CN102581646A - 全气动柔性定位固持装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞机蒙皮自动化钻铆的定位固持装置——全气动柔性定位固持装置，包括作动筒，以及在作动筒内移动的动轴，安装在动轴顶端的万向吸盘座和吸盘。作动筒上装有固定整个定位固持装置的底板、动轴锁紧装置和动轴缓冲装置，作动筒内部空间与动轴、活塞组成类似于气缸的作用，通过变换进气口来改变动轴运动方向。吸盘上装有传感器，能控制气阀改变进气量来切换动轴速度为慢速。通过动轴和吸盘的运动，形成一个能够自动调形，适应不同蒙皮的柔性夹具。

Description

全气动柔性定位固持装置
技术领域
本发明涉及一种飞机蒙皮自动化钻铆的定位固持装置，尤其是一种全气动柔性定位固持装置。
背景技术
飞机蒙皮作为构成飞机气动外形的关键零件，其外形复杂，尺寸范围变化大，刚度低，而且生产批量小。传统加工方法是将蒙皮固定在刚性夹具上，再进行钻铆，工作劳动强度大，钻孔精度低，铆接质量差。近年来，为了实现蒙皮的精确高效钻铆，提高制造质量，国外飞机制造厂商逐渐采用了基于柔性工装的数控钻铆工艺。自20世纪90年代初期开始，国外企业开发的柔性工装已被波音、空客、麦道等飞机制造商用于蒙皮、壁板、舱门、机翼等零件的加工制造过程以及飞机的数字化柔性装配，极大地提高了生产效率和加工质量。相比而言，我国在蒙皮数控钻铆及柔性工装的研发应用方面较为落后。
文献“丁韬.TORRESMILL_和TORRESTOOL_系统蒙皮切边钻铣床及柔性夹具装置[J].航空制造技术.2007(2)”中介绍了国外一种名为TORRESTOOL柔性夹具系统，这套系统最典型的结构是卧式三轴，它由若干个排架组成，每个排架在计算机程序指令控制下可沿X轴独立移动，每个排架上有若干个支撑杆，每个支撑杆可在指令控制下沿Y轴和Z轴方向独立移动。在国内方面，清华大学提出一种基于机器人集中驱动的用于大型薄壁件切削加工的智能柔性工装系统，其核心思想是通过专用机器人以外部集中驱动的方式取代内部独立驱动方式。这样，各单元只需实现Z向驱动，无需X、Y向驱动电机和传动装置，X、Y向运动由专用机器人统一驱动实现。TORRESTOOL柔性夹具系统和清华大学智能柔性工装系统都是很有价值的发明，但是它们作为主动式定位固持装置，虽然有效地解决了飞机蒙皮加工柔性装夹的问题。但尚有一些不足：
TORRESTOOL柔性夹具系统驱动系统采用伺服电机驱动，所以内部传动系统较为复杂，成本高，属于主动式定位装置。清华大学智能柔性工装系统，同时使用机器人及伺服电机驱动，成本较高，同样属于主动式定位装置。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出一种能够根据蒙皮的构型调节动轴高度和摆头角度，并利用机器人或其他数控装备阻挡来精确定位的全气动柔性定位固持装置。
本发明通过以下技术方案实现：
一种全气动柔性定位固持装置，包括作动筒，底板以及设置在作动筒内的动轴，动轴的顶端设置万向吸盘座和吸盘，作动筒固定在底板上，所述作动筒包括用于固定动轴位置的动轴锁紧装置和用于动轴回复过程中缓冲的动轴缓冲装置；还包括气缸系统，气缸系统用于驱动动轴的上下移动。
所述全气动柔性定位固持装置，还包括传感器，传感器凸出设置在吸盘上，若有物体接触传感器，传感器将信息传输给气缸系统，气缸系统改变进气量来切换动轴速度。
所述全气动柔性定位固持装置，所述动轴缓冲装置为垫圈。
所述全气动柔性定位固持装置，所述万向吸盘座可在45°内万向转动。
本发明的有益效果为：
本发明在夹持蒙皮时，通气口进气或抽气，能使动轴的Z轴方向移动，通过其他设备的辅助能具有较高的定位精度，以及万向吸盘座的摆动，使定位固持装置具有自动适应蒙皮表面的特性。作动筒内锁紧装置使用压缩空气，通过摆动气缸与螺纹组件，可产生50KG以上的轴向锁紧力，保证定位固持装置定位精度。整个系统均使用气动，结构简单、成本较低。
本发明有益的效果是：全气动柔性定位固持装置是为了解决飞机蒙皮自动钻铆所需柔性夹具。全气动柔性定位固持装置相较于主动式柔性夹具系统的优点和技术改进如下：
第一，全气动柔性定位固持装置使用气动来驱动动轴、锁紧动轴和吸附蒙皮。在精度相差不大的情况下，成本相较于主动式定位装置低许多。
第二，全气动柔性定位固持装置没有使用伺服电机，没有复杂的传动装置，使全气动柔性定位固持装置结构较简单，体积也较小。
第三，全气动柔性定位固持装置体积较小，所以能够密集放置，所提供的支撑点也较多，能够提高钻铆质量。
附图说明
图1是本发明全气动柔性定位固持装置结构示意图；
图2是本发明全气动柔性定位固持装置动轴锁紧装置结构示意图；
图3是本发明全气动柔性定位固持装置定位固持装置示意图；
图4是本发明全气动柔性定位固持装置剖面示意图。
图中：1，底板；2，摆动气缸；3，作动筒；4，垫圈；5，动轴；6，万向吸盘座；7，吸盘；8，螺杆；9，第一锁紧螺母；10，挡圈；11，第二锁紧螺母；12，端盖；13，吸盘螺栓；14，活塞；15，动轴锁紧装置；16，传感器；17，第一进气口；18，第二进气口。
具体实施方式
如图1、图2、图4所示，夹持飞机蒙皮用以自动化钻铆的全气动柔性定位固持装置，包括带有气缸系统和动轴锁紧装置的作动筒3，以及与作动筒3相连的动轴5和安装在动轴上的万向吸盘座6。作动筒3内部空间与动轴5、活塞14组成类似于气缸的作用，通过改变进气口来改变动轴5运动方向，并使用机器人阻挡来精确定位。其可调整范围为400mm以上，且具有很高的定位精度，可满足不同种类蒙皮的定位固持要求。
吸盘7上装有传感器16，传感器未受压时，气阀进气量较大，动轴5快速移动；当传感器16受压时，气阀减少进气量，动轴慢速移动。
动轴锁紧装置在作动筒3内，当摆动气缸2通气带动螺杆8转动，通过螺纹配合使锁紧装置中的端盖12反向运动，锁紧或解锁动轴5，这套锁紧装置的锁紧力可达50KG以上。垫圈4用作动轴缓冲装置，在动轴回复时，起到缓冲作用。动轴顶端的万向吸盘座，能使吸盘在45°内万向转动。吸盘10的螺栓16中心有定位锥孔，其他设备的定位销通过接触这些定位锥孔来定位。
本发明的工作过程如下：首先，按照飞机蒙皮型面调整动轴位置，机器人移动到指定位置，作动筒3下的第一进气口17通入压缩空气，驱动动轴沿Z轴正方向移动，直到被机器人阻挡。由于传感器突出吸盘5mm，机器人先接触传感器，动轴速度切换到慢速。然后，动轴锁紧装置15中的摆动气缸2进气，带动螺杆8转动，使第一锁紧螺母9、第二锁紧螺母11同时向内运动，锁紧动轴。机器人移出工作区域，飞机蒙皮移入，在重力作用下万向吸盘做随蒙皮型面转动，自适应蒙皮形状，接着吸盘7抽气吸附蒙皮，开始钻铆。最后，钻铆结束，吸盘7停止抽气，松开蒙皮。动轴锁紧装置的摆动气缸2反向进气，带动第一锁紧螺母9、第二锁紧螺母11松开动轴。作动筒3下第二进气口18开始进气，驱动动轴沿Z轴负方向移动，动轴缓冲装置在动轴5与作动筒3接触时进行缓冲。此时，全气动柔性定位固持装置恢复到初始状态。

Claims (5)

1.一种全气动柔性定位固持装置，其特征在于：包括作动筒，底板以及设置在作动筒内的动轴，动轴的顶端设置万向吸盘座和吸盘，作动筒固定在底板上，所述作动筒包括用于固定动轴位置的动轴锁紧装置和用于动轴回复过程中缓冲的动轴缓冲装置；还包括气缸系统，气缸系统用于驱动动轴的上下移动。
2.如权利要求1所述全气动柔性定位固持装置，其特征在于：还包括传感器，传感器凸出设置在吸盘上，若有物体接触传感器，传感器将信息传输给气缸系统，气缸系统改变进气量来切换动轴速度。
3.如权利要求2所述全气动柔性定位固持装置，其特征在于：所述动轴锁紧装置包括螺杆以及端盖，端盖卡设在螺杆两端，螺杆上套设第一锁紧螺母，第二锁紧螺母；还包括摆动气缸，该摆动气缸用于带动螺杆转动推动锁紧螺母，从而使得端盖运动锁紧或解锁动轴。
4.如权利要求1或2或3所述全气动柔性定位固持装置，其特征在于：所述动轴缓冲装置为垫圈。
5.如权利要求4所述全气动柔性定位固持装置，其特征在于：所述万向吸盘座可在45°内万向转动。
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