CN102092019B - 用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装 - Google Patents

用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，包括工作台和至少三个支撑固定单元，支撑固定单元均装在工作台上，每个支撑固定单元均包括球铰侧吸真空吸盘、第一升降组件和固定底座，球铰侧吸真空吸盘装在第一升降组件的上部，第一升降组件的下部装在固定底座上；每个支撑固定单元的固定底座均装有第一电磁铁，第一电磁铁与工作台的上表面磁性吸合；工作台上还装有至少两个定位单元，每个定位单元均包括定位销、第二升降组件和定位底座，定位销装在第二升降组件的上端部，第二升降组件的下端部装在定位底座上，定位底座与工作台相连。本发明不仅能精确定位薄壁曲面零件，而且能够在工作台上方便移动以及调整各个支撑固定单元之间距离。

Description

用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装
技术领域
本发明涉及一种用于薄壁曲面零件的多点柔性工装，主要是针对薄壁曲面零件成型后的切边、钻孔、测量等操作，属于机械工程领域，具体涉及航空、航天、汽车等方面的柔性制造装备。
背景技术
在航空、航天、汽车等产品中，存在着大量的刚度差且具有复杂曲面外形的薄壁零件，传统的薄壁零件的切边、钻孔、测量等操作多采用专用工装，工装表面具有与薄壁零件一致的曲面外形，每一套工装只能适用于一种薄壁零件，在各行业日益增长的小批量、多品种的需求下，成本过高，不能满足实际生产需求。
虽然现有一些工装可以根据零件形状尺寸和工艺要求，通过人工调整的方式实现薄壁曲面零件的定位支撑，但人工操作的效率低、精度差、难以满足薄壁曲面零件生产的高效率需求，且其支撑固定单元大多采用固定在工作台的T型槽上的方式连接，使支撑固定单元在工作台某些方向的距离为固定值，无法调整；如中国专利号为“200810056655.5”文献所公开的钉高调整单元的Y向距离通过定位板长度的来确定，X向距离通过基枕上定位孔的距离来确定，两个方向上均不可任意调节。
目前国内外研制的基于测量、控制、机械等学科的全自动柔性工装采用伺服电机结合滚珠丝杆的方式来实现支撑固定单元之间的距离调整，其结构复杂、设计制造难度大，成本高、阻碍了其在企业中的广泛应用，面对上述的问题，必须研究适用于企业需求的薄壁曲面零件的多点柔性工装。
发明内容
本发明的目的是：提供一种不仅能精确定位薄壁曲面零件，而且能够在工作台上方便地移动以及调整各个支撑固定单元之间距离的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，包括工作台和至少三个支撑固定单元，所述支撑固定单元均装在工作台上，每个支撑固定单元均包括球铰侧吸真空吸盘、第一升降组件和固定底座，所述球铰侧吸真空吸盘装在第一升降组件的上端部，第一升降组件的下端部装在固定底座上；其创新点在于：
a、所述每个支撑固定单元的固定底座上均装有第一电磁铁，第一电磁铁与工作台的上表面磁性吸合； 
b、所述工作台上还装有至少两个定位单元，每个定位单元均包括定位销、第二升降组件和定位底座，定位销装在第二升降组件的上端部，第二升降组件的下端部装在定位底座上，定位底座与工作台相连。
在上述技术方案中，所述每个定位单元的定位底座上均装有第二电磁铁，第二电磁铁与工作台的上表面磁性吸合。
在上述技术方案中，所述每个支撑固定单元的第一升降组件均包括第一导柱、第一升降杆和第一电磁阀，第一升降杆的下部与第一导柱的内孔滑动配合，第一电磁阀装在第一导柱上，且第一电磁阀的阀销可与第一升降杆的杆身相抵或分离，所述球铰侧吸真空吸盘的下部与第一升降杆的上部螺纹连接。
在上述技术方案中，所述第一升降杆上设有第一轴向定位槽，第一电磁阀的阀销可与第一升降杆上的第一轴向定位槽的底部相抵或分离。
在上述技术方案中，所述每个定位单元的第二升降组件均包括第二导柱、第二升降杆和第二电磁阀，第二升降杆的下部与第二导柱的内孔滑动配合，第二电磁阀装在第二导柱上，且第二电磁阀的阀销可与第二升降杆的杆身相抵或分离，所述定位销的下部与第二升降杆的上部螺纹连接。
在上述技术方案中，所述第二升降杆上设有第二轴向定位槽，第二电磁阀的阀销可与第二升降杆上的第二轴向定位槽的底部相抵或分离。
在上述技术方案中，所述第一导柱的上端部具有第一导柱夹持平面，第一升降杆的上端部具有第一升降杆夹持平面。
在上述技术方案中，所述第二导柱的上端部具有第二导柱夹持平面，第二升降杆的上端部具有第二升降杆夹持平面。
在上述技术方案中，所述每个支撑固定单元的固定底座上均装有第一电磁铁接线端子，第一电磁铁接线端子与第一电磁铁电连接。
在上述技术方案中，所述每个定位单元的定位底座上均装有第二电磁铁接线端子，第二电磁铁接线端子与第二电磁铁电连接。
本发明所具有的积极效果是：由于本发明每个支撑固定单元的固定底座上均装有第一电磁铁，第一电磁铁与工作台的上表面磁性吸合，每个支撑固定单元通过固定底座上装有的第一电磁铁与工作台的上表面磁性吸合，因此可以根据薄壁曲面零件的操作需求，将每个支撑固定单元吸合在工作台所设定的位置上，便于支撑固定单元移动，以及调整各个支撑固定单元之间距离；又由于所述工作台上还装有至少两个定位单元，每个定位单元均包括定位销、第二升降组件和定位底座，定位销装在第二升降组件的上端部，第二升降组件的下端部装在定位底座上，定位底座与工作台相连，使用时，可将薄壁曲面零件上的定位孔与本发明中的一个定位单元的定位销相配合，薄壁曲面零件上的定位槽与本发明中的另一个定位单元的定位销相配合，能够有效防止薄壁曲面零件在支撑固定单元上出现移位的现象，避免影响薄壁曲面零件的精度要求，使得定位精度高。此外，本发明与现有的全自动柔性工装结构相比，具有结构简单、生产成本低等优点。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是图1的左视图； 
图3是沿图1中A-A方向的剖视图（不包括工作台）； 
图4是沿图3中C-C方向的剖视图； 
图5是本发明支撑固定单元的第一升降杆在上升位置的状态图； 
图6是沿图1中B-B方向的剖视图（不包括工作台）； 
图7是沿图6中D-D方向的剖视图；
图8是本发明定位单元的第二升降杆在上升位置的状态图； 
图9是本发明的立体结构示意图； 
图10是本发明的使用状态图。
具体实施方式
以下结合附图及给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1~10所示，一种用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，包括工作台1和至少三个支撑固定单元2，所述支撑固定单元2均装在工作台1上，每个支撑固定单元2均包括球铰侧吸真空吸盘2-1、第一升降组件2-2和固定底座2-3，所述球铰侧吸真空吸盘2-1装在第一升降组件2-2的上端部，第一升降组件2-2的下端部装在固定底座2-3上；所述每个支撑固定单元2的固定底座2-3上均装有第一电磁铁2-4，第一电磁铁2-4与工作台1的上表面磁性吸合；所述工作台1上还装有至少两个定位单元3，每个定位单元3均包括定位销3-1、第二升降组件3-2和定位底座3-3，定位销3-1装在第二升降组件3-2的上端部，第二升降组件3-2的下端部装在定位底座3-3上，定位底座3-3与工作台1相连。
如图6、7、8所示，为了便于调整定位单元3在工作台1上的位置，所述每个定位单元3的定位底座3-3上均装有第二电磁铁3-4，第二电磁铁3-4与工作台1的上表面磁性吸合。当然，每个定位单元3也可以螺纹连接在工作台1上，或者每个定位单元3安装在工作台1上的T型槽内。
如图3、4、5所示，为了便于制造和调节第一升降组件2-2，所述每个支撑固定单元2的第一升降组件2-2均包括第一导柱2-2-1、第一升降杆2-2-2和第一电磁阀2-2-3，第一升降杆2-2-2的下部与第一导柱2-2-1的内孔滑动配合，第一电磁阀2-2-3装在第一导柱2-2-1上，且第一电磁阀2-2-3的阀销可与第一升降杆2-2-2的杆身相抵或分离，所述球铰侧吸真空吸盘2-1的下部与第一升降杆2-2-2的上部螺纹连接。当然，本发明的第一升降组件2-2也可以采用中国专利号为“200810056655.5”的文献所公开的带螺纹的升降组件结构，与该升降组件结构相比，本发明的第一升降组件结构简单、生产成本低，因而优先选用本发明所公开的第一升降组件结构。
如图3、4、5所示，为了便于第一电磁阀2-2-3的阀销能够与第一升降杆2-2-2的杆身紧密相抵，所述第一升降杆2-2-2上设有第一轴向定位槽2-2-2-1，第一电磁阀2-2-3的阀销可与第一升降杆2-2-2上的第一轴向定位槽2-2-2-1的底部相抵或分离。当然，也可以通过在第一升降杆2-2-2的杆身上铣出一个平面，实现第一电磁阀2-2-3的阀销与第一升降杆2-2-2的杆身相抵。
如图6、7、8所示，为了便于制造和调节第二升降组件3-2，所述每个定位单元3的第二升降组件3-2均包括第二导柱3-2-1、第二升降杆3-2-2和第二电磁阀3-2-3，第二升降杆3-2-2的下部与第二导柱3-2-1的内孔滑动配合，第二电磁阀3-2-3装在第二导柱3-2-1上，且第二电磁阀3-2-3的阀销可与第二升降杆3-2-2的杆身相抵或分离，所述定位销3-1的下部与第二升降杆3-2-2的上部螺纹连接。当然，本发明的第二升降组件3-2也可以采用中国专利号为“200810056655.5” 的文献所公开的升降组件结构，与该升降组件结构相比，本发明的第二升降组件结构简单、生产成本低，因而优先选用本发明所公开的第二升降组件结构。
如图6、7、8所示，为了便于第二电磁阀3-2-3的阀销能够与第二升降杆3-2-2的杆身紧密相抵，所述第二升降杆3-2-2上设有第二轴向定位槽3-2-2-1，第二电磁阀3-2-3的阀销可与第二升降杆3-2-2上的第二轴向定位槽3-2-2-1的底部相抵或分离。当然，也可以通过在第一升降杆2-2-2的杆身铣出一个平面，实现第二电磁阀3-2-3的阀销与第二升降杆3-2-2的杆身相抵。
如图1、4所示，为了便于机器人夹持第一导柱2-2-1和第一升降杆2-2-2，所述第一导柱2-2-1的上端部具有第一导柱夹持平面2-2-1-1，第一升降杆2-2-2的上端部具有第一升降杆夹持平面2-2-2-2。
如图1、7所示，为了便于机器人夹持第二导柱3-2-1和第二升降杆3-2-2，所述第二导柱3-2-1的上端部具有第二导柱夹持平面3-2-1-1，第二升降杆3-2-2的上端部具有第二升降杆夹持平面3-2-2-2。
如图1、2、3、4、5、9、10所示，为了便于每个支撑固定单元2的第一电磁铁2-4与控制电路连接，所述每个支撑固定单元2的固定底座2-3上均装有第一电磁铁接线端子2-5，第一电磁铁接线端子2-5与第一电磁铁2-4电连接。使用时，只需将控制电路与第一电磁铁接线端子2-5电连接，即可控制每个支撑固定单元1与工作台1的上表面磁性吸合。
如图1、2、6、7、8、9、10所示，为了便于每个定位单元3的第二电磁铁3-4与控制电路连接，所述每个定位单元3的定位底座3-3上均装有第二电磁铁接线端子3-5，第二电磁铁接线端子3-5与第二电磁铁3-4电连接。使用时，只需将控制电路与第二电磁铁接线端子3-5电连接，即可控制每个定位单元1与工作台1的上表面磁性吸合。
本发明的支撑固定单元2的球铰侧吸真空吸盘2-1优先采用的是日本SMC公司生产，且型号为ZPR系列的产品。
本发明使用时，第一步：根据薄壁曲面零件确定所需要操作信息，并且将该信息输入至计算机，确定工作台1上的每个支撑固定单元2和定位单元3的位置和高度信息；第二步：将工作台1上的每个支撑固定单元2和定位单元3的位置信息送至工业机器人，工业机器人依次夹持每个支撑固定单元2的第一导柱2-2-1的第一导柱夹持平面2-2-1-1或者定位单元3的第二导柱3-2-1的第二导柱夹持平面3-2-1-1放在指定位置上，测量系统对支撑固定单元2或定位单元3的位置进行测量，并将测量信息反馈到计算机中，计算机对反馈信息进行处理，并控制工业机器人对支撑固定单元2或定位单元3的位置进行微调，直至满足位置精度要求，计算机分别输出控制信号至支撑固定单元2的第一电磁铁接线端子2-5和定位单元3的第二电磁铁接线端子3-5，使得支撑固定单元2的固定底座2-3和定位单元3的定位底座3-3与工作台1的上表面磁性吸合，然后重复上述过程，直至完成工作台1上所有支撑固定单元2和定位单元3的位置布局；第三步：将工作台1上的每个支撑固定单元2和定位单元3的高度信息送至工业机器人，工业机器人依次夹持每个支撑固定单元2的第一升降杆2-2-2的第一升降杆夹持平面2-2-2-2或者定位单元3的第二升降杆3-2-2的第二升降杆夹持平面3-2-2-2并且调整到指定高度，测量系统对第一升降杆2-2-2和第二升降杆3-2-2的高度进行测量，并将测量信息反馈到计算机中，计算机对反馈信息进行处理，并控制工业机器人对第一升降杆2-2-2和第二升降杆3-2-2的高度进行微调，直至满足位置精度要求，计算机分别输出控制信号至支撑固定单元2的第一电磁阀2-2-3和定位单元3的第二电磁阀3-2-3，使得第一电磁阀2-2-3的阀销和定位单元3的第二电磁阀3-2-3的阀销分别相抵在相应的第一升降杆2-2-2的第一轴向定位槽2-2-2-1的底部和第二升降杆3-2-2的第二轴向定位槽3-2-2-1的底部，然后重复上述过程，直至完成工作台1上所有支撑固定单元2和定位单元3的高度调整；第四步：将薄壁曲面零件的定位孔与一个定位单元3的定位销3-1相配合，薄壁曲面零件的定位槽与另一个定位单元3的定位销3-1相配合，支撑固定单元2的球铰侧吸真空吸盘2-1在薄壁曲面零件重力作用下自由回转，使得薄壁曲面零件底面与工作台1上所有的支撑固定单元2的球铰侧吸真空吸盘2-1可靠接触，最后起动真空吸附，通过真空吸附力对薄壁曲面零件进行可靠固定，直至完成薄壁曲面零件的操作，然后将操作完毕后的薄壁曲面零件从本发明上取下即可。

Claims (9)

1.一种用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，包括工作台（1）和至少三个支撑固定单元（2），所述支撑固定单元（2）均装在工作台（1）上，每个支撑固定单元（2）均包括球铰侧吸真空吸盘（2-1）、第一升降组件（2-2）和固定底座（2-3），所述球铰侧吸真空吸盘（2-1）装在第一升降组件（2-2）的上端部，第一升降组件（2-2）的下端部装在固定底座（2-3）上；其特征在于：
a、所述每个支撑固定单元（2）的固定底座（2-3）上均装有第一电磁铁（2-4），第一电磁铁（2-4）与工作台（1）的上表面磁性吸合； 
b、所述工作台（1）上还装有至少两个定位单元（3），每个定位单元（3）均包括定位销（3-1）、第二升降组件（3-2）和定位底座（3-3），定位销（3-1）装在第二升降组件（3-2）的上端部，第二升降组件（3-2）的下端部装在定位底座（3-3）上，定位底座（3-3）与工作台（1）相连；
c、所述每个定位单元（3）的定位底座（3-3）上均装有第二电磁铁（3-4），第二电磁铁（3-4）与工作台（1）的上表面磁性吸合。
2.根据权利要求1所述的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，其特征在于：所述每个支撑固定单元（2）的第一升降组件（2-2）均包括第一导柱（2-2-1）、第一升降杆（2-2-2）和第一电磁阀（2-2-3），第一升降杆（2-2-2）的下部与第一导柱（2-2-1）的内孔滑动配合，第一电磁阀（2-2-3）装在第一导柱（2-2-1）上，且第一电磁阀（2-2-3）的阀销可与第一升降杆（2-2-2）的杆身相抵或分离，所述球铰侧吸真空吸盘（2-1）的下部与第一升降杆（2-2-2）的上部螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，其特征在于：所述第一升降杆（2-2-2）上设有第一轴向定位槽（2-2-2-1），第一电磁阀（2-2-3）的阀销可与第一升降杆（2-2-2）上的第一轴向定位槽（2-2-2-1）的底部相抵或分离。
4.根据权利要求1所述的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，其特征在于：所述每个定位单元（3）的第二升降组件（3-2）均包括第二导柱（3-2-1）、第二升降杆（3-2-2）和第二电磁阀（3-2-3），第二升降杆（3-2-2）的下部与第二导柱（3-2-1）的内孔滑动配合，第二电磁阀（3-2-3）装在第二导柱（3-2-1）上，且第二电磁阀（3-2-3）的阀销可与第二升降杆（3-2-2）的杆身相抵或分离，所述定位销（3-1）的下部与第二升降杆（3-2-2）的上部螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，其特征在于：所述第二升降杆（3-2-2）上设有第二轴向定位槽（3-2-2-1），第二电磁阀（3-2-3）的阀销可与第二升降杆（3-2-2）上的第二轴向定位槽（3-2-2-1）的底部相抵或分离。
6.根据权利要求2所述的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，其特征在于：所述第一导柱（2-2-1）的上端部具有第一导柱夹持平面（2-2-1-1），第一升降杆（2-2-2）的上端部具有第一升降杆夹持平面（2-2-2-2）。
7.根据权利要求4所述的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，其特征在于：所述第二导柱（3-2-1）的上端部具有第二导柱夹持平面（3-2-1-1），第二升降杆（3-2-2）的上端部具有第二升降杆夹持平面（3-2-2-2）。
8.根据权利要求1所述的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，其特征在于：所述每个支撑固定单元（2）的固定底座（2-3）上均装有第一电磁铁接线端子（2-5），第一电磁铁接线端子（2-5）与第一电磁铁（2-4）电连接。
9.根据权利要求1所述的用于薄壁曲面零件定位支撑的多点柔性工装，其特征在于：所述每个定位单元（3）的定位底座（3-3）上均装有第二电磁铁接线端子（3-5），第二电磁铁接线端子（3-5）与第二电磁铁（3-4）电连接。
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