩、X向直線導軌、X向導軌滑塊、Y向滾珠絲杠、Y向風琴罩、Z向伺服電機、Y向減速器、Y向伺服電機；通過伺服電機、滾珠絲杠驅動與光柵尺反饋進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)X、Y、Z三個方向的精確定位，并在相應方向上設有風琴罩進行保護。本發(fā)明通過真空吸附支撐并固持具有復雜型面的部件，支撐穩(wěn)定可靠，三個方向可以實現(xiàn)協(xié)同運動控制，作為核心單元，通過一定的配置可構成具有不同用途的調姿系統(tǒng)。
文檔編號B25J15/06GK101362328SQ200810161660
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權日2008年9月19日
發(fā)明者屠智明, 楊衛(wèi)東, 柯映林, 蓋宇春, 秦龍剛, 蔣君俠, 賈叔仕, 郭志敏, 陳學良, 黃浦縉 申請人:浙江大學