CN110900481A - 一种柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，属于飞机装配技术领域，包括底座和设置在底座上的：活动平台，活动安装在所述底座上，活动平台上安装有框架，框架内设有与飞机蒙皮形状适应的立柱，立柱上设置有若干真空吸附单元；和驱动机构，驱动活动平台在底座上沿Y向滑动，Y向与飞机蒙皮所处的位置面垂直；立柱的底端设有Z向可调的定位挡块，用于对蒙皮进行Z向的摆放高度定位；框架的两侧设有连接块，其中一侧的连接块上设有可沿X向移动的活动块，活动块与另一侧连接块上设有与蒙皮耳片上的定位孔配合的定位销孔。通过真空吸附单元的快速重构，对相应的工件进行定位及夹紧。

Description

一种柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装

技术领域

本发明涉及飞机装配技术领域，具体地说，涉及一种柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装。

背景技术

飞机制造是一项复杂的生产过程，飞机装配工作量约占整个飞机制造劳动量的40％～50％，最终产品质量在很大程度上取决于装配的质量。

飞机装配是飞机制造的重要环节，保证零件与零件、零件与工装、工装与工装之间的协调，进而保证装配准确度的飞机制造协调方式是飞机制造的重要特点。

通过一系列的专用工艺装备，对有协调要求的形状和尺寸按模拟量进行传递，逐步传递到零件和部件上。在传递过程中存在一定数量的公共环节，公共环节越多，非公共环节越少，协调准确度就越高。这种协调方法能以较低的制造准确度保证较高的协调准确度。

壁板类组件是构成飞机气动外形的主要结构件，数量多，外形复杂，刚度弱。其装配过程主要包括定位、夹紧、制孔、连接等。目前国内航空工业在壁板类组件的装配大多数仍采用“一架一用”形式的传统刚性工装，其模块化程度低，可重构性差，缺乏通用性。

在进行一些工件的夹紧、定位时，需要使用工装夹具，传统的工装夹具利用其上的夹持部分固定在工件的某个位置处实现对工件的夹紧，但有的工件结构较为复杂，难以找到合适的夹紧面或夹紧位置，在这种情况下，就需要在工装夹具或工件上安装辅助结构才能实现对工件的夹紧操作，不仅耗时费力，而且还会增加成本；而有的特殊结构的工件则完全无法用普通的工装夹具实现夹紧定位，只能针对它的具体结构重新设计、开发一套新的工装夹具。这将严重影响新产品的研发进度以及产品效益。

发明内容

本发明的目的为提供一种柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，以解决目前飞机壁板装配时蒙皮定位加持工装的可重构性差、缺乏通用性以及定位精度低等问题。

为了实现上述目的，本发明提供的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装包括底座和设置在底座上的：

活动平台，活动安装在所述底座上，活动平台上安装有框架，框架内设有与飞机蒙皮形状适应的立柱，立柱上设置有若干真空吸附单元；

和驱动机构，驱动活动平台在底座上沿Y向滑动，Y向与飞机蒙皮所处的位置面垂直；

立柱的底端设有Z向可调的定位挡块，用于对蒙皮进行Z向的摆放高度定位；框架的两侧设有连接块，其中一侧的连接块上设有可沿X向移动的活动块，活动块与另一侧连接块上设有与蒙皮耳片上的定位孔配合的定位销孔。

上述技术方案中，活动平台可以在底座上移动，以满足工艺的不同装配位置要求，该工装的真空吸附单元可以通过控制各自的伸出距离来构成不同的点阵。定位挡板和定位销孔的位置可以沿直线导轨移动，以实现对不同规格的蒙皮定位，从而真正实现蒙皮工装的柔性。本发明的工装能够完成多种壁板蒙皮的数字化定位及钻铆装配，可以减少工装数量，缩短生产准备周期，提高定位精度，在机械工程领域对于一些结构较为复杂难以找到合适夹紧位置和夹紧面的工件也可以使用此工装，通过真空吸附单元的快速重构，对相应的工件进行定位及夹紧。

工作过程中，活动平台沿Y向运动，利用电机编码器实现半闭环反馈控制，并根据工艺要求设置多个光电开关用于工装位置的检测及调零。通过对产品外形进行分析结合装配工艺手动调整立柱间距、定位挡块及定位销孔的位置，控制***根据蒙皮外轮廓的理论或实测数据驱动真空吸附单元运动，打开真空吸附单元的气源开关，将蒙皮通过挡块以及定位销定位，放置在该工装上，真空吸附单元的橡胶吸盘通过自身的任意摆动适应蒙皮外形，通过吸盘产生的吸附力完成对蒙皮的定位与夹紧；通过Y向驱动单元能够驱动工装移动到指定位置与框进行配合。

为了方便活动平台的移动，作为优选，驱动机构包括固定在底座上的电机、连接在电机的输出端的滚珠丝杠以及配合在滚珠丝杠上的丝杠螺母，活动平台固定在丝杠螺母上；底座两侧设有导轨和滑块，滑块固定在活动平台的底部。

为了防止活动平台活动超程，作为优选，导轨的两端设有防止活动平台超程的限位块。

作为优选，真空吸附单元包括支架、与支架固定的安装套筒以及在安装套筒内伸缩活动的伸缩套筒；

伸缩套筒的一端连接有驱动伸缩套筒的驱动机构，另一端设置有盘面角度可调节的摆动吸盘组件；

支架上设有检测伸缩套筒所受压力的压力传感器，压力传感器用于发出控制伸缩套筒的伸缩量的信号。

摆动吸盘组件能够自适应蒙皮的外形转动，通过吸盘内的负压产生的吸附力将蒙皮吸附，利用吸盘中心的固定接触点与蒙皮表面接触，实现蒙皮外形定位。真空吸附单元中的压力传感器通过检测压力变化，判断蒙皮是否吸附到位，完成钻孔等工序后，工装整体退出，进行去毛刺等操作，然后工装再次移动到配合位置，进行预连接等工序，所有工序完成后，关闭气源，工装退出。

橡胶材质的吸盘能在金属、复材等蒙皮表面形成气密性很高的腔室，经抽真空后可以产生足够的吸附力对蒙皮进行吸附夹持，且各轴电机均自带抱闸，工装可以在任意位置锁死；利用激光跟踪仪等辅助设备对关键定位位置进行测量、优化，整个工装***抗干扰能力强，模块化程度高，易于维护，定位精度高。

作为优选，驱动机构包括：

固定在伸缩套筒端部的丝杠螺母以及穿过丝杠螺母伸入伸缩套筒内的滚珠丝杠；

和驱动滚珠丝杠转动的电机；

滚珠丝杠上设有支撑环，安装套筒内设有与支撑环相抵的轴承座；压力传感器设置在轴承座与支架之间。

作为优选，摆动吸盘组件包括：

吸盘，固定在一内部中空的吸盘底座上，吸盘底座的底部为一球面；吸盘上设有连通吸盘底座的空腔的通气孔；

球托支座，底部连接在伸缩套筒的顶端，顶部设有与球面配合的球形凹腔；

中空的中心杆，将吸盘底座与球托支座连接在一起，并将吸盘底座的空腔连通至伸缩套筒。

作为优选，安装套筒上设有用于限制伸缩套筒转动的周向限位机构；周向限位机构包括安装在安装套筒的外壁上且可沿轴向伸缩的伸缩杆以及将伸缩杆的顶部连接固定至球托支座底部的连接件。

作为优选，安装套筒外设有连通至安装套筒内部空腔的伸缩导气杆，伸缩导气杆的一端固定在安装套筒的底部，另一端通过一连接件连接至摆动吸盘组件的底部。

作为优选，伸缩导气杆与所述的安装套筒之间设有气管接头；安装套筒的外壁上设有稳定伸缩导气杆的支撑架。

作为优选，框架的顶部和底部设有沿X向的直线导轨，立柱通过直线导轨活动安装在框架内。立柱可以在直线导轨上沿X方向移动，故其间距可以调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过真空吸附单元的点阵重构、吸盘的自适应转动以及立柱间距、定位销孔的位置、定位挡块的位置的调整能够对不同外形、尺寸的蒙皮产品进行定位，基于柔性工装技术和数字化控制技术，工装***具有很强的柔性和通用性。***的真空吸附单元的运动数据、立柱的间距、定位销孔的位置及定位挡块的位置由专门的计算软件生成。本发明能完成不同规格蒙皮的数字化定位和吸附夹持，装配精度、装配效率均能很好的满足要求，在机械制造领域也能够解决一些结构复杂的工件的定位加持问题。

附图说明

图1为本发明实施例中柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装的结构示意图；

图2为本发明实施例中底座与驱动机构的装配结构示意图；

图3为本发明实施例中活动平台的结构示意图；

图4为本发明实施例中立柱和真空吸附单元的装配结构示意图；

图5为本发明实施例中真空吸附单元的结构示意图；

图6为本发明实施例中飞机蒙皮吸附方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本实施例的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装包括底座1，Y向驱动机构2、弧形立柱3、真空吸附单元4、电控柜5以及防护单元6，弧形立柱3安装在底座1的直线导轨20上，驱动单元位于底座1的两条导轨20之间，驱动弧形立柱沿Y方向移动，电控柜5位于底座上垂直立柱24的两旁，真空吸附单元4安装在弧形立柱3上，其轴线与立柱表面垂直，并且其可以沿轴线方向伸缩，防护单元6分布于整个工装，主要包括操作平台上的围栏23、电缆拖链8以及导轨和丝杠上的风琴罩7。

底座1上设有滚珠丝杠安装座9和Y向运动限位挡块21，底座1上表面设有平行的两条导轨20，导轨20上配合有滑块19。限位挡块21可防止工装运动超程。本实施例的底座1由钢板焊接而成，是整个工装的载体，导轨20是工装沿Y向移动的轨道，滚珠丝杠安装座9用来承载滚珠丝杠12、伺服电机17和减速器16，4个限位挡块21通过螺栓连接固定于底座1的Y向两端。

Y向驱动机构2由Y向滚珠丝杠12、Y向传动底板10、Y向减速器16、Y向伺服电机17、Y向联轴器15和光电开关13组成，Y向滚珠丝杠12两端固连在底座1上的滚珠丝杠安装座9上，Y向传动底板10套接在Y向滚珠丝杠13及其螺母11的外侧，并与弧形立柱3的下表面通过螺栓固连，Y向伺服电机17通过电机安装座14固定于滚珠丝杠安装座9的一端，与减速器16直接相连，该伺服电机是科尔摩根AKM系列电机，减速器为阿尔法系列，再通过联轴器15与滚珠丝杠12相连，该联轴器为NBK挠性联轴器，Y向滚珠丝杠是精密滚珠丝杠，用于将电机的旋转运动转化成传动底座的直线运动，光电开关12根据工艺要求安装于工装的多个目标位置处，用于工装位置的检测及找零，光电开关12选用欧姆龙系列的EX672，该Y向驱动单元能够准确地驱动工装移动到指定目标位置。

弧形立柱3安装在活动平台22上，活动平台22与Y向传动底板10通过螺栓固连，两个垂直立柱24和两个横梁28组成了龙门架，与活动平台22上表面固连，上下横梁上均装有导轨29，弧形立柱3通过导轨29与横梁28连接；弧形立柱3由钢板焊接而成，根据产品特征形成一定的弧度，有利于减小真空吸附单元的伸出距离，提高整个工装的刚度，弧形立柱3的下端安装有定位挡块31用来对蒙皮的Z向定位，该定位挡块为一具有加强肋板的“L”型结构件，垂直立柱上各有一个“L”型的金属结构件25，通过螺栓与垂直立柱24固连，其中一个装有直线导轨滑块27，其滑块可以在X方向上移动，该滑块和另一个“L”型金属构件上都开有定位销孔26，用来对蒙皮的X方向进行定位，通过调整Z向的定位挡块31及X向的定位销孔26的位置，能够对不同规格的蒙皮进行定位。

真空吸附单元4包括伸缩套筒37、螺母38、安装套筒39、推力球轴承40、压力传感器41、滚珠丝杠安装座42、联轴器44、滚珠丝杠45、电机安装支架46、伺服电机47、行星轮减速器48、可伸缩导向杆49、气管接头50、导向杆支撑架51和52、“O”型密封圈53、导气杆安装座54以及摆动吸盘组件。

本实施例在满足工艺精度要求的前提下，使得真空吸附单元4的数量及布局达到最优，通过分析可知，在蒙皮的航向方向上吸附单元个数对蒙皮形变影响较小可适当减少，而在蒙皮的展向方向上，蒙皮的变形逐渐变大，故在展向方向上从中间到两端吸附单元的间隔应逐渐减小。

摆动吸盘组件包括吸盘底座34、球托支架35和橡胶吸盘33。安装套筒39为整个单元的支撑部件，其安装于弧形立柱3的安装孔内，一端与安装套筒端盖36固连，安装套筒端盖36与弧形立柱3上表面配合，进行轴向定位并通过螺栓连接。气管接头50安装于安装套筒39上，其内的导气孔与安装套筒39上的导气孔相吻合，用于抽取气体，滚珠丝杠安装座42以及电机安装支架46均与安装套筒39固连，伺服电机47安装于电机安装支架46上，该伺服电机为科尔摩根的AKM系列，直接与行星轮减速器48相连，该行星轮减速器为AF系列斜齿轮减速器，再通过联轴器44与滚珠丝杠45相连，该联轴器为膜片联轴器，螺母38与伸缩套筒37固连，伸缩套筒37的另一端与真空摆动吸盘的外球托35相连，由于可伸缩导向杆49与安装套筒39固连，且一端与球托支架35相连，限制住了伸缩套筒39的转动，使得伺服电机47的旋转运动转化成伸缩套筒37的轴向运动，并带动摆动吸盘组件轴向运动，控制***根据蒙皮外轮廓的理论或实测数据驱动伸缩柱阵列运动，通过阵列重构可以使该吸附工装适应不同的蒙皮，橡胶吸盘33可以在吸盘底座34内任意摆动以适用不同曲率的蒙皮外形，利用橡胶吸盘33中心的固定接触点与蒙皮外形接触，实现蒙皮外形定位，压力传感器41安装在滚珠丝杠45上的两个推力球轴承40与43之间，可以通过监测真空吸盘所受轴向力的变化来判断蒙皮与框是否已经贴合。

电控柜5为矩形箱体，放置于垂直立柱24两旁，并与其固连；电控柜5上安装有状态指示灯及报警指示灯，在箱体前面和上面开有通风口并配有风扇，用于散热；在柜体右侧开有通孔用做电缆通路，电控柜5主要用来存放伺服电机驱动器、开关电源等电气设备。

防护单元6分布于该工装其它单元上，用于保障操作者的人身安全以及保护重要部件不受外界环境的污染，围栏23安装于活动平台22的四周，为防止操作者发生从平台上跌落等意外。电缆拖链8位于移动平台外侧，主要用来保护电缆，由于该工装需移动，在移动时电缆拖链能够很好的保护电缆，防止其受到破坏；风琴罩7主要安装在滚珠丝杠上，其本身能够拉伸和压缩，能够保障滚珠丝杠及导轨不受外界污染物的干扰，保证良好的精度、寿命和运动平稳性。

本实施例的具体工作流程如下：

1、根据产品的外形计算出每个真空吸附单元需要伸出的距离、卡板间的间距、定位挡块31的位置，定位销孔26的位置；

2、调整好定位挡块31，定位销孔26的位置，通过特定调形控制***软件使真空吸附单元伸出指定距离；

3、蒙皮运送至工装装配站位，打开真空吸附单元气源开关，先将蒙皮通过挡块及销孔定位，再利用吸盘中间的固定接触点与蒙皮外形接触，对蒙皮外形定位，随后使各吸盘与蒙皮表面接触形成密闭腔室，通过吸附力将蒙皮吸附夹紧；

4、移动工装至指定位置，通过调整框的位置实现蒙皮与框的配合，进行制预连接孔等操作；

5、将蒙皮吸附工装退出，进行去毛刺等操作；

6、将蒙皮再次移动至步骤5中的指定位置，完成壁板的预连接；

7、关闭气源，工装退出。

参见图6，利用本实施例的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装对蒙皮进行吸附的吸附方法包括以下步骤：

1)在工装安装调试阶段，建立工装坐标系；

2)每次装配开始之前，工装各单元回到其在工装坐标系下的零点；

3)基于飞机蒙皮外形的实测数据，布置工装中各定位点位置，记录各定位点在装配基准坐标系下的坐标；

4)对步骤1)的各定位点进行坐标变换至工装***坐标系，根据坐标，布置X方向上弧形立柱的位置并计算各伸缩套筒的伸缩长度；

5)电机驱动伸缩套筒的主轴伸缩，利用自身编码器，指导伸缩套筒前端吸盘的中心点到达各定位点位置；同时调整好工装底部定位挡块和定位销孔的位置；

6)将飞机蒙皮吊装至工装处，利用工装底部定位挡块保证蒙皮Z方向上的定位，利用定位销孔与蒙皮耳片上的工艺孔配合，限制蒙皮X方向上的移动和沿Y轴的转动，完成蒙皮预定位；

7)将飞机蒙皮与已调整到位的吸盘的中心点贴合，伸缩套筒前端的吸盘根据飞机蒙皮的曲率变化，盘面角度自适应匹配至与蒙皮完全贴合；

8)启动抽真空装置，使飞机蒙皮紧密吸附在吸盘上完成蒙皮固持。

Claims (10)

1.一种柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，包括底座和设置在所述底座上的：

活动平台，活动安装在所述底座上，所述活动平台上安装有框架，框架内设有与飞机蒙皮形状适应的立柱，所述立柱上设置有若干真空吸附单元；

和驱动机构，驱动所述活动平台在所述底座上沿Y向滑动，所述Y向与飞机蒙皮所处的位置面垂直；

所述立柱的底端设有Z向可调的定位挡块，用于对蒙皮进行Z向的摆放高度定位；所述框架的两侧设有连接块，其中一侧的连接块上设有可沿X向移动的活动块，所述活动块与另一侧连接块上设有与蒙皮耳片上的定位孔配合的定位销孔。

2.根据权利要求1所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的驱动机构包括固定在所述底座上的电机、连接在所述电机的输出端的滚珠丝杠以及配合在所述滚珠丝杠上的丝杠螺母，所述的活动平台固定在所述丝杠螺母上；所述底座两侧设有导轨和滑块，所述滑块固定在所述活动平台的底部。

3.根据权利要求2所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的导轨的两端设有防止所述活动平台超程的限位块。

4.根据权利要求1所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的真空吸附单元包括支架、与所述支架固定的安装套筒以及在所述安装套筒内伸缩活动的伸缩套筒；

所述伸缩套筒的一端连接有驱动所述伸缩套筒的驱动机构，另一端设置有盘面角度可调节的摆动吸盘组件；

所述支架上设有检测所述伸缩套筒所受压力的压力传感器，所述压力传感器用于发出控制所述伸缩套筒的伸缩量的信号。

5.根据权利要求4所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的驱动机构包括：

固定在所述伸缩套筒端部的丝杠螺母以及穿过所述丝杠螺母伸入所述伸缩套筒内的滚珠丝杠；

和驱动所述滚珠丝杠转动的电机；

所述滚珠丝杠上设有支撑环，所述安装套筒内设有与所述支撑环相抵的轴承座；所述的压力传感器设置在所述轴承座与所述支架之间。

6.根据权利要求4所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的摆动吸盘组件包括：

吸盘，固定在一内部中空的吸盘底座上，所述吸盘底座的底部为一球面；所述吸盘上设有连通所述吸盘底座的空腔的通气孔；

球托支座，底部连接在所述伸缩套筒的顶端，顶部设有与所述球面配合的球形凹腔；

中空的中心杆，将所述吸盘底座与所述球托支座连接在一起，并将所述吸盘底座的空腔连通至所述伸缩套筒。

7.根据权利要求6所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的安装套筒上设有用于限制所述伸缩套筒转动的周向限位机构；所述周向限位机构包括安装在所述安装套筒的外壁上且可沿轴向伸缩的伸缩杆以及将所述伸缩杆的顶部连接固定至所述球托支座底部的连接件。

8.根据权利要求4所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的安装套筒外设有连通至安装套筒内部空腔的伸缩导气杆，所述伸缩导气杆的一端固定在所述安装套筒的底部，另一端通过一连接件连接至所述摆动吸盘组件的底部。

9.根据权利要求8所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的伸缩导气杆与所述的安装套筒之间设有气管接头；所述安装套筒的外壁上设有稳定所述伸缩导气杆的支撑架。

10.根据权利要求1所述的柔性阵列式飞机蒙皮吸附工装，其特征在于，所述的框架的顶部和底部设有沿X向的直线导轨，所述的立柱通过所述直线导轨活动安装在所述框架内。

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