CN113386070A - 一种弓形卡板式自动化柔性工装 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弓形卡板式自动化柔性工装，尤其用于飞机舱门多曲率蒙皮壁板的定位夹紧。此种设计主要包括驱动机构，执行机构；机架底部箱座在导轨上滑动可实现整机前后移动，安装在前部支撑立柱和悬臂上的带支撑头的真空吸盘完成吸附装夹；安装在支撑球头上的位置传感器完成对蒙皮壁板的精准定位；同时在液压泵和液压缸之间加装位置传感器、比例阀控制***和压力测试***，保证抬升精度。与现有技术相比，本发明的整体技术方案通过交流伺服电机、滚珠丝杠、曲柄滑块机构、伺服液压缸、位置传感器、带支撑头的真空吸盘等联合作用使得整个柔性工装***在满足定位夹紧的前提下又更好地适应对多曲率蒙皮壁板的定位夹持。
Description
技术领域
本发明属于飞机制造的技术领域，具体涉及一种弓形卡板式自动化柔性工装，尤其用于飞机多曲度壁板的定位夹紧。
背景技术
飞机装配过程中涉及大量的薄壁弱刚性装配件，具有尺寸轮廓大、轮廓变化范围大、尺寸形位公差要求高等特点。壁板装配和加工过程中极易发生变形，影响装配精度。因此，现阶段国内飞机制造单位在飞机装配过程中多采用刚性结构的专用工装，保证不同批次壁板装配质量的稳定性。然而，现阶段的飞机设计制造周期不断缩短，进入多品种、小批量的生产模式。不同机型以及同一机型中拥有种类众多、数量庞大的壁板类部件，尺寸、曲度各不相同。现有的刚性工装的自动化程度偏低，且生产成本高、占地面积大，难以适应多品类壁板快速装夹的需求。因此，在保证装配精度要去前提下，亟需一种能够装夹多尺寸/曲度壁板的自动化柔性工装。
目前已有的面向飞机壁板的自动化柔性工装主要包括：在中国实用新型专利CN212399311U中，公开了一种飞机壁板柔性装配与封闭空间制孔工装，包括装配型架和翻转驱动组件，通过设置翻转驱动组件来调整工装的装配姿态，实现飞机舱门的柔性装配；中国专利CN104760000A中，提出一种机床立柱式柔性工装，可装配尺寸跨度较大的装配件，如大型机身、机翼壁板，但难以装夹小尺寸、大曲度壁板，如翼身融合处的马鞍面壁板；多点阵列式柔性工装，多采用真空阵列吸盘结构，适于装夹复杂自由曲度的壁板，但限于吸盘的安装数量，往往难以装夹大尺寸跨度壁板。基于上述分析，本发明结合立柱式、多点阵列式柔性工装的设计优点，设计了一种弓形卡板式自动化柔性工装，整个柔性工装***在满足定位夹紧的前提下，又极大地提高了对多曲度壁板定位加持的效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明设计一种弓形卡板式自动化柔性工装，旨在解决飞机多曲度壁板的自动化装夹问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明一种弓形卡板式自动化柔性工装，其包括伺服液压缸15、与所述伺服液压缸15的伸出端通过螺纹连接的机架上梁11、与所述伺服液压缸15固定端通过螺钉连接的中部支撑平台17；安装在所述机架上梁11、机架下梁20的滚珠丝杠10、曲柄滑块机构；悬臂7上的端部移动挡块1、带支撑球头的真空吸盘2同前部支撑立柱3上的带支撑球头的真空吸盘2共同完成对壁板的定位夹紧；所述柔性工装还包括支撑结构——机架底部箱座，机架底部箱座下端的交流伺服电机将扭矩传动给滚珠丝杠带动整体工装结构在导轨上实现前后移动。
具体地，本发明的技术方案为：
一种弓形卡板式自动化柔性工装，其包括前部支撑立柱3、前部伸缩立柱6、后部伸缩立柱14、后部支撑立柱16、机架上梁11、中部支撑平台17、机架下梁20、中空支撑板19、机架底部箱座21、曲柄滑块机构、滚珠丝杠10、齿式联轴器12和交流伺服电机13。
其中，所述伺服液压缸15的活塞杆与机架上梁11连接，伺服液压缸15的固定端与中部支撑平台17连接，液压缸15用于调节机架上梁11的高度；所述中部支撑平台17的中部与中空支撑板19的上端刚性连接，中部支撑平台17的右端与后部支撑立柱16通过肋板18连接，中部支撑平台17的左端与前部支撑立柱3刚性连接；所述中空支撑板19的下端与机架底部箱座21的上端刚性连接；所述机架底部箱座21的下端设有导轨与地面进行导轨式连接，由交流伺服电机驱动滚珠丝杠实现工装设备的前后移动。
所述前部伸缩立柱6的一端与前部支撑立柱3的一端通过导向平键5连接，并进行上、下相对移动，前部伸缩立柱6的另一端与机架上梁11刚性连接，所述前部支撑立柱3的另一端与机架下梁20刚性连接；前部支撑立柱3设置有多个带支撑球头的真空吸盘2。
所述后部伸缩立柱14的一端与后部支撑立柱16的一端通过导向平键5连接，并进行上、下移动，后部伸缩立柱14的另一端与机架上梁11通过肋板18刚性连接，后部支撑立柱16的另一端与机架下梁20刚性连接，后部支撑立柱16的中部与中部支撑平台17通过肋板18连接。
所述机架上梁11和机架下梁20均设置有滚珠丝杠10，位于机架上梁11和机架下梁20上的滚珠丝杠10的一端均通过齿式联轴器12与交流伺服电机13相连，滚珠丝杠10的另一端均设置有所述曲柄滑块机构；所述曲柄滑块机构的滑块端为滚珠丝杠螺母副螺母9，滚珠丝杠螺母副螺母9套在所述滚珠丝杠10上，以实现水平移动；所述曲柄滑块机构的曲柄端包括悬臂7和连杆8，所述悬臂7的一端与前部伸缩立柱6一端铰接，所述悬臂7的另一端和滚珠丝杠螺母副螺母9分别与连杆8两端铰接，悬臂7连接连杆8的一端端部设置固定端部移动挡块1；所述悬臂7上设有连接孔，以连接带支撑球头的真空吸盘2。
进一步地，为了平稳准确控制伺服液压缸15的活塞杆运动到指定位置，在液压缸和液压泵之间装有比例阀控制***和压力测试***，时刻监测内部压力变化情况，外部活塞杆连有位置传感器，控制机架上梁11运动到指定位置。
进一步地，带支撑球头的真空吸盘2上设置有可调螺栓4，以调节吸盘的位置，带支撑球头的真空吸盘2的支撑球头与位置传感器连接。
(三)有益效果
本发明的有益效果是由驱动机构(液压泵、交流伺服电机)驱动执行机构(液压缸、滚珠丝杠、曲柄滑块机构)运动，调节弓形活动卡板上的带支撑球头的真空吸盘运动到合适位置完成对壁板的吸附定位，同时在液压泵和伺服液压缸之间加装位置传感器、比例阀控制***和压力测试***，保证抬升精度；在带支撑球头的真空吸盘配备位置传感器，便于球头与壁板的精准定位，从而更好地适应大范围曲度变化的壁板。与现有技术相比，本发明的整体技术方案通过交流伺服电机、滚珠丝杠、曲柄滑块机构、伺服液压缸、位置传感器、带支撑球头的真空吸盘等联合作用使得整个柔性工装***在满足定位夹紧的前提下，又极大地提高了对多曲度壁板定位加持的效率。
附图说明
图1为本发明的一种弓形卡板式自动化柔性工装的主视图；
图2为本发明的一种弓形卡板式自动化柔性工装的左视图；
图3为本发明的一种弓形卡板式自动化柔性工装的俯视局部剖视图。
图中：1端部移动挡块；2带支撑球头的真空吸盘；3前部支撑立柱；4可调螺栓；5导向平键；6前部伸缩立柱；7悬臂；8连杆；9滚珠丝杠螺母副螺母；10滚珠丝杠；11机架上梁；12齿式联轴器；13交流伺服电机；14后部伸缩立柱；15伺服液压缸；16后部支撑立柱；17中部支撑平台；18肋板；19中空支撑板；20机架下梁；21机架底部箱座；22导轨。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示，本发明是一种弓形卡板式自动化柔性工装，其包括分别安装在机架上梁11的上表面和机架下梁20的下表面的滚珠丝杠10(例如通过螺钉连接)，位于机架上梁11和机架下梁20上的滚珠丝杠10的一端均通过齿式联轴器12与交流伺服电机13相连，位于机架上梁11和机架下梁20上的滚珠丝杠10的另一端均设置曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构的滑块端为滚珠丝杠螺母副螺母9，滚珠丝杠螺母副螺母9套在所述滚珠丝杠10上实现水平移动；所述曲柄滑块机构的曲柄端包括悬臂7和连杆8，所述悬臂7的一端与前部伸缩立柱6一端铰接(例如通过螺钉固定式轴承连接)，所述悬臂7的另一端和滚珠丝杠螺母副螺母9分别与连杆8的两端铰接，从而调节倾斜度，进而改变装夹的曲率。悬臂7连接连杆8的一端端部通过螺钉连接固定端部移动挡块1；所述悬臂7上设有连接孔，用于安装带支撑球头的真空吸盘2。
通过伺服电机13驱动将扭矩通过齿式联轴器12传递给滚珠丝杠10，滚珠丝杠10上的滚珠丝杠螺母副螺母9前后移动带动连杆8和悬臂7的转动，从而调节悬臂7上的带支撑球头的真空吸盘2运动到合适位置，带支撑球头的真空吸盘2上设置有可调螺栓4，用于微调吸盘的相对位置，为了准确保证支撑球头与蒙皮壁板保持良好的接触，支撑球头与位置传感器连接，带支撑球头的真空吸盘2设置有连接管头与气泵连接，为吸盘内部提供负压状态，从而更好地吸附蒙皮壁板，精准定位。
在优选方案中，如图1所示，伺服液压缸15的活塞杆与机架上梁11的下表面通过螺纹连接，伺服液压缸15的固定端与中部支撑平台17的上表面通过螺钉连接，为了平稳准确控制伺服液压缸15的活塞杆运动到指定位置，在液压缸和液压泵之间装有比例阀控制***和压力测试***，时刻监测内部压力变化情况，外部活塞杆连有位置传感器，控制机架上梁11运动到指定位置。具体地，所述伺服液压缸15与所述位置传感器、所述液压泵、所述比例阀控制***和所述压力测试***相连，在保证伺服液压缸活塞杆稳定运动的同时，实现对所述伺服液压缸的动作情况进行实时监控、精准调控，进而保证定位精准。
在优选方案中，所述机架上梁11两端设有前部伸缩立柱6和后部伸缩立柱14，所述机架下梁20两端设有前部支撑立柱3和后部支撑立柱16。
进一步地，前部伸缩立柱6的一端与前部支撑立柱3的一端通过导向平键5配合连接，并可进行上下相对移动，前部伸缩立柱6的另一端与机架上梁11刚性连接，连接稳定可靠，前部支撑立柱3的另一端与机架下梁20刚性连接，连接稳定可靠，前部支撑立柱3连接固定有四个带支撑球头的真空吸盘2，带支撑球头的真空吸盘2上的可调螺栓4可微调吸盘的相对位置，为了准确保证支撑球头与蒙皮壁板保持良好的接触，支撑球头与位置传感器连接，带支撑球头的真空吸盘2有连接管头与气泵连接，为吸盘内部提供负压状态，从而更好地吸附蒙皮壁板，精准定位。
进一步地，后部伸缩立柱14的一端与后部支撑立柱16的一端可通过导向平键5配合连接，并可进行上下移动，后部伸缩立柱14的另一端与机架上梁11通过肋板18刚性连接，连接稳定可靠，后部支撑立柱16的另一端与机架下梁20刚性连接，后部支撑立柱16的中部与中部支撑平台17通过肋板18连接，连接稳定可靠。
进一步地，伺服液压缸15用于调节机架上梁11的高度，中部支撑平台17中间与中空支撑板19的上端刚性连接，中部支撑平台17的右端与后部支撑立柱16通过肋板18连接，中部支撑平台17的左端与前部支撑立柱3刚性连接，连接稳定可靠。
进一步地，中空支撑板19的下端与机架底部箱座21刚性连接，连接稳定可靠，机架底部箱座21连接有轨道滑槽，与地面导轨22接触，即所述架底部箱座21安装在地面导轨22上，机架底部箱座21下端与滚珠丝杠10连接，通过交流伺服电机13驱动可实现整体工装设备在导轨上前后滑动。
进一步地，安装在机架上梁11、机架下梁20以及整机底部的交流伺服电机、齿式联轴器、滚珠丝杠均为同一型号，故用同一数字进行指代。优选地，所述交流伺服电机连接有伺服控制***。
最后，沿前后方向采用四组弓形卡板式自动化柔性工装，以满足对蒙皮壁板多方位定位装夹。
在一些具体的实施方案中，弓形卡板式自动化柔性工装特殊局部需要保证密封和润滑，以保证运行稳定可靠。
以下通过对本发明一种弓形卡板式自动化柔性工装的工作过程进行描述，来对本发明的技术方案作进一步说明。
首先，根据壁板的位置，通过控制驱动机架底部箱座21的交流伺服电机13，将整体工装设备调节到与蒙皮壁板面相对合适位置；调节四组安装在前部支撑立柱3上的可调螺栓4，使每一组带支撑球头的真空吸盘2与蒙皮壁板表面接触良好，与真空吸盘连接的气泵工作抽取吸盘内的空气，通过观察与支撑球头连接的位置传感器来判断真空吸盘成功吸附蒙皮壁板并定位良好。
接着，启动液压泵驱动伺服液压缸15，通过连接在液压泵和伺服液压缸15之间的比例阀控制***和压力测试***监测并调节伺服液压缸15的活塞杆平稳地移动，减轻突然启动或者急停可能带来的冲击和振动，连接在伺服液压缸15上的位置传感器可精准保证机架上梁11上行或下降到合适的位置。
最后，驱动与机架上梁11和机架下梁20连接的交流伺服电机13，带动滚珠丝杠10运动，将动能传递给连接有带支撑球头的真空吸盘2的悬臂7，确保运动到合适位置，调节可调螺母4，使带支撑球头的真空吸盘2的前端与蒙皮壁板表面接触，与真空吸盘连接的气泵工作抽取吸盘内的空气，通过观察与支撑球头连接的位置传感器来判断真空吸盘准确吸住蒙皮壁板并定位良好，至此完成蒙皮壁板的定位装夹。
以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。
Claims (3)
1.一种弓形卡板式自动化柔性工装，其特征在于，所述的弓形卡板式自动化柔性工装包括前部支撑立柱(3)、前部伸缩立柱(6)、后部伸缩立柱(14)、后部支撑立柱(16)、机架上梁(11)、中部支撑平台(17)、机架下梁(20)、中空支撑板(19)、机架底部箱座(21)、曲柄滑块机构、滚珠丝杠(10)、齿式联轴器(12)和交流伺服电机(13)；其中，
所述伺服液压缸(15)的活塞杆与机架上梁(11)连接，伺服液压缸(15)的固定端与中部支撑平台(17)连接，液压缸(15)用于调节机架上梁(11)的高度；所述中部支撑平台(17)的中部与中空支撑板(19)的上端刚性连接，中部支撑平台(17)的右端与后部支撑立柱(16)通过肋板(18)连接，中部支撑平台(17)的左端与前部支撑立柱(3)刚性连接；所述中空支撑板(19)的下端与机架底部箱座(21)的上端刚性连接；所述机架底部箱座(21)的下端设有导轨与地面进行导轨式连接，由交流伺服电机驱动滚珠丝杠实现工装设备的前后移动；
所述前部伸缩立柱(6)的一端与前部支撑立柱(3)的一端通过导向平键(5)连接，并进行上、下相对移动，前部伸缩立柱(6)的另一端与机架上梁(11)刚性连接，所述前部支撑立柱(3)的另一端与机架下梁(20)刚性连接；前部支撑立柱(3)设置有多个带支撑球头的真空吸盘(2)；
所述后部伸缩立柱(14)的一端与后部支撑立柱(16)的一端通过导向平键(5)连接，并进行上、下移动，后部伸缩立柱(14)的另一端与机架上梁(11)通过肋板(18)刚性连接，后部支撑立柱(16)的另一端与机架下梁(20)刚性连接，后部支撑立柱(16)的中部与中部支撑平台(17)通过肋板(18)连接；
所述机架上梁(11)和机架下梁(20)均设置有滚珠丝杠(10)，位于机架上梁(11)和机架下梁(20)上的滚珠丝杠(10)的一端均通过齿式联轴器(12)与交流伺服电机(13)相连，滚珠丝杠(10)的另一端均设置有所述曲柄滑块机构；所述曲柄滑块机构的滑块端为滚珠丝杠螺母副螺母(9)，滚珠丝杠螺母副螺母(9)套在所述滚珠丝杠(10)上，以实现水平移动；所述曲柄滑块机构的曲柄端包括悬臂(7)和连杆(8)，所述悬臂(7)的一端与前部伸缩立柱(6)一端铰接，所述悬臂(7)的另一端和滚珠丝杠螺母副螺母(9)分别与连杆(8)两端铰接，悬臂(7)连接连杆(8)的一端端部设置固定端部移动挡块(1)；所述悬臂(7)上设有连接孔，以连接带支撑球头的真空吸盘(2)。
2.根据权利要求1所述的弓形卡板式自动化柔性工装，其特征在于，为了平稳准确控制伺服液压缸(15)的活塞杆运动到指定位置，在液压缸和液压泵之间装有比例阀控制***和压力测试***，时刻监测内部压力变化情况，外部活塞杆连有位置传感器，控制机架上梁(11)运动到指定位置。
3.根据权利要求1或2所述的弓形卡板式自动化柔性工装，其特征在于，带支撑球头的真空吸盘(2)上设置有可调螺栓(4)，以调节吸盘的位置，带支撑球头的真空吸盘(2)的支撑球头与位置传感器连接。
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