專利名稱：一種行列吸盤式壁板裝配柔性工裝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種行列吸盤式壁板裝配柔性工裝，屬于機械工程/飛機裝配領域。
背景技術：
壁板類組件是構成飛機氣動外形的主要結構件，數(shù)量多，外形復雜，剛度弱。其裝配過程主要包括定位、夾緊、制孔、連接等。壁板組件裝配精度直接影響后續(xù)機身、機翼部件和總裝的裝配質量，是保證飛機裝配精度的基礎。目前國內航空工業(yè)在壁板類組件的裝配仍采用“一架一用”形式的傳統(tǒng)剛性工裝，其模塊化程度低，可重構性差，缺乏通用性。一套裝配型架只有一套內型卡板，只對應裝配一套壁板組件，每套壁板組件對應的工裝都需單獨設計制造，工裝缺乏對壁板類產品變化的快速響應能力，導致飛機制造成本高，生產準備周期長，企業(yè)生產效益低。此外，剛性工裝采用模擬量形式的內型卡板來定位壁板組件，定位精度較低，誤差累積較大。 柔性工裝技術和數(shù)字化控制技術是解決上述問題的一個很好的途徑。柔性工裝技術是可重組的模塊化、自動化裝配工裝技術，其目的是免除設計和制造各種零部件裝配的專用固定型架、夾具，可降低工裝制造成本、縮短工裝準備周期、減少生產用地，同時大幅度提高裝配生產率。柔性工裝通過采用數(shù)字量形式的工裝定位數(shù)據(jù)，結合數(shù)字化控制技術，可實現(xiàn)工裝數(shù)字化定位，相比傳統(tǒng)剛性工裝基于模擬量的定位方式，數(shù)字化定位的精度大幅提升。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種行列吸盤式壁板裝配柔性工裝，以克服當前飛機壁板類組件裝配工裝重構性差、缺乏通用性以及工裝定位精度低等問題，該工裝通過電機控制程序精確調整每個真空吸盤在空間的位置，工裝吸盤可構成不同的點陣，從而實現(xiàn)一套工裝系統(tǒng)完成多種壁板組件的數(shù)字化定位及鉆鉚裝配，減少工裝數(shù)量，縮短生產準備周期，提高定位精度。本發(fā)明一種行列吸盤式壁板裝配柔性工裝，如圖1、2所示，它包括導軌底座、X向驅動單元和立柱調形組件單元。導軌底座固定連接于地面，立柱調形組件單元安裝在導軌底座的兩條X向直線導軌上，并可沿X向直線導軌移動，X向驅動單元位于立柱調形組件單元的底部和導軌底座之間，與導軌底座固連，并與立柱調形組件單元的底部相連。所述導軌底座由底座、X向直線導軌、X向滾珠絲杠固定座和X向運動限位座組成，其間關系是底座沿X向的兩端上表面各設有X向直線導軌，在底座內側兩端的冷壓無縫鋼管材上各設有X向滾珠絲杠固定座，底座沿Y向的兩端上表面各設有X向運動限位座。該底座由冷壓無縫鋼管材拼接構成，是整個工裝的承載體；該X向直線導軌是其上設有多個連接孔的高精度直線導軌，它是立柱調形組件單元沿X向的移動軌道；該X向滾珠絲杠固定座是由2塊矩形鋼板和2塊三角形鋼板連接而成的“L”形金屬結構件，用于固定X向驅動單元的X向滾珠絲杠；該X向運動限位座是由板材和圓管連接而成的“Z”形金屬結構件，它用于限制立柱調形組件單元沿X向的運動范圍，防止其運動超程。所述X向驅動單元由X向滾珠絲杠、X向傳動底座、X向同步帶裝置、X向電機減速器支架、X向減速器和X向伺服電機組成，其間關系是x向滾珠絲杠兩端固連在導軌底座上的X向滾珠絲杠固定座，X向傳動底座的一端沿X向滾珠絲杠的軸向套接在X向滾珠絲杠及其螺母的外側，另一端通過螺紋孔連接在立柱調形組件單元下底板的下表面，X向電機減速器支架安裝在立柱調形組件單元下底板的上表面，X向減速器的轉軸通過X向同步帶裝置與X向滾珠絲杠的螺母連接。該X向滾珠絲杠是精密滾珠絲杠，用于將其螺母的旋轉運動轉化成直線運動；該X向傳動底座是由板材和圓管連接而成的“ Ω ”形金屬結構件，它和X向滾珠絲杠的螺母一起帶動立柱調形組件單元沿X向移動；該X向同步帶裝置是由同步帶和2個同步帶輪組成,用于將X向減速器轉軸的旋轉運動傳遞給X向滾珠絲杠的螺母；該X向電機減速器支架是由2塊矩形鋼板和2塊三角形鋼板連接而成的“L”形金屬結構件，用于安裝固定X向減速器及X向伺服電機，并設有調節(jié)同步帶張緊的長圓孔；該乂向減速器是APEX的AE系列減速器，用于增大X向伺服電機的轉軸扭矩；該X向伺服電機是歐姆龍G5系列電機，是整個X向驅動單元的動力元件。 所述的立柱調形組件單元由調形模塊單元沿Z向螺接組成，如圖2所示。該調形模塊單元是整個壁板裝配柔性工裝的關鍵部件，如圖3所示，它是由承力框架、Z向直線導軌、Z向導軌滑塊、滑塊連接板、Z向導桿、Z向滾珠絲杠、導桿絲杠連接板、Z向同步帶裝置、減速器安裝座、Z向減速器、Z向伺服電機、Z向驅動裝置支撐框架、真空夾持單元和拖動套筒組成，其間關系是該承力框架是調形模塊單元的承載體，由上、下矩形底板及4根冷壓無縫鋼管材連接組成，上、下矩形底板分別設有4組16個螺紋通孔，調形模塊單元之間通過矩形底板的螺紋通孔進行螺接，在承力框架的2根相鄰鋼管外表面上沿Z向各設有Z向直線導軌，該Z向驅動裝置支撐框架是由多塊鋼板連接而成的“L”形金屬結構件，通過螺紋孔連接在承力框架下矩形底板的上表面，用于安裝Z向導桿、Z向滾珠絲杠及減速器安裝座，Z向導桿、Z向滾珠絲杠的一端通過法蘭并排連接在Z向驅動裝置支撐框架的上表面，另一端連接在導桿絲杠連接板，拖動套筒由中部為圓筒、兩邊帶通孔的矩形件構成，真空夾持單元內置于拖動套筒，并與滑塊連接板連接，滑塊連接板與Z向導軌滑塊連接，Z向滾珠絲杠的螺母及Z向導桿的直線軸承與拖動套筒兩側凸緣板通過圓孔連接，帶動拖動套筒、真空夾持單元、滑塊連接板及Z向導軌滑塊一起沿Z向移動，Z向滾珠絲杠、Z向導桿及Z向直線導軌共同保證了 Z向移動的導向性和平穩(wěn)性，減速器安裝座設在Z向驅動裝置支撐框架的上表面，Z向減速器的轉軸通過Z向同步帶裝置與Z向滾珠絲杠連接。該Z向直線導軌是其上設有多個連接孔的高精度直線導軌，是真空夾持單元沿Z向的移動軌道；該Z向導軌滑塊是其上設有多個連接孔的異形金屬結構件；該滑塊連接板是其上設有一個大通孔和多個連接孔的矩形板料；該Z向導桿是一端及中部設有法蘭結構件的圓桿件；該Z向滾珠絲杠是兩端設有法蘭結構件的精密滾珠絲杠，用于將自身的旋轉運動轉化成其螺母的直線運動；該導桿絲杠連接板是兩端設有大、小通孔的矩形板料，確保了 Z向導桿和Z向滾珠絲杠的導向一致；該Z向同步帶裝置是由同步帶和2個同步帶輪組成，用于將Z向減速器轉軸的旋轉運動傳遞給Z向滾珠絲杠；該減速器安裝座是四周設有調節(jié)同步帶張緊的長圓孔、中部設有通孔的法蘭結構件，用于安裝固定Z向伺服電機及Z向減速器；該Z向減速器是APEX的AE系列減速器,用于增大Z向伺服電機的轉軸扭矩；該Z向伺服電機是歐姆龍G5系列電機,是整個調形模塊單元的Z向動力元件；該真空夾持單元是由Y向伺服電機、軸承座、聯(lián)軸器、Y向滾珠絲杠、伸縮套筒、夾持體殼、導向鍵、鎖緊把手和真空擺動吸盤組成，如圖4所示；其間關系是Y向伺服電機連接在軸承座后側，Y向伺服電機的轉軸通過聯(lián)軸器與Y向滾珠絲杠連接，伸縮套筒套接在Y向滾珠絲杠及其螺母外側，并通過螺栓與Y向滾珠絲杠的螺母螺接固定，夾持體殼套接在伸縮套筒外側，一端通過圓周均布的螺紋孔連接在軸承座前側，另一端通過擰緊螺栓與真空擺動吸盤的外球托套接，夾持體殼前端開有導向鍵槽、鎖緊槽和注油口，導向鍵設置在夾持體殼的導向鍵槽內，鎖緊把手設在鎖緊槽內。該Y向伺服電機是歐姆龍G5系列電機，是整個真空夾持單元的Y向動力元件；該軸承座是兩端圓周面上設有螺紋孔、中間設有通孔的圓柱金屬件，用于安裝Y向伺服電機、聯(lián)軸器、Y向滾珠絲杠及夾持體殼；該聯(lián)軸器是中間開有兩個不同大小的螺紋孔的圓柱金屬件，用于將Y向伺服電機轉軸的旋轉運動傳遞給Y向滾珠絲杠；該Y向滾珠絲杠是精密滾珠絲杠，用于將自身的旋轉運動轉化成其螺母的直線運動；該伸縮套筒是圓筒形結構件，和Y向滾珠絲杠的螺母一起帶動真空擺動吸盤沿Y向移動；該夾持體殼是圓筒形結構件，是真空夾持單元的結構支撐體；該導向鍵是市購件，具有導向作用；該鎖緊把手是一根“L”形的圓柱鋼體，用于鎖死伸縮套筒沿Y向的位置；見圖4，該真空擺動吸盤由外球托、內球環(huán)、硅膠吸盤、球頭桿、密封圈、墊圈和螺栓組成，如圖4所示；其間關系是外球托、內球環(huán)和球·頭桿三者同球心，外球托通過擰緊螺栓套接在夾持體殼前端，內球環(huán)置于外球托的內球面，與外球托構成球面配合，球頭桿插入內球環(huán)和外球托的內圓孔，球頭桿的一端與內球環(huán)構成球面配合，另一端伸出至外球托底部外側，通過螺母與外球托固定連接，密封圈置于內球環(huán)前端面的圓形環(huán)槽內，硅膠吸盤設在內球環(huán)頂部端面并通過墊圈、螺栓與內球環(huán)螺接，夕卜球托和球頭桿固定不動，內球環(huán)帶動娃膠吸盤繞外球托和球頭桿擺動，在外球托和球頭桿內部開有抽氣孔，用于從硅膠吸盤內部抽氣，密封圈用于防止外界空氣從抽氣孔以外的地方進入硅膠吸盤內部；該外球托是中心帶孔的喇叭狀件；該內球環(huán)是中心帶孔的大半球形件；該球頭桿是頭部為球形、尾部為圓桿的結構件；該硅膠吸盤、密封圈、墊圈和螺栓是市購件。本發(fā)明工作概況簡介如下立柱調形組件單元沿X向的運動由X向伺服電機、X向同步帶裝置和X向滾珠絲杠的螺母驅動，電機編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)反饋控制；真空夾持單元沿Z向的運動由Z向伺服電機、Z向同步帶裝置和Z向滾珠絲杠驅動，電機編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)反饋控制；伸縮套筒沿Y向的運動由Y向伺服電機、聯(lián)軸器和Y向滾珠絲杠驅動、由導向鍵進行導向，電機編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)反饋控制。導軌底座及夾持體殼上分別設有限位機構和鎖緊機構，確保了工裝系統(tǒng)運動的安全性。真空擺動吸盤采用雙接觸面密封和密封圈密封相結合的設計思想，硅膠材質的吸盤能在金屬、復材等壁板表面形成氣密性很高的腔室，經抽真空后可以產生足夠的吸附力對壁板進行穩(wěn)定夾持。真空擺動吸盤可以實現(xiàn)(Γ20°的任意擺動，同時工裝系統(tǒng)的每個吸盤在電機控制下能夠實現(xiàn)空間三向精確定位，因此工裝吸盤可以構成多種外形點陣，滿足對各種外形壁板的吸附定位。本發(fā)明一種飛機壁板柔性裝配工裝系統(tǒng)，其優(yōu)點和功效在于本發(fā)明的壁板工裝系統(tǒng)設計基于柔性工裝技術和數(shù)字化控制技術，工裝系統(tǒng)采用模塊化設計思想具有很強的柔性和通用性，采用電機控制程序對壁板進行數(shù)字化定位具有很高的定位精度。立柱調形組件單元和調形模塊單元的獨立性很強，便于安裝、維護和擴充，可根據(jù)實際需要更改立柱調形組件單元或其自身調形模塊單元的數(shù)量而獲得不同規(guī)格的壁板工裝；整個工裝系統(tǒng)抗干擾性強，模塊化程度高，易于維護；工裝夾持性能穩(wěn)定可靠，采用雙接觸面密封和密封圈密封相結合的設計思想，硅膠材質的吸盤能在金屬、復材等壁板表面形成氣密性很高的腔室，經抽真空后可以產生足夠的吸附力對壁板進行吸附夾持，且各軸電機均自帶抱閘，且工裝自身設有鎖死機構，工裝可在任意位置鎖死；工裝適應范圍廣，真空擺動吸盤可以實現(xiàn)(Γ20°的任意擺動，同時吸盤在電機驅動下能夠實現(xiàn)空間三向精確運動，工裝可根據(jù)飛機壁板外形調整出對應的吸盤點陣進行吸附定位，極大的減少了壁板裝配工裝的數(shù)量；工裝定位精度高、傳動平穩(wěn)，利用激光跟蹤儀對各關鍵定位點坐標進行測量、優(yōu)化，系統(tǒng)的調形運動數(shù)據(jù)由專門的調形計算軟件計算并生成，調形運動采用伺服電機驅動，由電機編碼器進行半閉環(huán)反饋控制，采用精密滾珠絲杠和高精度直線導軌，工裝各軸定位精度O. 01mm，重復定位精度O. 005_，工裝數(shù)字化定位大幅提升壁板組件的裝配質量。且本發(fā)明的飛機壁板柔性裝配工裝系統(tǒng)使用效果良好，能完成不同壁板組件的吸附夾持及數(shù)字化定位，裝配后的壁板組件質量好，各項指標均能滿足設計要求。


圖I為飛機壁板柔性裝配工裝系統(tǒng)裝配2為飛機壁板柔性裝配工裝系統(tǒng)裝配爆炸3為調形模塊單元裝配爆炸4為真空夾持單元結構示意中標號及符號說明如下I、導軌底座； 2、X向驅動單元；3、立柱調形組件單元；4、調形模塊單元； 5、底座；6、X向直線導軌；7、X向滾珠絲杠固定座；8、X向運動限位座；9、X向滾珠絲杠；10、X向傳動底座； 11、X向同步帶裝置；12、X向電機減速器支架；13、X向減速器； 14、X向伺服電機；15、承力框架；16、Z向直線導軌； 17、Z向導軌滑塊；18、滑塊連接板；19、Z向導桿； 20、Z向滾珠絲杠；21、導桿絲杠連接板；22、Z向同步帶裝置；23、減速器安裝座；24、Z向減速器；25、Z向伺服電機； 26、Z向驅動裝置支撐框架；27、真空夾持單元；28、拖動套筒； 29、Y向伺服電機；30、軸承座；31、聯(lián)軸器； 32、Y向滾珠絲杠；33、伸縮套筒；34、夾持體殼； 35、導向鍵；36、鎖緊把手；37、真空擺動吸盤； 38、外球托；39、內球環(huán)；40、硅膠吸盤； 41、球頭桿；42、密封圈；43、墊圈；44、螺栓。
具體實施例方式本發(fā)明一種行列吸盤式壁板裝配柔性工裝，如圖1、2所示，它主要包括導軌底座I、X向驅動單元2和立柱調形組件3單元。導軌底座I固定連接于地面，立柱調形組件單元3安裝在導軌底座I的兩條X向直線導軌6上，并可沿X向直線導軌6移動，X向驅動單元2位于立柱調形組件單元3的底部和導軌底座I之間，與導軌底座I固連，并與立柱調形組件單元3的底部相連。所述導軌底座I由底座5、X向直線導軌6、X向滾珠絲杠固定座7和X向運動限位座8組成，其間關系是底座5沿X向的兩端上表面各設有X向直線導軌6，在底座5內側兩端的冷壓無縫鋼管材上各設有X向滾珠絲杠固定座7，底座5沿Y向的兩端上表面各設有X向運動限位座8。該底座5由冷壓無縫鋼管材拼接構成，是整個工裝的承載體；該X向直線導軌6是其上設有多個連接孔的高精度直線導軌，它是立柱調形組件單元3沿X向的移動軌道；該X向滾珠絲杠固定座7由2塊矩形鋼板和2塊三角形鋼板連接而成的“L”形金屬結構件，用于固定X向驅動單元2的X向滾珠絲杠9 ;該X向運動限位座8是由板材和圓
管連接而成的“Z”形金屬結構件，它用于限制立柱調形組件單元3沿X向的運動范圍，防止其運動超程。所述X向驅動單元2由X向滾珠絲杠9、X向傳動底座10、X向同步帶裝置11、X向電機減速器支架12、X向減速器13和X向伺服電機14組成，其間關系是X向滾珠絲杠9兩端固連在導軌底座I上的X向滾珠絲杠固定座7，X向傳動底座10的一端沿X向滾珠絲杠9的軸向套接在X向滾珠絲杠9及其螺母的外側，另一端通過螺紋孔連接在立柱調形組件單元3下底板的下表面，X向電機減速器支架12安裝在立柱調形組件單元3下底板的上表面，X向減速器13的轉軸通過X向同步帶裝置11與X向滾珠絲杠9的螺母連接。該X向滾珠絲杠9是精密滾珠絲杠，用于將其螺母的旋轉運動轉化成直線運動；該夂向傳動底座10是由板材和圓管連接而成的“ Ω ”形金屬結構件，它和X向滾珠絲杠9的螺母一起帶動立柱調形組件單元3沿X向移動；該X向同步帶裝置11是由同步帶和2個同步帶輪組成，用于將X向減速器13轉軸的旋轉運動傳遞給X向滾珠絲杠9的螺母；該X向電機減速器支架12是由2塊矩形鋼板和2塊三角形鋼板連接而成的“L”形金屬結構件，用于安裝固定X向減速器13及X向伺服電機14，并設有調節(jié)同步帶張緊的長圓孔；該X向減速器13是APEX的AE系列減速器,用于增大X向伺服電機14的轉軸扭矩；該X向伺服電機14是歐姆龍G5系列電機，是整個X向驅動單元2的動力元件。所述的立柱調形組件單元3由調形模塊單元4沿Z向螺接組成，如圖2所示。該調形模塊單元4是整個壁板裝配柔性工裝的關鍵部件，如圖3所示，它是由承力框架15、Z向直線導軌16、Z向導軌滑塊17、滑塊連接板18、Z向導桿19、Z向滾珠絲杠20、導桿絲杠連接板21、Z向同步帶裝置22、減速器安裝座23、Z向減速器24、Z向伺服電機25、Z向驅動裝置支撐框架26、真空夾持單元27和拖動套筒28組成，其間關系是該承力框架15是調形模塊單元4的承載體，由上、下底板及4根冷壓無縫鋼管材連接組成，上、下矩形底板分別分別設有4組16個螺紋通孔，調形模塊單元4之間通過上、下矩形底板的螺紋通孔進行螺接，在承力框架15的2根相鄰鋼管外表面上沿Z向各設有Z向直線導軌16，Z向驅動裝置支撐框架26由4塊鋼板焊接構成，通過螺紋孔連接在承力框架15下矩形底板的上表面，用于安裝Z向導桿19、Z向滾珠絲杠20及減速器安裝座23，Z向導桿19、Z向滾珠絲杠的20 —端通過法蘭并排連接在Z向驅動裝置支撐框架26的上表面，另一端連接在導桿絲杠連接板21，拖動套筒28由中部為圓筒、兩邊帶通孔的矩形件構成，真空夾持單元27內置于拖動套筒28，并與滑塊連接板18連接，滑塊連接板18與Z向導軌滑塊17連接，Z向滾珠絲杠20的螺母及Z向導桿19的直線軸承與拖動套筒28兩側凸緣板通過圓孔連接，帶動拖動套筒28、真空夾持單元27、滑塊連接板18及Z向導軌滑塊17 —起沿Z向移動，Z向滾珠絲杠20、Z向導桿19及Z向直線導軌16共同保證了 Z向移動的導向性和平穩(wěn)性，減速器安裝座23設在Z向驅動裝置支撐框架26的上表面，Z向減速器24的轉軸通過Z向同步帶裝置22與Z向滾珠絲杠20連接。該Z向直線導軌16是其上設有多個連接孔的高精度直線導軌，是真空夾持單元27沿Z向的移動軌道；該Z向導軌滑塊17是其上設有多個連接孔的異形金屬結構件；該滑塊連接板18是其上設有一個大通孔和多個連接孔的矩形板料；該Z向導桿19是一端及中部設有法蘭結構件的圓桿件；該Z向滾珠絲杠20是兩端設有法蘭結構件的精密滾珠絲杠，用于將自身的旋轉運動轉化成其螺母的直線運動；該導桿絲杠連接板21是兩端設有大、小通孔的矩形板料，確保了 Z向導桿19和Z向滾珠絲杠20的導向一致；該Z向同步帶裝置22是由同步帶和2個同步帶輪組成，用于將Z向減速器24轉軸的旋轉運動傳遞給Z向滾珠絲杠20 ;該減速器安裝座23四周設有調節(jié)同步帶張緊的長圓孔、中部設有通孔的法蘭結構件，用于安裝固定Z向伺服電機25及Z向減速器24 ;該Z向減速器24是APEX的AE系列減速器,用于增大Z向伺服電機25的轉軸扭矩；該Z向伺服電機25是歐姆龍G5系列電機,是整個調形模塊單元4的Z向動力元件；該真空夾持單元27是由Y 向伺服電機29、軸承座30、聯(lián)軸器31、Y向滾珠絲杠32、伸縮套筒33、夾持體殼34、導向鍵35、鎖緊把手36和真空擺動吸盤37組成，如圖4所示；其間關系是Y向伺服電機29連接在軸承座30后側，Y向伺服電機29的轉軸通過聯(lián)軸器31與Y向滾珠絲杠32連接，伸縮套筒33套接在Y向滾珠絲杠32及其螺母外側，并通過螺栓與Y向滾珠絲杠32的螺母螺接固定，夾持體殼34套接在伸縮套筒33外側，一端通過圓周均布的螺紋孔連接在軸承座30前偵牝另一端通過擰緊螺栓與真空擺動吸盤37的外球托38套接，夾持體殼34前端開有導向鍵槽、鎖緊槽和注油口，導向鍵35設置在夾持體殼34的導向鍵槽內，鎖緊把手36設在鎖緊槽內。該Y向伺服電機29是歐姆龍G5系列電機,是整個真空夾持單元27的Y向動力元件；該軸承座30是兩端圓周面上設有螺紋孔、中間設有通孔的圓柱金屬件，用于安裝Y向伺服電機29、聯(lián)軸器31、Υ向滾珠絲杠32及夾持體殼34 ;該聯(lián)軸器31是中間開有兩個不同大小的螺紋孔的圓柱金屬件，用于將Y向伺服電機29轉軸的旋轉運動傳遞給Y向滾珠絲杠32 ；該Y向滾珠絲杠32是精密滾珠絲杠，用于將自身的旋轉運動轉化成其螺母的直線運動；該伸縮套筒33是圓筒形結構件，和Y向滾珠絲杠32的螺母一起帶動真空擺動吸盤37沿Y向移動；該夾持體殼34是圓筒形結構件，是真空夾持單元27的結構支撐體；該導向鍵35是市購件，具有導向作用；該鎖緊把手36是一根“L”形的圓柱鋼體，用于鎖死伸縮套筒33沿Y向的位置；見圖4，該真空擺動吸盤37由外球托38、內球環(huán)39、硅膠吸盤40、球頭桿41、密封圈42、墊圈43和螺栓44組成，如圖4所示；其間關系是外球托38、內球環(huán)39和球頭桿41三者同球心，外球托38通過擰緊螺栓套接在夾持體殼34前端，內球環(huán)39置于外球托38的內球面，與外球托38構成球面配合，球頭桿41插入內球環(huán)39和外球托38的內圓孔，球頭桿41的一端與內球環(huán)39構成球面配合，另一端伸出至外球托38底部外側，通過螺母與外球托38固定連接,密封圈42置于內球環(huán)39前端面的圓形環(huán)槽內，娃膠吸盤40設在內球環(huán)39頂部端面并通過墊圈43、螺栓44與內球環(huán)39螺接。外球托38和球頭桿41固定不動，內球環(huán)39帶動硅膠吸盤40繞外球托38和球頭桿41擺動，在外球托38和球頭桿41內部開有抽氣孔，用于從硅膠吸盤40內部抽氣，密封圈42用于防止外界空氣從抽氣孔以外的地方進入硅膠吸盤40內部；該外球托38是中心帶孔的喇叭狀件；該內球環(huán)39是中心帶孔的大半球形件；該球頭桿41是頭部為球形、尾部為圓桿的結構件；該硅膠吸盤40、密封圈42、墊圈43和螺栓44是市購件。立柱調形組件單元3沿X向的運動由X向伺服電機14、X向同步帶裝置11和X向滾珠絲杠9的螺母驅動，電機編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)反饋控制；真空夾持單元27沿Z向的運動由Z向伺服電機25、Z向同步帶裝置22和Z向滾珠絲杠20驅動，電機編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)反饋控制；伸縮套筒34沿Y向的運動由Y向伺服電機29、聯(lián)軸器31和Y向滾珠絲杠32驅動、由導向鍵35進行導向，電機編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)反饋控制。導軌底座I及夾持體殼34上分別設有限位機構和鎖緊機構，確保了工裝系統(tǒng)運動的安全性。真空擺動吸盤37采用雙接觸面密封和密封圈密封相結合的設計思想，硅膠材質的吸盤能在金屬、復材等壁板表面形成氣密性很高的腔室，經抽真空后可以產生足夠的吸附力對壁板進行穩(wěn)定夾持。真空擺動吸盤37可以實現(xiàn)(Γ20°的任意擺動，同時工裝系統(tǒng) 的每個吸盤在電機控制下能夠實現(xiàn)空間三向精確定位，因此工裝吸盤可以構成多種外形點陣，滿足對各種外形壁板的吸附定位。本發(fā)明一種飛機壁板柔性裝配工裝系統(tǒng)，其具體的實施流程如下I、壁板運送至工裝裝配站位；2、利用自主開發(fā)的調形計算軟件根據(jù)壁板數(shù)字化模型確定出各吸盤的最優(yōu)吸附位置；3、利用激光跟蹤儀建立飛機坐標系，并測量各吸盤旋轉中心調形前后的位置坐標；4、調形計算軟件根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出工裝系統(tǒng)各軸的運動數(shù)據(jù)；5、各軸電機按照軟件計算的運動數(shù)據(jù)驅動工裝系統(tǒng)運動；6、各吸盤到達吸附位置并與壁板表面接觸形成密閉腔室，抽真空系統(tǒng)對各吸盤抽氣，吸盤內產生足夠吸附力對壁板吸附夾持；7、對壁板組件進行鉆鉚等裝配工序。
權利要求
1. 一種行列吸盤式壁板裝配柔性工裝，其特征在于它包括導軌底座、X向驅動單元和立柱調形組件單元；導軌底座固定連接于地面，立柱調形組件單元安裝在導軌底座的兩條X向直線導軌上，并可沿X向直線導軌移動，X向驅動單元位于立柱調形組件單元的底部和導軌底座之間，與導軌底座固連，并與立柱調形組件單元的底部相連； 所述導軌底座由底座、X向直線導軌、X向滾珠絲杠固定座和X向運動限位座組成，底座沿X向的兩端上表面各設有X向直線導軌，在底座內側兩端的冷壓無縫鋼管材上各設有X向滾珠絲杠固定座，底座沿Y向的兩端上表面各設有X向運動限位座；該底座由冷壓無縫鋼管材拼接構成，是整個工裝的承載體；該X向直線導軌是其上設有復數(shù)個連接孔的高精度直線導軌，它是立柱調形組件單元沿X向的移動軌道；該夂向滾珠絲杠固定座是由2塊矩形鋼板和2塊三角形鋼板連接而成的“L”形金屬結構件，用于固定X向驅動單元的X向滾珠絲杠；該X向運動限位座是由板材和圓管連接而成的“Z”形金屬結構件，它用于限制立柱調形組件單元沿X向的運動范圍，防止其運動超程； 所述X向驅動單元由X向滾珠絲杠、X向傳動底座、X向同步帶裝置、X向電機減速器支架、X向減速器和X向伺服電機組成，X向滾珠絲杠兩端固連在導軌底座上的X向滾珠絲杠固定座，X向傳動底座的一端沿X向滾珠絲杠的軸向套接在X向滾珠絲杠及其螺母的外側，另一端通過螺紋孔連接在立柱調形組件單元下底板的下表面，X向電機減速器支架安裝在立柱調形組件單元下底板的上表面，X向減速器的轉軸通過X向同步帶裝置與X向滾珠絲杠的螺母連接；該X向滾珠絲杠是精密滾珠絲杠，用于將其螺母的旋轉運動轉化成直線運動；該X向傳動底座是由板材和圓管連接而成的“ Ω ”形金屬結構件，它和X向滾珠絲杠的螺母一起帶動立柱調形組件單元沿X向移動；該1向同步帶裝置是由同步帶和2個同步帶輪組成，用于將X向減速器轉軸的旋轉運動傳遞給X向滾珠絲杠的螺母；該夂向電機減速器支架是由2塊矩形鋼板和2塊三角形鋼板連接而成的“L”形金屬結構件，用于安裝固定X向減速器及X向伺服電機，并設有調節(jié)同步帶張緊的長圓孔；該X向減速器是用于增大X向伺服電機的轉軸扭矩；該X向伺服電機是整個X向驅動單元的動力元件； 所述的立柱調形組件單元由調形模塊單元沿Z向螺接組成，該調形模塊單元是整個壁板裝配柔性工裝的關鍵部件，它是由承力框架、Z向直線導軌、Z向導軌滑塊、滑塊連接板、Z向導桿、Z向滾珠絲杠、導桿絲杠連接板、Z向同步帶裝置、減速器安裝座、Z向減速器、Z向伺服電機、Z向驅動裝置支撐框架、真空夾持單元和拖動套筒組成，該承力框架是調形模塊單元的承載體，由上、下矩形底板及4根冷壓無縫鋼管材連接組成，上、下矩形底板分別設有4組16個螺紋通孔，調形模塊單元之間通過矩形底板的螺紋通孔進行螺接，在承力框架的2根相鄰鋼管外表面上沿Z向各設有Z向直線導軌，該Z向驅動裝置支撐框架是由復數(shù)塊鋼板連接而成的“L”形金屬結構件，通過螺紋孔連接在承力框架下矩形底板的上表面，用于安裝Z向導桿、Z向滾珠絲杠及減速器安裝座，Z向導桿、Z向滾珠絲杠的一端通過法蘭并排連接在Z向驅動裝置支撐框架的上表面，另一端連接在導桿絲杠連接板，拖動套筒由中部為圓筒、兩邊帶通孔的矩形件構成，真空夾持單元內置于拖動套筒，并與滑塊連接板連接，滑塊連接板與Z向導軌滑塊連接，Z向滾珠絲杠的螺母及Z向導桿的直線軸承與拖動套筒兩側凸緣板通過圓孔連接，帶動拖動套筒、真空夾持單元、滑塊連接板及Z向導軌滑塊一起沿Z向移動，Z向滾珠絲杠、Z向導桿及Z向直線導軌共同保證了 Z向移動的導向性和平穩(wěn)性，減速器安裝座設在Z向驅動裝置支撐框架的上表面，Z向減速器的轉軸通過Z向同步帶裝置與Z向滾珠絲杠連接；該Z向直線導軌是其上設有復數(shù)個連接孔的高精度直線導軌，是真空夾持單元沿Z向的移動軌道；該Z向導軌滑塊是其上設有復數(shù)個連接孔的異形金屬結構件；該滑塊連接板是其上設有一個大通孔和復數(shù)個連接孔的矩形板料；該Z向導桿是一端及中部設有法蘭結構件的圓桿件；該Z向滾珠絲杠是兩端設有法蘭結構件的精密滾珠絲杠，用于將自身的旋轉運動轉化成其螺母的直線運動；該導桿絲杠連接板是兩端設有大、小通孔的矩形板料，確保了 Z向導桿和Z向滾珠絲杠的導向一致；該2向同步帶裝置是由同步帶和2個同步帶輪組成,用于將Z向減速器轉軸的旋轉運動傳遞給Z向滾珠絲杠；該減速器安裝座是四周設有調節(jié)同步帶張緊的長圓孔、中部設有通孔的法蘭結構件，用于安裝固定Z向伺服電機及Z向減速器；該Z向減速器是用于增大Z向伺服電機的轉軸扭矩；該Z向伺服電機是整個調形模塊單元的Z向動力元件；該真空夾持單元是由Y向伺服電機、軸承座、聯(lián)軸器、Y向滾珠絲杠、伸縮套筒、夾持體殼、導向鍵、鎖緊把手和真空擺動吸盤組成，Y向伺·服電機連接在軸承座后側，Y向伺服電機的轉軸通過聯(lián)軸器與Y向滾珠絲杠連接，伸縮套筒套接在Y向滾珠絲杠及其螺母外側，并通過螺栓與Y向滾珠絲杠的螺母螺接固定，夾持體殼套接在伸縮套筒外側，一端通過圓周均布的螺紋孔連接在軸承座前側，另一端通過擰緊螺栓與真空擺動吸盤的外球托套接，夾持體殼前端開有導向鍵槽、鎖緊槽和注油口，導向鍵設置在夾持體殼的導向鍵槽內，鎖緊把手設在鎖緊槽內；該Y向伺服電機是整個真空夾持單元的Y向動力元件；該軸承座是兩端圓周面上設有螺紋孔、中間設有通孔的圓柱金屬件，用于安裝Y向伺服電機、聯(lián)軸器、Y向滾珠絲杠及夾持體殼；該聯(lián)軸器是中間開有兩個不同大小的螺紋孔的圓柱金屬件，用于將Y向伺服電機轉軸的旋轉運動傳遞給Y向滾珠絲杠；該￥向滾珠絲杠是精密滾珠絲杠，用于將自身的旋轉運動轉化成其螺母的直線運動；該伸縮套筒是圓筒形結構件，和Y向滾珠絲杠的螺母一起帶動真空擺動吸盤沿Y向移動；該夾持體殼是圓筒形結構件，是真空夾持單元的結構支撐體；該導向鍵具有導向作用；該鎖緊把手是一根“L”形的圓柱鋼體，用于鎖死伸縮套筒沿Y向的位置；該真空擺動吸盤由外球托、內球環(huán)、娃膠吸盤、球頭桿、密封圈、墊圈和螺栓組成，外球托、內球環(huán)和球頭桿三者同球心，外球托通過擰緊螺栓套接在夾持體殼前端，內球環(huán)置于外球托的內球面，與外球托構成球面配合，球頭桿插入內球環(huán)和外球托的內圓孔，球頭桿的一端與內球環(huán)構成球面配合，另一端伸出至外球托底部外側，通過螺母與外球托固定連接，密封圈置于內球環(huán)前端面的圓形環(huán)槽內，硅膠吸盤設在內球環(huán)頂部端面并通過墊圈、螺栓與內球環(huán)螺接，外球托和球頭桿固定不動，內球環(huán)帶動硅膠吸盤繞外球托和球頭桿擺動，在外球托和球頭桿內部開有抽氣孔，用于從硅膠吸盤內部抽氣，密封圈用于防止外界空氣從抽氣孔以外的地方進入硅膠吸盤內部；該外球托是中心帶孔的喇叭狀件；該內球環(huán)是中心帶孔的大半球形件；該球頭桿是頭部為球形、尾部為圓桿的結構件。
全文摘要
一種行列吸盤式壁板裝配柔性工裝，它包括導軌底座、X向驅動單元和立柱調形組件單元；導軌底座固定連接于地面，立柱調形組件單元安裝在導軌底座的兩條X向直線導軌上，并可沿X向直線導軌移動，X向驅動單元位于立柱調形組件單元的底部和導軌底座之間，與導軌底座固連，并與立柱調形組件單元的底部相連；本發(fā)明通過點陣真空吸盤對飛機壁板類組件進行吸附夾持及數(shù)字化定位，夾持穩(wěn)定可靠，定位精度高；工裝點陣吸盤經重構可實現(xiàn)不同壁板類組件的數(shù)字化定位及鉆鉚裝配。它在機械工程/飛機裝配領域里具有較好的實用價值和廣闊的應用前景。
文檔編號B25B11/00GK102941545SQ20121044189
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權日2012年11月7日
發(fā)明者李東升, 翟雨農, 王亮, 羅紅宇 申請人:北京航空航天大學