用于大型薄壁筒體構(gòu)件立式裝配的柔性夾具的制作方法
【專利摘要】一種自動化裝配領(lǐng)域用的大型薄壁筒體構(gòu)件裝配的柔性夾具裝備，包括：設(shè)置于薄壁筒體構(gòu)件內(nèi)部的用于支撐的內(nèi)撐夾具陣列和設(shè)置于薄壁筒體構(gòu)件外部的用于壓緊的外壓夾具陣列及其支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)固定設(shè)置于地面并與外壓夾具陣列相連以實(shí)現(xiàn)其上下方向的調(diào)節(jié)，外壓夾具陣列對薄壁筒體構(gòu)件沿圓周方向自外而內(nèi)均勻施加壓緊力，內(nèi)撐夾具陣列對薄壁筒體構(gòu)件沿圓周方向由內(nèi)而外均勻提供支撐力，通過壓緊力和支撐力的配合實(shí)現(xiàn)對大型薄壁筒體構(gòu)件的均與夾緊固定。本發(fā)明布置緊湊、多點(diǎn)調(diào)控、受力均勻、變形小、裝配效率高、承載能力強(qiáng)。
【專利說明】用于大型薄壁筒體構(gòu)件立式裝配的柔性夾具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種自動化裝配【技術(shù)領(lǐng)域】的裝置，具體是一種用于大型薄壁筒體構(gòu)件立式裝配的柔性夾具。

【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)載火箭貯箱、飛機(jī)機(jī)身等構(gòu)件為了減輕自重采用柵格形式的鋁合金薄壁構(gòu)件拼接而成，該結(jié)構(gòu)具有大尺度、低剛度的特點(diǎn)，其自身重力便會引起很大的變形。為了保證裝配精度，減小各個方向的對接誤差，要求夾具具有多點(diǎn)調(diào)控，受力均勻的特點(diǎn)。另外由于所夾持工件尺度很大，因而在設(shè)計夾具過程中為了降低加工難度，需要采用模塊化拼接的方式設(shè)計制造。針對上述問題，設(shè)計了一種具有多點(diǎn)調(diào)控能力、受力均勻的柔性夾具。
[0003]經(jīng)過對現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN102152132A公開(公告)日2011.08.17，公開了一種數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】的用于大型筒體內(nèi)壁加工的自推進(jìn)式機(jī)構(gòu)，包括:固定組件、軸向運(yùn)動組件、移動平臺、若干個轉(zhuǎn)動組件、轉(zhuǎn)動平臺和若干個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中:軸向運(yùn)動組件與固定組件連接，移動平臺分別與軸向運(yùn)動組件和轉(zhuǎn)動平臺連接，若干個轉(zhuǎn)動組件分別與轉(zhuǎn)動平臺連接且以圓周陣列均勻分布，若干個執(zhí)行機(jī)構(gòu)均與移動平臺和轉(zhuǎn)動平臺固定連接且以圓周陣列均勻分布；該技術(shù)能夠在大型筒體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)多個加工刀頭的同步工作，能夠形成對稱的加工軌跡，完成柱面的內(nèi)表面高速銑削及其之間的攪拌摩擦焊接等工藝，該機(jī)構(gòu)具有布置空間緊湊、工作范圍大、結(jié)構(gòu)剛度高、承載特性好、控制方式容易、操作精度高、加工效率高以及柔性化程度高等特點(diǎn)。該技術(shù)與本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置相似，但該技術(shù)只在筒體內(nèi)部具有支撐力，而且支撐力方向不可調(diào)節(jié)，筒體始終單側(cè)受力并且不能保證受力方向沿著法線方向，會引起筒體的振動和變形。
[0004]中國專利文獻(xiàn)號CN203726149U公開(公告)日2014.07.23，公開了一種用于大型薄壁環(huán)形件的柔性輔助支撐夾緊裝置，包括:底座、可移動鎖緊定位元件、可移動夾緊裝置和可移動輔助支撐組件；所述底座為環(huán)形；所述底座上設(shè)有多組沿直徑方向?qū)?yīng)的T型槽；所述可移動鎖緊定位元件、可移動夾緊裝置和可移動輔助支撐組件設(shè)于T型槽內(nèi)并可沿T型槽移動。該技術(shù)通過可移動輔助支撐組件沿零件軸向和徑向進(jìn)行移動調(diào)節(jié)，可以適應(yīng)不同尺寸結(jié)構(gòu)的零件，適用于大型薄壁環(huán)形件新機(jī)研制中單件小批量生產(chǎn)使用，有利于縮短夾具制造周期，節(jié)約夾具制造成本。但該技術(shù)采用的輔助支撐夾緊裝置需要手動調(diào)節(jié)夾緊力的大小和鎖緊定位元件的位置，操作非常復(fù)雜，裝夾效率低；該技術(shù)只從筒體外側(cè)壓緊實(shí)現(xiàn)裝夾，筒體內(nèi)側(cè)沒有輔助支撐，對大型薄壁筒體構(gòu)件裝夾過程中會引起較大的裝夾變形，難以保證筒體的幾何形狀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種用于大型薄壁筒體構(gòu)件立式裝配的柔性夾具，能夠自動、柔性的調(diào)整夾緊力的大小的同時，可以保證筒體的受力方向沿法線方向，并且由于采用內(nèi)撐、外壓式的夾緊方式，保證工件受力均勻，使得筒體變形和振動很小，并且采用自動化裝備，裝夾效率高。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括:設(shè)置于薄壁筒體構(gòu)件內(nèi)部的用于支撐的內(nèi)撐夾具陣列和設(shè)置于薄壁筒體構(gòu)件外部的用于壓緊的外壓夾具陣列及其支撐結(jié)構(gòu)，其中:支撐結(jié)構(gòu)固定設(shè)置于地面并與外壓夾具陣列相連以實(shí)現(xiàn)其上下方向的調(diào)節(jié)，夕卜壓夾具陣列對薄壁筒體構(gòu)件沿圓周方向自外而內(nèi)均勻施加壓緊力，內(nèi)撐夾具陣列對薄壁筒體構(gòu)件沿圓周方向由內(nèi)而外均勻提供支撐力，通過壓緊力和支撐力的配合實(shí)現(xiàn)對大型薄壁筒體構(gòu)件的均與夾緊固定。
[0007]所述的內(nèi)撐夾具陣列包括:至少一組或多組軸向并聯(lián)的三自由度機(jī)構(gòu)，該三自由度機(jī)構(gòu)由環(huán)形支架和若干輻射狀陣列方式設(shè)置于環(huán)形支架外部的三自由度支撐機(jī)構(gòu)組成。
[0008]所述的三自由度是指:局部擺動和沿環(huán)形支架的徑向移動。
[0009]所述的三自由度支撐機(jī)構(gòu)包括:頂板、移動副-轉(zhuǎn)動副(PU)支鏈以及與I3U支鏈并聯(lián)的兩個轉(zhuǎn)動副-移動副-轉(zhuǎn)動副(UPU)支鏈，其中:PU支鏈的移動副一端與環(huán)形支架相連，轉(zhuǎn)動副一端與頂板相連，UPU支鏈的兩端分別于頂板和環(huán)形支架相連。
[0010]所述的移動副采用但不限于直線電缸實(shí)現(xiàn)；
[0011]所述的轉(zhuǎn)動副采用但不限于虎克鉸或球鉸實(shí)現(xiàn)；
[0012]所述的外壓夾具陣列有兩組相對設(shè)置的夾緊環(huán)組成，該夾緊環(huán)由若干個單自由度夾緊機(jī)構(gòu)組成。
[0013]所述的單自由度夾緊機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)，包括:底座、壓桿和氣缸，其中:兩段式活動壓桿的一端與底座轉(zhuǎn)動連接，氣缸的兩端分別與底座和壓桿轉(zhuǎn)動連接并驅(qū)動壓桿以提供夾緊力。
[0014]所述的支撐結(jié)構(gòu)均布于外壓夾具陣列外部，該支撐結(jié)構(gòu)具有上下移動的單個自由度，可以實(shí)現(xiàn)對夾具體陣列的位置調(diào)節(jié)。
[0015]所述的支撐結(jié)構(gòu)包括:支撐立柱、傳動部分和配重部分，其中:支撐立柱固定設(shè)置于地面上，傳動部分分別與配重部分和外壓夾具陣列相連并實(shí)現(xiàn)對外壓夾具陣列的高度調(diào)節(jié)。
[0016]所述的傳動部分包括:伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承、滾珠絲杠、絲杠螺母、直線導(dǎo)軌、滑塊、工作臺等部分，可以實(shí)現(xiàn)精密的直線傳動。配重部分用于平衡外壓夾具陣列的重力，起到對伺服電機(jī)以及機(jī)械傳動系統(tǒng)的保護(hù)作用，具體結(jié)構(gòu)包括:與工作臺相連的鋼絲繩、定滑輪以及用于平衡的配重。
[0017]所述的內(nèi)撐夾具陣列優(yōu)選采用12組48個沿圓周均勻布置的三自由度支撐機(jī)構(gòu)。
[0018]所述的外壓夾具陣列優(yōu)選采用60個單自由度夾緊機(jī)構(gòu)環(huán)形布置拼接而成。
[0019]所述的支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)選采用4個且平均分布于外壓夾具陣列外部。
技術(shù)效果
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用立式夾緊固定的方式，避免了大型薄壁筒體構(gòu)件因自身重力而引起的變形，減小了裝配過程中的不可控因素。夾具體通過多組沿圓周方向均勻布置的柔性夾緊機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對大型薄壁筒體構(gòu)件裝夾過程中受力的多點(diǎn)調(diào)控，使得筒體構(gòu)件的受力方向始終沿著法線方向，兩側(cè)對稱受力，保證其受力均勻，減小因裝夾引起的變形。此外，本發(fā)明的裝配夾緊裝置采用自動化設(shè)備，可以自動裝夾調(diào)節(jié)，可以提高裝配效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2為內(nèi)撐夾具陣列結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3為三自由度支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4為外壓夾具陣列結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖5為單自由度夾緊機(jī)構(gòu)圖；
[0026]圖中:a為側(cè)視圖，b為立體示意圖；
[0027]圖6為支撐結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖中:1內(nèi)撐夾具陣列、2支撐結(jié)構(gòu)、3外壓夾具陣列、4上內(nèi)撐夾具陣列、5三自由度支撐機(jī)構(gòu)、6下內(nèi)撐夾具陣列、7環(huán)形支架、8PU支鏈、9UPU支鏈、10頂板、11虎克鉸、12直線電缸、13上固定座、14下固定座、15上外壓夾具陣列、16下外壓夾具陣列、17單自由度壓緊機(jī)構(gòu)、18連接板、19夾緊機(jī)構(gòu)底座、20、23鉸鏈、21壓桿、22氣缸、24立柱底座、25支撐立柱、26直線傳動部分、27配重部分、28支撐架。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0030]如圖1所示，本實(shí)施例包括:內(nèi)撐夾具陣列1、支撐結(jié)構(gòu)2、外壓夾具陣列3，其中:內(nèi)撐夾具陣列I固定于地面上，外壓夾具陣列3支撐在支撐結(jié)構(gòu)2上，四個支撐結(jié)構(gòu)2沿圓周均布。
[0031]如圖2所示，所述的內(nèi)撐夾具陣列I包括:上內(nèi)撐夾具陣列4、下內(nèi)撐夾具陣列6和三自由度支撐機(jī)構(gòu)，其中:上內(nèi)撐夾具陣列4和下內(nèi)撐夾具陣列分別由多組環(huán)形布置的三自由度支撐機(jī)構(gòu)，其中:用于在薄壁筒體構(gòu)件內(nèi)部施加支撐力并調(diào)整受力的大小和方向。
[0032]如圖3所示，所述的三自由度支撐機(jī)構(gòu)自上到下依次為:環(huán)形支架7、PU支鏈8和UPU支鏈9、頂板10，其中支鏈由直線電缸12和虎克鉸11順序連接而成，UPU支鏈由虎克鉸11、直線電缸12、虎克鉸11順序連接而成。三自由度支撐機(jī)構(gòu)通過三個直線電缸運(yùn)動的組合可以實(shí)現(xiàn)沿法線方向的移動和兩個擺動自由度，實(shí)現(xiàn)支撐方向和支撐力大小的調(diào)節(jié)。
[0033]如圖4所示，所述的外壓夾具陣列3包括:上固定座13、下固定座14、上外壓夾具陣列15、下外壓夾具陣列16和單自由度壓緊機(jī)構(gòu)17，其中:上外壓夾具陣列15和下外壓夾具陣列16分別由多個單自由度壓緊機(jī)構(gòu)17通過連接槽拼接而成，沿圓形布置。
[0034]如圖5所示，所述的單自由度壓緊機(jī)構(gòu)17自上而下包括:連接板18、夾緊機(jī)構(gòu)底座19、鉸鏈20、壓桿21、氣缸22、鉸鏈23。單自由度壓緊機(jī)構(gòu)為一個四桿機(jī)構(gòu)，由氣缸22驅(qū)動，通過壓桿21的擺動，實(shí)現(xiàn)壓緊，具有較大的活動范圍。
[0035]如圖6所示，所述的支撐結(jié)構(gòu)2包括:立柱底座24、支撐立柱25、直線傳動部分26、配重部分27、支撐架28，其中:立柱底座24和支撐立柱25依次固定于地面，直線傳動部分26安裝于支撐立柱25上并與支撐架28相連，實(shí)現(xiàn)支撐架的上下運(yùn)動，配重部分27與支撐架28相連，用于平衡支撐架28所受的部分重量，對傳動部分起保護(hù)作用。
[0036]所述的直線傳動部分26包括:伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承、滾珠絲杠、絲杠螺母、直線導(dǎo)軌、滑塊、工作臺等部分，可以實(shí)現(xiàn)直線傳動。
[0037]所述的配重部分27包括:鋼絲繩、定滑輪、配重，用于平衡直線傳動部分受力，起保護(hù)作用。
[0038]本實(shí)施例通過以下方式工作:需要夾緊固定的兩段環(huán)形薄壁圓通，置于內(nèi)撐夾具陣列I和外壓夾具陣列3之間，內(nèi)撐夾具陣列從筒體構(gòu)件內(nèi)部施加支撐力，筒體各處的支撐力大小和方向由多個均布得三自由度支撐機(jī)構(gòu)5調(diào)節(jié)。外壓夾具陣列從外部提供壓緊力，筒體各處壓緊力大小由多個均布得單自由度壓緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)。通過內(nèi)撐、外壓的方式實(shí)現(xiàn)對筒體構(gòu)件的夾緊定位，通過支撐結(jié)構(gòu)2上的直線傳動部分26可以對下筒體整體位置的調(diào)節(jié)。上下筒體位置分別由內(nèi)撐、外壓夾具陣列固定后，可以通過位于外壓夾具陣列上的環(huán)焊工裝(本發(fā)明中未給出)實(shí)現(xiàn)上下筒體構(gòu)件的焊接。
【權(quán)利要求】
1.一種用于大型薄壁筒體構(gòu)件立式裝配的柔性夾具，其特征在于，包括:設(shè)置于薄壁筒體構(gòu)件內(nèi)部的用于支撐的內(nèi)撐夾具陣列和設(shè)置于薄壁筒體構(gòu)件外部的用于壓緊的外壓夾具陣列及其支撐結(jié)構(gòu)，其中:支撐結(jié)構(gòu)固定設(shè)置于地面并與外壓夾具陣列相連以實(shí)現(xiàn)其上下方向的調(diào)節(jié)，外壓夾具陣列對薄壁筒體構(gòu)件沿圓周方向自外而內(nèi)均勻施加壓緊力，內(nèi)撐夾具陣列對薄壁筒體構(gòu)件沿圓周方向由內(nèi)而外均勻提供支撐力，通過壓緊力和支撐力的配合實(shí)現(xiàn)對大型薄壁筒體構(gòu)件的均與夾緊固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性夾具，其特征是，所述的內(nèi)撐夾具陣列包括:至少一組或多組軸向并聯(lián)的三自由度機(jī)構(gòu)，該三自由度機(jī)構(gòu)由環(huán)形支架和若干輻射狀陣列方式設(shè)置于環(huán)形支架外部的三自由度支撐機(jī)構(gòu)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性夾具，其特征是，所述的三自由度是指:局部擺動和沿環(huán)形支架的徑向移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性夾具，其特征是，所述的三自由度支撐機(jī)構(gòu)包括:頂板、PU支鏈以及與I3U支鏈并聯(lián)的兩個UPU支鏈，其中JU支鏈的移動副一端與環(huán)形支架相連，轉(zhuǎn)動副一端與頂板相連，UPU支鏈的兩端分別于頂板和環(huán)形支架相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性夾具，其特征是，所述的移動副采用直線電缸實(shí)現(xiàn)；所述的轉(zhuǎn)動副采用虎克鉸或球鉸實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性夾具，其特征是，所述的外壓夾具陣列有兩組相對設(shè)置的夾緊環(huán)組成，該夾緊環(huán)由若干個單自由度夾緊機(jī)構(gòu)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性夾具，其特征是，所述的單自由度夾緊機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)，包括:底座、壓桿和氣缸，其中:兩段式活動壓桿的一端與底座轉(zhuǎn)動連接，氣缸的兩端分別與底座和壓桿轉(zhuǎn)動連接并驅(qū)動壓桿以提供夾緊力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性夾具，其特征是，所述的支撐結(jié)構(gòu)均布于外壓夾具陣列外部，該支撐結(jié)構(gòu)具有上下移動的單個自由度以實(shí)現(xiàn)對夾具體陣列的位置調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柔性夾具，其特征是，所述的支撐結(jié)構(gòu)包括:支撐立柱、傳動部分和配重部分，其中:支撐立柱固定設(shè)置于地面上，傳動部分分別與配重部分和外壓夾具陣列相連并實(shí)現(xiàn)對外壓夾具陣列的高度調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性夾具，其特征是，所述的內(nèi)撐夾具陣列采用12組48個沿圓周均勻布置的三自由度支撐機(jī)構(gòu)；所述的外壓夾具陣列采用60個單自由度夾緊機(jī)構(gòu)環(huán)形布置拼接而成；所述的支撐結(jié)構(gòu)采用4個且平均分布于外壓夾具陣列外部。
【文檔編號】B23K37/053GK104209690SQ201410444057
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】王皓, 來新民, 趙勇, 孔令雨, 陳坤勇, 陳正濤 申請人:上海交通大學(xué)