CN112935841A - 一种基于模块成组转站的流水线式自动钻铆*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模块成组转站的流水线式自动钻铆***，包括柔性定位单元和自动钻铆装配单元；所述柔性定位单元包括底座、滑动设置于底座上的若干可移动立柱以及设置于相邻可移动立柱之间、用于飞机壁板定位的定位框架；所述自动钻铆装配单元包括能沿底座长度方向及竖直方向移动、设置于底座两侧、用于对飞机壁板进行铆接的外铆头执行器和内铆头执行器。本发明能实现飞机壁板与内部骨架之间的流水线式自动化制孔与铆接，在在满足孔位精度、垂直度、光洁度等制孔精度和铆接强度、干涉量、密封性等铆接质量要求下，克服现有自动钻铆机加工准备时间长的缺陷。

Description

一种基于模块成组转站的流水线式自动钻铆***

技术领域

本发明涉及飞机制造技术领域，具体涉及一种基于模块成组转站的流水线式自动钻铆***。

背景技术

现代飞机制造过程中，对于结构装配连接的效率及精度要求越来越高，因而以自动化制孔***、自动钻铆***为代表的自动化制孔连接设备在飞机装配过程中得到了广泛的应用。由于自动化制孔与自动钻铆技术具有钻孔/铆接质量好、生产效率高、劳动条件好、操作易掌握等特点，因而大大促进了我国航空制造铆接技术的发展。

铆钉连接仍然是目前飞机壁板装配中最主要的连接方式。与传统的人工铆接相比，自动钻铆可有效提高铆接的质量和效率。目前，世界上自动钻铆***的研制厂家主要有EI、GEMCOR、BROETJE等，这些厂家研制的自动钻铆***主要分为弓臂式自动钻铆***和立式自动钻铆***，弓臂式自动钻铆***的缺陷在于工作时需要不断调整飞机壁板姿态，准备时间长，飞机壁板通过性以及对飞机壁板的尺寸存在限制；立式自动钻铆***飞机壁板仍需吊装到工装上加以固定，故准备时间依旧较长，且这类自动钻铆***结构过于复杂，不利于人工维护。

例如公告号为CN105643278B的专利说明书中公开了一种用于飞机壁板装配的卧式自动钻铆机床，包括设置在飞机壁板两侧的制孔插钉侧机床和镦紧侧机床；所述的制孔插钉侧机床上安装有可五轴运动的制孔插钉执行器，用于向所述制孔插钉执行器输送铆钉的送钉***，以及用于吸尘的加工除尘装置；所述的镦紧侧机床上安装有可五轴运动的镦紧头。

或如公开号为CN106552900A的专利说明书中公开了一种飞机壁板高度可调的自动钻铆机总体布局方法，包括制孔插钉侧机床和铆接侧机床，所述的制孔插钉侧机床和铆接侧机床之间设有工装基台；所述的工装基台由台面和用于支撑台面的联控液压柱组成，安装在制孔插钉侧机床和铆接侧机床中间空隙的地基上；所述的工装基台用于放置移动式壁板工装。

上述两种方案中飞机壁板需提前吊装到工装上加以固定，准备时间较长，需逐个加工，不能实现流水线式操作，铆接效率大大降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模块成组转站的流水线式自动钻铆***，能实现飞机壁板与内部骨架之间的流水线式自动化制孔与铆接，在在满足孔位精度、垂直度、光洁度等制孔精度和铆接强度、干涉量、密封性等铆接质量要求下，克服现有自动钻铆机加工准备时间长的缺陷。

一种基于模块成组转站的流水线式自动钻铆***，包括柔性定位单元和自动钻铆装配单元；

所述柔性定位单元包括底座、滑动设置于底座上的若干可移动立柱以及设置于相邻可移动立柱之间、用于飞机壁板定位的定位框架；

所述自动钻铆装配单元包括能沿底座长度方向及竖直方向移动、设置于底座两侧、用于对飞机壁板进行铆接的外铆头执行器和内铆头执行器。

本方案中，柔性定位单元采用流水线式单列多组布置，可同时对成组壁板进行吊入、定位、加工和吊离工作，同时可实现多种规格壁板的夹持定位；同时配合沿X轴方向移动的外铆头执行器(制孔插钉头)和内铆头执行器(铆接头)，在保证柔性定位单元固定不动的情况下，依次完成多个壁板的加工。

作为优选，所述定位框架的两侧外壁上设置有用于定位框架定位的导向适应装置，所述可移动立柱侧面设置有与导向适应装置配合的入位引导装置；

所述导向适应装置包括设置于定位框架侧壁上的滑轨、与滑轨配合的滑块、设置于滑块上的中空柱以及对滑块进行限位的弹性拉件；

所述入位引导装置包括入位引导块和气缸，所述入位引导块上设置有供所述中空柱滑入的滑槽，气缸的活动端能穿过入位引导块的滑槽，并深入中空柱内。

进一步优选，所述弹性拉件为一端分别与滑块的上、下端部固定，另一端分别通过一连接件固定在定位框架外壁上的两根弹簧。

导向适应装置的中空柱可以在安装时快速嵌入可移动立柱上的入位引导块上的滑槽内，在拆卸时同样可快速滑出。气缸的活动端伸入到中空柱内，形成插销结构，安装成功后由气缸完成定位框架的紧固。

导向适应装置可以靠弹性拉件保证入位引导块在一定弹性范围内适应定位框架的宽度，减小定位框架与入位引导块之间的装配应力。

作为优选，所述柔性定位单元还包括滑动设置于底座上、位于相邻可移动立柱之间、对定位框架进行初步定位的可移动滑台；

所述定位框架的底部设置有定位块，所述可移动立柱与可移动滑台上设置有与所述定位块配合的定位装置，在对定位框架进行初步定位的同时，也能够对定位框架进行稳定支撑，提高了定位框架的稳定性及加工刚度。

作为优选，自动钻铆装配单元包括两套五轴联动数控机床，采用XYZ三坐标直线伺服运动和AB轴回转伺服运动分别实现外铆头执行器和内铆头执行器的姿态调整和定位。各五轴联动数控机床包括X轴向驱动机构、Z轴向驱动机构、Y轴向驱动机构和AB轴回转驱动机构，其中XYZ轴相互垂直，AB轴相互垂直。

作为优选，所述自动钻铆装配单元还包括位于底座两侧、均与底座平行的两条X轴底座，每个所述X轴底座上设置有能在其上滑动的主机底座，每个所述主机底座上安装有相对设置的固定立柱，五轴联动数控机床能沿固定立柱高度方向移动设置于相对设置的固定立柱之间。

作为优选，所述自动钻铆装配单元还包括为外铆头执行器供钉的送钉柜。

作为优选，流水线式自动钻铆***还包括控制台，所述控制台用于控制主机底座沿X轴底座滑动，以及控制五轴联动数控机床在固定立柱之间上下移动。

本发明的有益效果：

(1)柔性定位单元采用流水线式单列多组布置，可同时对成组壁板进行吊入、定位、加工和吊离工作；柔性定位单元采用可移动式，可实现多种规格壁板的夹持定位。

(2)飞机壁板固定在柔性定位单元中，互不干涉，可保证飞机壁板的可通过性和自动钻铆装配单元的可达性。

(3)自动钻铆装配单元在X轴方向具有一定的移动范围，可在保证柔性定位单元固定不动的情况下，依次完成多个壁板的加工。

(4)未加工壁板可在自动装配单元移入本加工位置前吊入柔性定位单元，等待自动钻铆装配单元加工，已加工壁板可在自动钻铆装配单元移走后吊离柔性定位单元，并在自动钻铆装配单元移入本加工位置前吊入新的未加工壁板，实现流水线式加工，准备时间短，加工效率高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为柔性定位单元的结构示意图；

图4为图3中局部A的放大图；

图5柔性定位单元中导向适应装置的结构示意图；

图6柔性定位单元中入位引导装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，一种基于模块成组转站的流水线式自动钻铆***，包括柔性定位单元100和自动钻铆装配单元200。

其中，柔性定位单元100包括底座1、滑动设置于底座1上的若干可移动立柱2以及设置于相邻可移动立柱2之间、用于飞机壁板定位的定位框架3。

底座1上搭载直线导轨101，与可移动立柱2形成滑动副；底座1中心线一侧一定距离处搭载有齿条102，与可移动立柱2底部的齿轮形成齿轮-齿条副。

定位框架3的两侧外壁上设置有用于定位框架3定位的导向适应装置4，可移动立柱2侧面设置有与导向适应装置4配合的入位引导装置5。

具体地，导向适应装置4包括设置于定位框架4侧壁上的滑轨41、与滑轨41配合的滑块42、设置于滑块42上的中空柱43以及对滑块42进行限位的弹性拉件44。

入位引导装置5包括入位引导块51和气缸52，入位引导块上51设置有供中空柱43滑入的滑槽511，气缸52的活动端能穿过入位引导块51的滑槽511，并深入中空柱43内。气缸52具体安装于可移动立柱2上。

具体定位时，导向适应装置4的中空柱43可以快速嵌入可移动立柱2上的入位引导块51上的滑槽511内，在拆卸时同样可快速滑出。气缸52的活动端伸入到中空柱43内，形成插销结构，安装成功后由气缸52完成定位框架3的紧固。

弹性拉件44具体为两根弹簧，两根弹簧一端分别与滑块42的上下端部固定，另一端分别通过一连接件45固定在定位框架3外壁上，在上下两弹簧的拉力下，滑块42可在上下小范围内移动，以保证入位引导块51在一定弹性范围内适应定位框架3的宽度。

自动钻铆装配单元200包括位于底座1两侧、均与底座1平行的两条X轴底座6，每个X轴底座6上设置有能在其上滑动的主机底座7，每个主机底座7上安装有相对设置的固定立柱8，相对设置的固定立柱8之间分别设置有能沿固定立柱8高度方向移动的五轴联动数控机床9，每台五轴联动数控机床9上分别设置有第一A-B轴转台91和第二A-B轴转台92，第一A-B轴转台91和第二A-B轴转台92上分别设置外铆头执行器911和内铆头执行器921。具体地，两套五轴联动数控机床采用XYZ三坐标直线伺服运动和AB轴回转伺服运动分别实现外铆头执行器911和内铆头执行器921的姿态调整和定位。本实施例中，外铆头执行器911用于制孔插钉，内铆头执行器921用于铆接，外铆头执行器911一侧设置有送钉柜10，用于为外铆头执行器911供铆钉。外铆头执行器911和内铆头执行器921均可采用现有执行器，故此处未对外铆头执行器911和内铆头执行器921的结构进行详细展示。

本实施例中，流水线式自动钻铆***还包括控制台14，控制台14用于控制主机底座7沿X轴底座6滑动，以及控制五轴联动数控机床在固定立柱8之间上下移动。同时控制台14还可用于控制五轴联动数控机床工作，以控制外铆头执行器911和内铆头执行器921的动作。

在一些可选的实施例中，柔性定位单元100还包括滑动设置于底座1上、位于相邻可移动立柱2之间的可移动滑台11；可移动滑台11同样与底座1上的导轨101形成滑动幅，可移动滑台11底部的齿轮与底座1上的齿条102形成齿轮-齿条副。

定位框架3的底部设置有定位块12，可移动立柱2与可移动滑台11上设置有与定位块12配合的定位装置13，具体地，定位块12为半圆柱形，定位框架3底部两端各设置一个纵向的定位块12，定位框架3底部中央设置一个横向的定位块12；定位装置13具体为滚轮式“V”型定位装置，定位框架3初步定位时，将三个半圆柱形的定位块12放入滚轮式“V”型定位装置中进行定位。

本发明的具体工作过程如下：

1、自动钻铆装配单元200的主机***自检并复位；

2、成组飞机壁板吊入柔性定位单元100；

3、自动钻铆装配单元200的主机***分别将外铆头执行器911(用于制孔插钉)和内铆头执行器921(用于铆接)移动到柔性定位单元100的第一个壁板前；

4、由外铆头执行器911(用于制孔插钉)和内铆头执行器921(用于铆接)配合完成第一个壁板的制孔铆接工作；

5、自动钻铆装配单元200的主机***移动至下一壁板加工位置，重复壁板钻铆工作；

6、成组壁板均加工完成，壁板吊离柔性定位单元100，自动钻铆装配单元200的主机***复位，等待下一周期壁板的加工。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于模块成组转站的流水线式自动钻铆***，其特征在于：包括柔性定位单元和自动钻铆装配单元；

所述柔性定位单元包括底座、滑动设置于底座上的若干可移动立柱以及设置于相邻可移动立柱之间、用于飞机壁板定位的定位框架；

所述自动钻铆装配单元包括能沿底座长度方向及竖直方向移动、设置于底座两侧、用于对飞机壁板进行铆接的外铆头执行器和内铆头执行器。

2.根据权利要求1所述的流水线式自动钻铆***，其特征在于：所述定位框架的两侧外壁上设置有用于定位框架定位的导向适应装置，所述可移动立柱侧面设置有与导向适应装置配合的入位引导装置；

所述导向适应装置包括设置于定位框架侧壁上的滑轨、与滑轨配合的滑块、设置于滑块上的中空柱以及对滑块进行限位的弹性拉件；

所述入位引导装置包括入位引导块和气缸，所述入位引导块上设置有供所述中空柱滑入的滑槽，气缸的活动端能穿过入位引导块的滑槽，并深入中空柱内。

3.根据权利要求1所述的流水线式自动钻铆***，其特征在于：所述弹性拉件为一端分别与滑块的上、下端部固定，另一端分别通过一连接件固定在定位框架外壁上的两根弹簧。

4.根据权利要求1所述的流水线式自动钻铆***，其特征在于：所述柔性定位单元还包括滑动设置于底座上、位于相邻可移动立柱之间、对定位框架进行初步定位的可移动滑台；

所述定位框架的底部设置有定位块，所述可移动立柱与可移动滑台上设置有与所述定位块配合的定位装置。

5.根据权利要求1所述的流水线式自动钻铆***，其特征在于：自动钻铆装配单元包括两套五轴联动数控机床，采用XYZ三坐标直线伺服运动和AB轴回转伺服运动分别实现外铆头执行器和内铆头执行器的姿态调整和定位。

6.根据权利要求5所述的流水线式自动钻铆***，其特征在于：所述自动钻铆装配单元还包括位于底座两侧、均与底座平行的两条X轴底座，每个所述X轴底座上设置有能在其上滑动的主机底座，每个所述主机底座上安装有相对设置的固定立柱，五轴联动数控机床能沿固定立柱高度方向移动设置于相对设置的固定立柱之间。

7.根据权利要求5所述的流水线式自动钻铆***，其特征在于：所述自动钻铆装配单元还包括为外铆头执行器供钉的送钉柜。

8.根据权利要求6所述的流水线式自动钻铆***，其特征在于：还包括控制台，所述控制台用于控制主机底座沿X轴底座滑动，以及控制五轴联动数控机床在固定立柱之间上下移动。

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