CN107186498B - 一种用于飞机翼盒数字化装配的五轴数控制孔机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于飞机翼盒数字化装配的五轴数控制孔机床，属于飞机装配技术领域，包括机床立柱及安装在机床立柱内的末端执行器，机床立柱内设有沿Y轴运动的滑枕，机床立柱上安装有驱动滑枕的Y轴平移组件；滑枕上设有第一旋转台以及驱动第一旋转台绕Y轴旋转的B轴回转组件；第一旋转台上设有第二旋转台以及驱动第二旋转台绕X轴旋转的A轴回转组件；第二旋转台上设有Z轴托板，Z轴托板与第二旋转台间设有驱动Z轴托板的Z轴平移组件；Z轴托板的底部设有X轴托板和驱动X轴托板沿Z轴运动的Z1轴平移组件；末端执行器安装在X轴托板的底部，且X轴托板上设有驱动末端执行器沿X轴方向运动的X轴平移组件。提高了末端执行器的自动化程度。

Description

一种用于飞机翼盒数字化装配的五轴数控制孔机床
技术领域
本发明涉及飞机装配技术领域，具体地说，涉及一种用于飞机翼盒数字化装配的五轴数控制孔机床。
背景技术
在飞机装配中，制孔是保证连接质量的重要工艺，而其大部分指控工作由人工完成，传统的人工制孔劳动条件差，生产效率低，制孔质量严重依赖于公认的经验和技术，已经阻碍了飞机装配效率的进一步提高。
发明内容
本发明的目的为提供一种用于飞机翼盒数字化装配的五轴数控制孔机床，使得飞机翼盒数字化装配的自动化程度提高。
为了实现上述目的，本发明提供的五轴数控制孔机床包括机床立柱及安装在机床立柱内的末端执行器，机床立柱内设有沿Y轴运动的滑枕，机床立柱上安装有驱动滑枕的Y轴平移组件；滑枕上设有第一旋转台以及驱动第一旋转台绕Y轴旋转的B轴回转组件；第一旋转台上设有第二旋转台以及驱动第二旋转台绕X轴旋转的A轴回转组件；第二旋转台上设有Z轴托板，Z轴托板与第二旋转台间设有驱动Z轴托板的Z轴平移组件；Z轴托板的底部设有X轴托板和驱动X轴托板沿Z轴运动的Z1轴平移组件；末端执行器安装在X轴托板的底部，且X轴托板上设有驱动末端执行器沿X轴方向运动的X轴平移组件。
上述技术方案中，通过在X、Y、Z三个方向上设置平移组件，以及在X和Y方向设置回转组件，以实现机床的五轴联动控制，同时，设置Z1轴平移组件以增大末端执行器在Z轴方向上的行程，总体提高了末端执行器的自动化程度。
具体的方案为滑枕配备液压辅助平衡装置。可对滑枕伸出后重心前倾及压铆力作用对精度造成的不良影响进行补偿，并改善Y轴驱动***对外界干扰因素的抵抗力。
另一个具体的方案为Y轴平移组件包括沿竖直方向安装在机床立柱上的竖向直线导轨及第一致动器；第一致动器的定子固定在机床立柱上，动子与滑枕相连。优选地，Y轴设有两条直线导轨及两个第一致动器，实现双驱动消隙。
另一个具体的方案为第一旋转台与滑枕通过B轴旋转轴活动连接；B轴回转组件包括安装在滑枕上的弧形导轨、安装在第一旋转台上的弧形齿条、与弧形齿条啮合的齿轮及驱动齿轮转动的驱动装置；齿轮及驱动装置安装在滑枕上；弧形导轨及弧形齿条的中心与B轴旋转轴的中心一致。
另一个具体的方案为第二旋转台与第一旋转台通过A轴旋转轴活动连接；A轴回转组件包括安装在第一旋转台上的驱动电机、连接驱动电机的传动皮带及滚珠丝杠副；滚珠丝杠副的螺母铰接在第一旋转台上，且与传动皮带啮合；滚珠丝杠副的丝杠的底端与第二旋转台铰接。
进一步具体的方案为齿轮包括同时与弧形齿条啮合的两个，驱动装置包括驱动每个齿轮转动的电机及用于控制齿轮转速的减速器。
采用双驱动消隙机构，定位精度及重复定位精度高，定位精度可达0.2mm/m(X、Y、Z轴方向)，60s(A、B轴方向)；重复定位精度可达0.1mm/m(X、Y、Z轴方向)，30s(A、B轴方向)。进一步提高了装配的可靠性。
另一个具体的方案为Z轴平移组件包括安装在Z轴托板两侧且沿纵向布置的第一导轨及第二致动器；第二旋转台的底部设有与第一导轨配合的滑块；第二致动器的定子固定在Z轴托板上，动子与第二旋转台连接。
另一个具体的方案为Z1轴平移组件包括安装在Z轴托板底部且沿纵向布置的第二导轨及第三致动器；X轴托板上固定有与第二导轨配合的滑块；第三致动器的定子固定在Z轴托板的底部，动子与X轴托板连接。
再一个具体的方案为X轴平移组件包括安装X轴托板上的第三导轨及第四致动器；第三导轨上通过滑块滑动连接有安装末端执行器的工位切换板；第四致动器的定子固定在X轴托板上，动子与工位切换板连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在装配过程中可以高度自动化地完成预连接孔制孔、孔质量探测和预连接件***过程，可以在满足制孔精度、制孔质量和效率的前提下，完成飞机翼盒装配中所有预连接孔的制孔和插钉工作。
附图说明
图1为本发明实施例的立体图；
图2为本发明实施例的A-B轴回转装置的轴测图；
图3为本发明实施例的A-B轴回转装置另一方向的轴测图；
图4为本发明实施例的A-B轴回转装置的后视图；
图5为本发明实施例的A-B轴回转装置的俯视图；
图6为本发明实施例的Z1轴平移组件的仰视图；
图7为本发明实施例的X轴平移组件的仰视图。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1至图5，五轴数控制孔机床包括机床立柱5及安装在机床立柱5内的末端执行器，其中，末端执行器包括主轴单元20、插钉单元26及孔探测单元21。机床立柱5与末端执行器间设有Y轴平移组件、A轴回转组件、B轴回转组件、Z轴平移组件、Z1轴平移组件及X轴平移组件。
机床立柱5内设有沿Y轴运动的滑枕4，Y轴平移组件包括竖向直线导轨01及第一致动器，两条竖向直线导轨01沿竖直方向安装在机床立柱5上，滑枕4上设有若干与竖向直线导轨01滑动连接的滑块09，第一致动器包括固定在机床立柱5上的电机1、与电机1的输出轴连接的丝杠3及与丝杠3配合且固定在滑枕4上的螺母，丝杠3与电机1的输出轴间设有减速器2。两个电机1实现双驱动消隙。在电机1的驱动下，滑枕4沿竖向直线导轨01滑动，从而带动末端执行器及其它组件在竖直方向做平移运动，即实现Y轴方向的平移运动。
B轴回转组件布置在第一旋转台07上，第一旋转台07上设有轴承18，滑枕4设有与轴承18配合的B轴旋转轴，通过该B轴旋转轴实现与第一旋转台07活动连接，在滑枕4上还固定有中心点与轴承18的中心点一致的三段弧形导轨04，第一旋转台07上设有与弧形导轨04配合的滑块及B轴回转驱动组件。B轴回转驱动组件包括两个驱动电机13、与驱动电机13的输出端连接的减速机12、齿轮06、同时与两个齿轮06啮合的弧形齿条19，弧形齿条19的中心点与弧形导轨04的中心点一致。两个驱动电机13、两个减速机12及两个齿轮06均通过支座11固定在滑枕4上，齿条19固定于第一旋转台07上。设置两个驱动电机13进行传动，实现B轴回转运动的双驱动设计，达到消隙的效果。本实施例中，轴承18、弧形导轨04、与弧形导轨04配合的滑块及B轴回转驱动组件构成本实施例的B轴回转组件，齿轮06在驱动电机13及减速机12的带动下转动，并带动弧形齿条19运动，从而带动第一旋转台07绕设置在滑枕4上的B轴旋转轴旋转，实现末端执行器及其它组件绕Y轴旋转，即实现B轴回转运动，弧形导轨04使第一旋转台07的旋转运动更加稳定。
第一旋转台07底部设有第二旋转台08，第二旋转台08与第一旋转台07通过A轴旋转轴05活动连接。A轴回转组件包括驱动电机15、减速机16、传动皮带03及滚珠丝杠螺母副。驱动电机15和减速机16通过支座17安装在第一旋转台07上，驱动电机15通过减速机16驱动传动皮带运动，从而带动滚珠丝杠副的螺母02绕丝杠14旋转，螺母02沿径向铰接在第一旋转台上，丝杠14固定在铰接于第二旋转台08上的轴承内。本实施例中，丝杆14起到支撑定位的作用，驱动电机15通过减速机16带动传动皮带03运行，从而带动螺母02转动，丝杆14相对螺孔02向下旋转，支撑第二旋转台08绕旋转轴05转动，带动末端执行器及其它组件绕X轴旋转，即实现A轴回转运动。
第二旋转台08底部设有Z轴托板6，Z轴平移组件包括安装在Z轴托板6的两侧且沿纵向布置的第一导轨9及第二致动器，第二旋转台08底部设有与导轨9配合的滑块，第二致动器包括驱动电机7、减速机及滚珠丝杠副，驱动电机7和减速机通过支架8固定在Z轴托板6上，支架8上设有用于安装滚珠丝杠副的丝杠10的轴承，滚珠丝杠副的螺母固定在第二旋转台08底部。驱动电机7通过减速机驱动丝杠10旋转，带动与丝杠10配合的螺母沿丝杠10移动，从而使Z轴托板6相对第二旋转台08沿纵向移动，Z轴托板6带动末端执行器及其它组件沿纵向平移，即实现Z轴平移运动。
Z1轴平移组件包括安装在Z轴托板6的底部的导轨滑块副28及第三致动器，Z轴托板6通过导轨滑块副28滑动安装有X轴托板24，导轨滑块副28的导轨固定在Z轴托板6上，滑块与X轴托板24固定，第三致动器包括驱动电机31、减速机30及滚珠丝杠副28，驱动电机31和减速机30通过支架固定在Z轴托板6的底部，支架上设有用于安装滚珠丝杠副的丝杠的轴承，滚珠丝杠副的螺母与X轴托板24固定。驱动电机31通过减速机30驱动滚珠丝杠副28的丝杠转动，带动与丝杠配合的螺母沿丝杠移动，从而使X轴托板24相对Z轴托板6沿纵向移动，X轴托板24带动末端执行器及其它组件沿纵向平移，即实现Z1轴平移运动。
X轴托板24滑动连接有工位切换板25，X轴平移组件包括与设置在X轴托板24与工位切换板25之间的的导轨滑块副及第四致动器，末端执行器的各单元组件通过底座固定在工位切换板25上。第四致动器包括驱动电机22、减速器23及丝杆螺母副27，驱动电机22通过减速器23驱动丝杆螺母副27的丝杆旋转，与该丝杆配合的螺母沿丝杆方向移动，从而带动工位切换板25相对X轴托板24沿横向移动，工位切换板25带动安装在其上的末端执行器沿横向平移，即实现X轴平移运动，完成主轴单元20、插钉单元26及孔探测单元21三个工位之间的切换。

Claims (9)

1.一种用于飞机翼盒数字化装配的五轴数控制孔机床，包括机床立柱及安装在所述机床立柱内的末端执行器，其特征在于：
所述机床立柱内设有沿Y轴运动的滑枕，
所述机床立柱上安装有驱动所述滑枕的Y轴平移组件；
所述滑枕上设有第一旋转台以及驱动所述第一旋转台绕Y轴旋转的B轴回转组件；
所述第一旋转台上设有第二旋转台以及驱动第二旋转台绕X轴旋转的A轴回转组件；
所述第二旋转台上设有Z轴托板，所述Z轴托板与所述第二旋转台间设有驱动Z轴托板的Z轴平移组件；
所述Z轴托板的底部设有X轴托板和驱动X轴托板沿Z轴运动的Z1轴平移组件；
所述末端执行器安装在X轴托板的底部，且所述X轴托板上设有驱动末端执行器沿X轴方向运动的X轴平移组件；
所述第一旋转台与所述滑枕通过B轴旋转轴活动连接；
所述B轴回转组件包括安装在所述滑枕上的弧形导轨、安装在所述第一旋转台上的弧形齿条、与所述弧形齿条啮合的齿轮及驱动齿轮转动的驱动装置。
2.根据权利要求1所述的五轴数控制孔机床，其特征在于：
所述滑枕配备液压辅助平衡装置。
3.根据权利要求1所述的五轴数控制孔机床，其特征在于：
所述Y轴平移组件包括沿竖直方向安装在机床立柱上的竖向直线导轨及第一致动器；
所述第一致动器的定子固定在所述机床立柱上，动子与所述滑枕相连。
4.根据权利要求1所述的五轴数控制孔机床，其特征在于：
所述齿轮及所述驱动装置安装在所述滑枕上；
所述弧形导轨及所述弧形齿条的中心与所述B轴旋转轴的中心一致。
5.根据权利要求1所述的五轴数控制孔机床，其特征在于：
所述第二旋转台与所述第一旋转台通过A轴旋转轴活动连接；
所述A轴回转组件包括安装在所述第一旋转台上的驱动电机、连接所述驱动电机的传动皮带及滚珠丝杠副；
所述滚珠丝杠副的螺母铰接在所述第一旋转台上，且与所述传动皮带啮合；
所述滚珠丝杠副的丝杠的底端与所述第二旋转台铰接。
6.根据权利要求5所述的五轴数控制孔机床，其特征在于：
所述齿轮包括同时与所述弧形齿条啮合的两个，所述驱动装置包括驱动每个齿轮转动的电机及用于控制所述齿轮转速的减速器。
7.根据权利要求1所述的五轴数控制孔机床，其特征在于：
所述Z轴平移组件包括安装在所述Z轴托板两侧且沿纵向布置的第一导轨及第二致动器；
所述第二旋转台的底部设有与所述第一导轨配合的滑块；
所述第二致动器的定子固定在所述Z轴托板上，动子与所述第二旋转台连接。
8.根据权利要求1所述的五轴数控制孔机床，其特征在于：
所述Z1轴平移组件包括安装在所述Z轴托板底部且沿纵向布置的第二导轨及第三致动器；
所述X轴托板上固定有与所述第二导轨配合的滑块；
所述第三致动器的定子固定在所述Z轴托板的底部，动子与所述X轴托板连接。
9.根据权利要求1所述的五轴数控制孔机床，其特征在于：
所述X轴平移组件包括安装在所述X轴托板上的第三导轨及第四致动器；
所述第三导轨上通过滑块滑动连接有安装所述末端执行器的工位切换板；
所述第四致动器的定子固定在所述X轴托板上，动子与所述工位切换板连接。
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