CN102941545B - 一种行列吸盘式壁板装配柔性工装 - Google Patents

Abstract

一种行列吸盘式壁板装配柔性工装，它包括导轨底座、X向驱动单元和立柱调形组件单元；导轨底座固定连接于地面，立柱调形组件单元安装在导轨底座的两条X向直线导轨上，并可沿X向直线导轨移动，X向驱动单元位于立柱调形组件单元的底部和导轨底座之间，与导轨底座固连，并与立柱调形组件单元的底部相连；本发明通过点阵真空吸盘对飞机壁板类组件进行吸附夹持及数字化定位，夹持稳定可靠，定位精度高；工装点阵吸盘经重构可实现不同壁板类组件的数字化定位及钻铆装配。它在机械工程/飞机装配领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

Description

一种行列吸盘式壁板装配柔性工装

技术领域：

本发明涉及一种行列吸盘式壁板装配柔性工装，属于机械工程/飞机装配领域。

背景技术：

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。壁板组件装配精度直接影响后续机身、机翼部件和总装的装配质量，是保证飞机装配精度的基础。

目前国内航空工业在壁板类组件的装配仍采用“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。一套装配型架只有一套内型卡板，只对应装配一套壁板组件，每套壁板组件对应的工装都需单独设计制造，工装缺乏对壁板类产品变化的快速响应能力，导致飞机制造成本高，生产准备周期长，企业生产效益低。此外，刚性工装采用模拟量形式的内型卡板来定位壁板组件，定位精度较低，误差累积较大。

柔性工装技术和数字化控制技术是解决上述问题的一个很好的途径。柔性工装技术是可重组的模块化、自动化装配工装技术，其目的是免除设计和制造各种零部件装配的专用固定型架、夹具，可降低工装制造成本、缩短工装准备周期、减少生产用地，同时大幅度提高装配生产率。柔性工装通过采用数字量形式的工装定位数据，结合数字化控制技术，可实现工装数字化定位，相比传统刚性工装基于模拟量的定位方式，数字化定位的精度大幅提升。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种行列吸盘式壁板装配柔性工装，以克服当前飞机壁板类组件装配工装重构性差、缺乏通用性以及工装定位精度低等问题，该工装通过电机控制程序精确调整每个真空吸盘在空间的位置，工装吸盘可构成不同的点阵，从而实现一套工装系统完成多种壁板组件的数字化定位及钻铆装配，减少工装数量，缩短生产准备周期，提高定位精度。

本发明一种行列吸盘式壁板装配柔性工装，如图1、2所示，它包括导轨底座、X向驱动单元和立柱调形组件单元。导轨底座固定连接于地面，立柱调形组件单元安装在导轨底座的两条X向直线导轨上，并可沿X向直线导轨移动，X向驱动单元位于立柱调形组件单元的底部和导轨底座之间，与导轨底座固连，并与立柱调形组件单元的底部相连。

所述导轨底座由底座、X向直线导轨、X向滚珠丝杠固定座和X向运动限位座组成，其间关系是：底座沿X向的两端上表面各设有X向直线导轨，在底座内侧两端的冷压无缝钢管材上各设有X向滚珠丝杠固定座，底座沿Y向的两端上表面各设有X向运动限位座。该底座由冷压无缝钢管材拼接构成，是整个工装的承载体；该X向直线导轨是其上设有多个连接孔的高精度直线导轨，它是立柱调形组件单元沿X向的移动轨道；该X向滚珠丝杠固定座是由2块矩形钢板和2块三角形钢板连接而成的“L”形金属结构件，用于固定X向驱动单元的X向滚珠丝杠；该X向运动限位座是由板材和圆管连接而成的“Z”形金属结构件,它用于限制立柱调形组件单元沿X向的运动范围，防止其运动超程。

所述X向驱动单元由X向滚珠丝杠、X向传动底座、X向同步带装置、X向电机减速器支架、X向减速器和X向伺服电机组成，其间关系是：X向滚珠丝杠两端固连在导轨底座上的X向滚珠丝杠固定座，X向传动底座的一端沿X向滚珠丝杠的轴向套接在X向滚珠丝杠及其螺母的外侧，另一端通过螺纹孔连接在立柱调形组件单元下底板的下表面，X向电机减速器支架安装在立柱调形组件单元下底板的上表面，X向减速器的转轴通过X向同步带装置与X向滚珠丝杠的螺母连接。该X向滚珠丝杠是精密滚珠丝杠，用于将其螺母的旋转运动转化成直线运动；该X向传动底座是由板材和圆管连接而成的“Ω”形金属结构件,它和X向滚珠丝杠的螺母一起带动立柱调形组件单元沿X向移动；该X向同步带装置是由同步带和2个同步带轮组成，用于将X向减速器转轴的旋转运动传递给X向滚珠丝杠的螺母；该X向电机减速器支架是由2块矩形钢板和2块三角形钢板连接而成的“L”形金属结构件，用于安装固定X向减速器及X向伺服电机，并设有调节同步带张紧的长圆孔；该X向减速器是APEX的AE系列减速器，用于增大X向伺服电机的转轴扭矩；该X向伺服电机是欧姆龙G5系列电机，是整个X向驱动单元的动力元件。

所述的立柱调形组件单元由调形模块单元沿Z向螺接组成，如图2所示。

该调形模块单元是整个壁板装配柔性工装的关键部件，如图3所示，它是由承力框架、Z向直线导轨、Z向导轨滑块、滑块连接板、Z向导杆、Z向滚珠丝杠、导杆丝杠连接板、Z向同步带装置、减速器安装座、Z向减速器、Z向伺服电机、Z向驱动装置支撑框架、真空夹持单元和拖动套筒组成，其间关系是：该承力框架是调形模块单元的承载体，由上、下矩形底板及4根冷压无缝钢管材连接组成，上、下矩形底板分别设有4组16个螺纹通孔，调形模块单元之间通过矩形底板的螺纹通孔进行螺接，在承力框架的2根相邻钢管外表面上沿Z向各设有Z向直线导轨，该Z向驱动装置支撑框架是由多块钢板连接而成的“L”形金属结构件，通过螺纹孔连接在承力框架下矩形底板的上表面，用于安装Z向导杆、Z向滚珠丝杠及减速器安装座，Z向导杆、Z向滚珠丝杠的一端通过法兰并排连接在Z向驱动装置支撑框架的上表面，另一端连接在导杆丝杠连接板，拖动套筒由中部为圆筒、两边带通孔的矩形件构成，真空夹持单元内置于拖动套筒，并与滑块连接板连接，滑块连接板与Z向导轨滑块连接，Z向滚珠丝杠的螺母及Z向导杆的直线轴承与拖动套筒两侧凸缘板通过圆孔连接，带动拖动套筒、真空夹持单元、滑块连接板及Z向导轨滑块一起沿Z向移动，Z向滚珠丝杠、Z向导杆及Z向直线导轨共同保证了Z向移动的导向性和平稳性，减速器安装座设在Z向驱动装置支撑框架的上表面，Z向减速器的转轴通过Z向同步带装置与Z向滚珠丝杠连接。该Z向直线导轨是其上设有多个连接孔的高精度直线导轨，是真空夹持单元沿Z向的移动轨道；该Z向导轨滑块是其上设有多个连接孔的异形金属结构件；该滑块连接板是其上设有一个大通孔和多个连接孔的矩形板料；该Z向导杆是一端及中部设有法兰结构件的圆杆件；该Z向滚珠丝杠是两端设有法兰结构件的精密滚珠丝杠，用于将自身的旋转运动转化成其螺母的直线运动；该导杆丝杠连接板是两端设有大、小通孔的矩形板料，确保了Z向导杆和Z向滚珠丝杠的导向一致；该Z向同步带装置是由同步带和2个同步带轮组成，用于将Z向减速器转轴的旋转运动传递给Z向滚珠丝杠；该减速器安装座是四周设有调节同步带张紧的长圆孔、中部设有通孔的法兰结构件，用于安装固定Z向伺服电机及Z向减速器；该Z向减速器是APEX的AE系列减速器，用于增大Z向伺服电机的转轴扭矩；该Z向伺服电机是欧姆龙G5系列电机，是整个调形模块单元的Z向动力元件；该真空夹持单元是由Y向伺服电机、轴承座、联轴器、Y向滚珠丝杠、伸缩套筒、夹持体壳、导向键、锁紧把手和真空摆动吸盘组成，如图4所示；其间关系是：Y向伺服电机连接在轴承座后侧，Y向伺服电机的转轴通过联轴器与Y向滚珠丝杠连接，伸缩套筒套接在Y向滚珠丝杠及其螺母外侧，并通过螺栓与Y向滚珠丝杠的螺母螺接固定，夹持体壳套接在伸缩套筒外侧，一端通过圆周均布的螺纹孔连接在轴承座前侧，另一端通过拧紧螺栓与真空摆动吸盘的外球托套接，夹持体壳前端开有导向键槽、锁紧槽和注油口，导向键设置在夹持体壳的导向键槽内，锁紧把手设在锁紧槽内。该Y向伺服电机是欧姆龙G5系列电机，是整个真空夹持单元的Y向动力元件；该轴承座是两端圆周面上设有螺纹孔、中间设有通孔的圆柱金属件，用于安装Y向伺服电机、联轴器、Y向滚珠丝杠及夹持体壳；该联轴器是中间开有两个不同大小的螺纹孔的圆柱金属件，用于将Y向伺服电机转轴的旋转运动传递给Y向滚珠丝杠；该Y向滚珠丝杠是精密滚珠丝杠，用于将自身的旋转运动转化成其螺母的直线运动；该伸缩套筒是圆筒形结构件，和Y向滚珠丝杠的螺母一起带动真空摆动吸盘沿Y向移动；该夹持体壳是圆筒形结构件，是真空夹持单元的结构支撑体；该导向键是市购件，具有导向作用；该锁紧把手是一根“L”形的圆柱钢体，用于锁死伸缩套筒沿Y向的位置；见图4，该真空摆动吸盘由外球托、内球环、硅胶吸盘、球头杆、密封圈、垫圈和螺栓组成，如图4所示；其间关系是：外球托、内球环和球头杆三者同球心，外球托通过拧紧螺栓套接在夹持体壳前端，内球环置于外球托的内球面，与外球托构成球面配合，球头杆插入内球环和外球托的内圆孔，球头杆的一端与内球环构成球面配合，另一端伸出至外球托底部外侧，通过螺母与外球托固定连接，密封圈置于内球环前端面的圆形环槽内，硅胶吸盘设在内球环顶部端面并通过垫圈、螺栓与内球环螺接，外球托和球头杆固定不动，内球环带动硅胶吸盘绕外球托和球头杆摆动，在外球托和球头杆内部开有抽气孔，用于从硅胶吸盘内部抽气，密封圈用于防止外界空气从抽气孔以外的地方进入硅胶吸盘内部；该外球托是中心带孔的喇叭状件；该内球环是中心带孔的大半球形件；该球头杆是头部为球形、尾部为圆杆的结构件；该硅胶吸盘、密封圈、垫圈和螺栓是市购件。

本发明工作概况简介如下：

立柱调形组件单元沿X向的运动由X向伺服电机、X向同步带装置和X向滚珠丝杠的螺母驱动，电机编码器实现半闭环反馈控制；真空夹持单元沿Z向的运动由Z向伺服电机、Z向同步带装置和Z向滚珠丝杠驱动，电机编码器实现半闭环反馈控制；伸缩套筒沿Y向的运动由Y向伺服电机、联轴器和Y向滚珠丝杠驱动、由导向键进行导向，电机编码器实现半闭环反馈控制。导轨底座及夹持体壳上分别设有限位机构和锁紧机构，确保了工装系统运动的安全性。真空摆动吸盘采用双接触面密封和密封圈密封相结合的设计思想，硅胶材质的吸盘能在金属、复材等壁板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壁板进行稳定夹持。真空摆动吸盘可以实现0~20°的任意摆动，同时工装系统的每个吸盘在电机控制下能够实现空间三向精确定位，因此工装吸盘可以构成多种外形点阵，满足对各种外形壁板的吸附定位。

本发明一种飞机壁板柔性装配工装系统，其优点和功效在于：本发明的壁板工装系统设计基于柔性工装技术和数字化控制技术，工装系统采用模块化设计思想具有很强的柔性和通用性，采用电机控制程序对壁板进行数字化定位具有很高的定位精度。立柱调形组件单元和调形模块单元的独立性很强，便于安装、维护和扩充，可根据实际需要更改立柱调形组件单元或其自身调形模块单元的数量而获得不同规格的壁板工装；整个工装系统抗干扰性强，模块化程度高，易于维护；工装夹持性能稳定可靠，采用双接触面密封和密封圈密封相结合的设计思想，硅胶材质的吸盘能在金属、复材等壁板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壁板进行吸附夹持，且各轴电机均自带抱闸，且工装自身设有锁死机构，工装可在任意位置锁死；工装适应范围广，真空摆动吸盘可以实现0~20°的任意摆动，同时吸盘在电机驱动下能够实现空间三向精确运动，工装可根据飞机壁板外形调整出对应的吸盘点阵进行吸附定位，极大的减少了壁板装配工装的数量；工装定位精度高、传动平稳，利用激光跟踪仪对各关键定位点坐标进行测量、优化，系统的调形运动数据由专门的调形计算软件计算并生成，调形运动采用伺服电机驱动，由电机编码器进行半闭环反馈控制，采用精密滚珠丝杠和高精度直线导轨，工装各轴定位精度0.01mm，重复定位精度0.005mm，工装数字化定位大幅提升壁板组件的装配质量。且本发明的飞机壁板柔性装配工装系统使用效果良好，能完成不同壁板组件的吸附夹持及数字化定位，装配后的壁板组件质量好，各项指标均能满足设计要求。

附图说明：

图1为飞机壁板柔性装配工装系统装配图

图2为飞机壁板柔性装配工装系统装配爆炸图

图3为调形模块单元装配爆炸图

图4为真空夹持单元结构示意图

图中标号及符号说明如下：

1、导轨底座；         2、X向驱动单元；         3、立柱调形组件单元；

4、调形模块单元；     5、底座；                6、X向直线导轨；

7、X向滚珠丝杠固定座；8、X向运动限位座；       9、X向滚珠丝杠；

10、X向传动底座；     11、X向同步带装置；      12、X向电机减速器支架；

13、X向减速器；       14、X向伺服电机；        15、承力框架；

16、Z向直线导轨；     17、Z向导轨滑块；        18、滑块连接板；

19、Z向导杆；         20、Z向滚珠丝杠；        21、导杆丝杠连接板；

22、Z向同步带装置；   23、减速器安装座；       24、Z向减速器；

25、Z向伺服电机；     26、Z向驱动装置支撑框架；27、真空夹持单元；

28、拖动套筒；        29、Y向伺服电机；        30、轴承座；

31、联轴器；          32、Y向滚珠丝杠；        33、伸缩套筒；

34、夹持体壳；        35、导向键；             36、锁紧把手；

37、真空摆动吸盘；    38、外球托；             39、内球环；

40、硅胶吸盘；        41、球头杆；             42、密封圈；

43、垫圈；            44、螺栓。

具体实施方式：

本发明一种行列吸盘式壁板装配柔性工装，如图1、2所示，它主要包括导轨底座1、X向驱动单元2和立柱调形组件3单元。导轨底座1固定连接于地面，立柱调形组件单元3安装在导轨底座1的两条X向直线导轨6上，并可沿X向直线导轨6移动，X向驱动单元2位于立柱调形组件单元3的底部和导轨底座1之间，与导轨底座1固连，并与立柱调形组件单元3的底部相连。

所述导轨底座1由底座5、X向直线导轨6、X向滚珠丝杠固定座7和X向运动限位座8组成，其间关系是：底座5沿X向的两端上表面各设有X向直线导轨6，在底座5内侧两端的冷压无缝钢管材上各设有X向滚珠丝杠固定座7，底座5沿Y向的两端上表面各设有X向运动限位座8。该底座5由冷压无缝钢管材拼接构成，是整个工装的承载体；该X向直线导轨6是其上设有多个连接孔的高精度直线导轨，它是立柱调形组件单元3沿X向的移动轨道；该X向滚珠丝杠固定座7由2块矩形钢板和2块三角形钢板连接而成的“L”形金属结构件，用于固定X向驱动单元2的X向滚珠丝杠9；该X向运动限位座8是由板材和圆管连接而成的“Z”形金属结构件,它用于限制立柱调形组件单元3沿X向的运动范围，防止其运动超程。

所述X向驱动单元2由X向滚珠丝杠9、X向传动底座10、X向同步带装置11、X向电机减速器支架12、X向减速器13和X向伺服电机14组成，其间关系是：X向滚珠丝杠9两端固连在导轨底座1上的X向滚珠丝杠固定座7，X向传动底座10的一端沿X向滚珠丝杠9的轴向套接在X向滚珠丝杠9及其螺母的外侧，另一端通过螺纹孔连接在立柱调形组件单元3下底板的下表面，X向电机减速器支架12安装在立柱调形组件单元3下底板的上表面，X向减速器13的转轴通过X向同步带装置11与X向滚珠丝杠9的螺母连接。该X向滚珠丝杠9是精密滚珠丝杠，用于将其螺母的旋转运动转化成直线运动；该X向传动底座10是由板材和圆管连接而成的“Ω”形金属结构件,它和X向滚珠丝杠9的螺母一起带动立柱调形组件单元3沿X向移动；该X向同步带装置11是由同步带和2个同步带轮组成，用于将X向减速器13转轴的旋转运动传递给X向滚珠丝杠9的螺母；该X向电机减速器支架12是由2块矩形钢板和2块三角形钢板连接而成的“L”形金属结构件，用于安装固定X向减速器13及X向伺服电机14，并设有调节同步带张紧的长圆孔；该X向减速器13是APEX的AE系列减速器，用于增大X向伺服电机14的转轴扭矩；该X向伺服电机14是欧姆龙G5系列电机，是整个X向驱动单元2的动力元件。

所述的立柱调形组件单元3由调形模块单元4沿Z向螺接组成，如图2所示。

该调形模块单元4是整个壁板装配柔性工装的关键部件，如图3所示，它是由承力框架15、Z向直线导轨16、Z向导轨滑块17、滑块连接板18、Z向导杆19、Z向滚珠丝杠20、导杆丝杠连接板21、Z向同步带装置22、减速器安装座23、Z向减速器24、Z向伺服电机25、Z向驱动装置支撑框架26、真空夹持单元27和拖动套筒28组成，其间关系是：该承力框架15是调形模块单元4的承载体，由上、下底板及4根冷压无缝钢管材连接组成，上、下矩形底板分别分别设有4组16个螺纹通孔，调形模块单元4之间通过上、下矩形底板的螺纹通孔进行螺接，在承力框架15的2根相邻钢管外表面上沿Z向各设有Z向直线导轨16，Z向驱动装置支撑框架26由4块钢板焊接构成，通过螺纹孔连接在承力框架15下矩形底板的上表面，用于安装Z向导杆19、Z向滚珠丝杠20及减速器安装座23，Z向导杆19、Z向滚珠丝杠的20一端通过法兰并排连接在Z向驱动装置支撑框架26的上表面，另一端连接在导杆丝杠连接板21，拖动套筒28由中部为圆筒、两边带通孔的矩形件构成，真空夹持单元27内置于拖动套筒28，并与滑块连接板18连接，滑块连接板18与Z向导轨滑块17连接，Z向滚珠丝杠20的螺母及Z向导杆19的直线轴承与拖动套筒28两侧凸缘板通过圆孔连接，带动拖动套筒28、真空夹持单元27、滑块连接板18及Z向导轨滑块17一起沿Z向移动，Z向滚珠丝杠20、Z向导杆19及Z向直线导轨16共同保证了Z向移动的导向性和平稳性，减速器安装座23设在Z向驱动装置支撑框架26的上表面，Z向减速器24的转轴通过Z向同步带装置22与Z向滚珠丝杠20连接。该Z向直线导轨16是其上设有多个连接孔的高精度直线导轨，是真空夹持单元27沿Z向的移动轨道；该Z向导轨滑块17是其上设有多个连接孔的异形金属结构件；该滑块连接板18是其上设有一个大通孔和多个连接孔的矩形板料；该Z向导杆19是一端及中部设有法兰结构件的圆杆件；该Z向滚珠丝杠20是两端设有法兰结构件的精密滚珠丝杠，用于将自身的旋转运动转化成其螺母的直线运动；该导杆丝杠连接板21是两端设有大、小通孔的矩形板料，确保了Z向导杆19和Z向滚珠丝杠20的导向一致；该Z向同步带装置22是由同步带和2个同步带轮组成，用于将Z向减速器24转轴的旋转运动传递给Z向滚珠丝杠20；该减速器安装座23四周设有调节同步带张紧的长圆孔、中部设有通孔的法兰结构件，用于安装固定Z向伺服电机25及Z向减速器24；该Z向减速器24是APEX的AE系列减速器，用于增大Z向伺服电机25的转轴扭矩；该Z向伺服电机25是欧姆龙G5系列电机，是整个调形模块单元4的Z向动力元件；该真空夹持单元27是由Y向伺服电机29、轴承座30、联轴器31、Y向滚珠丝杠32、伸缩套筒33、夹持体壳34、导向键35、锁紧把手36和真空摆动吸盘37组成，如图4所示；其间关系是：Y向伺服电机29连接在轴承座30后侧，Y向伺服电机29的转轴通过联轴器31与Y向滚珠丝杠32连接，伸缩套筒33套接在Y向滚珠丝杠32及其螺母外侧，并通过螺栓与Y向滚珠丝杠32的螺母螺接固定，夹持体壳34套接在伸缩套筒33外侧，一端通过圆周均布的螺纹孔连接在轴承座30前侧，另一端通过拧紧螺栓与真空摆动吸盘37的外球托38套接，夹持体壳34前端开有导向键槽、锁紧槽和注油口，导向键35设置在夹持体壳34的导向键槽内，锁紧把手36设在锁紧槽内。该Y向伺服电机29是欧姆龙G5系列电机，是整个真空夹持单元27的Y向动力元件；该轴承座30是两端圆周面上设有螺纹孔、中间设有通孔的圆柱金属件，用于安装Y向伺服电机29、联轴器31、Y向滚珠丝杠32及夹持体壳34；该联轴器31是中间开有两个不同大小的螺纹孔的圆柱金属件，用于将Y向伺服电机29转轴的旋转运动传递给Y向滚珠丝杠32；该Y向滚珠丝杠32是精密滚珠丝杠，用于将自身的旋转运动转化成其螺母的直线运动；该伸缩套筒33是圆筒形结构件，和Y向滚珠丝杠32的螺母一起带动真空摆动吸盘37沿Y向移动；该夹持体壳34是圆筒形结构件，是真空夹持单元27的结构支撑体；该导向键35是市购件，具有导向作用；该锁紧把手36是一根“L”形的圆柱钢体，用于锁死伸缩套筒33沿Y向的位置；见图4，该真空摆动吸盘37由外球托38、内球环39、硅胶吸盘40、球头杆41、密封圈42、垫圈43和螺栓44组成，如图4所示；其间关系是：外球托38、内球环39和球头杆41三者同球心，外球托38通过拧紧螺栓套接在夹持体壳34前端，内球环39置于外球托38的内球面，与外球托38构成球面配合，球头杆41插入内球环39和外球托38的内圆孔，球头杆41的一端与内球环39构成球面配合，另一端伸出至外球托38底部外侧，通过螺母与外球托38固定连接，密封圈42置于内球环39前端面的圆形环槽内，硅胶吸盘40设在内球环39顶部端面并通过垫圈43、螺栓44与内球环39螺接。外球托38和球头杆41固定不动，内球环39带动硅胶吸盘40绕外球托38和球头杆41摆动，在外球托38和球头杆41内部开有抽气孔，用于从硅胶吸盘40内部抽气，密封圈42用于防止外界空气从抽气孔以外的地方进入硅胶吸盘40内部；该外球托38是中心带孔的喇叭状件；该内球环39是中心带孔的大半球形件；该球头杆41是头部为球形、尾部为圆杆的结构件；该硅胶吸盘40、密封圈42、垫圈43和螺栓44是市购件。

立柱调形组件单元3沿X向的运动由X向伺服电机14、X向同步带装置11和X向滚珠丝杠9的螺母驱动，电机编码器实现半闭环反馈控制；真空夹持单元27沿Z向的运动由Z向伺服电机25、Z向同步带装置22和Z向滚珠丝杠20驱动，电机编码器实现半闭环反馈控制；伸缩套筒34沿Y向的运动由Y向伺服电机29、联轴器31和Y向滚珠丝杠32驱动、由导向键35进行导向，电机编码器实现半闭环反馈控制。导轨底座1及夹持体壳34上分别设有限位机构和锁紧机构，确保了工装系统运动的安全性。

真空摆动吸盘37采用双接触面密封和密封圈密封相结合的设计思想，硅胶材质的吸盘能在金属、复材等壁板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壁板进行稳定夹持。真空摆动吸盘37可以实现0~20°的任意摆动，同时工装系统的每个吸盘在电机控制下能够实现空间三向精确定位，因此工装吸盘可以构成多种外形点阵，满足对各种外形壁板的吸附定位。

本发明一种飞机壁板柔性装配工装系统，其具体的实施流程如下：

1、壁板运送至工装装配站位；

2、利用自主开发的调形计算软件根据壁板数字化模型确定出各吸盘的最优吸附位置；

3、利用激光跟踪仪建立飞机坐标系，并测量各吸盘旋转中心调形前后的位置坐标；

4、调形计算软件根据测量数据计算出工装系统各轴的运动数据；

5、各轴电机按照软件计算的运动数据驱动工装系统运动；

6、各吸盘到达吸附位置并与壁板表面接触形成密闭腔室，抽真空系统对各吸盘抽气，吸盘内产生足够吸附力对壁板吸附夹持；

7、对壁板组件进行钻铆等装配工序。

Claims (1)

1.一种行列吸盘式壁板装配柔性工装，它包括导轨底座、X向驱动单元和立柱调形组件单元；导轨底座固定连接于地面，立柱调形组件单元安装在导轨底座的两条X向直线导轨上，并可沿X向直线导轨移动，X向驱动单元位于立柱调形组件单元的底部和导轨底座之间，与导轨底座固连，并与立柱调形组件单元的底部相连；其特征在于：

所述导轨底座由底座、X向直线导轨、X向滚珠丝杠固定座和X向运动限位座组成，底座沿X向的两端上表面各设有X向直线导轨，在底座内侧两端的冷压无缝钢管材上各设有X向滚珠丝杠固定座，底座沿Y向的两端上表面各设有X向运动限位座；该底座由冷压无缝钢管材拼接构成，是整个工装的承载体；该X向直线导轨是其上设有复数个连接孔的高精度直线导轨，它是立柱调形组件单元沿X向的移动轨道；该X向滚珠丝杠固定座是由2块矩形钢板和2块三角形钢板连接而成的“L”形金属结构件，用于固定X向驱动单元的X向滚珠丝杠；该X向运动限位座是由板材和圆管连接而成的“Z”形金属结构件,它用于限制立柱调形组件单元沿X向的运动范围，防止其运动超程；

所述X向驱动单元由X向滚珠丝杠、X向传动底座、X向同步带装置、X向电机减速器支架、X向减速器和X向伺服电机组成，X向滚珠丝杠两端固连在导轨底座上的X向滚珠丝杠固定座，X向传动底座的一端沿X向滚珠丝杠的轴向套接在X向滚珠丝杠及其螺母的外侧，另一端通过螺纹孔连接在立柱调形组件单元下底板的下表面，X向电机减速器支架安装在立柱调形组件单元下底板的上表面，X向减速器的转轴通过X向同步带装置与X向滚珠丝杠的螺母连接；该X向滚珠丝杠是精密滚珠丝杠，用于将其螺母的旋转运动转化成直线运动；该X向传动底座是由板材和圆管连接而成的“Ω”形金属结构件,它和X向滚珠丝杠的螺母一起带动立柱调形组件单元沿X向移动；该X向同步带装置是由同步带和2个同步带轮组成，用于将X向减速器转轴的旋转运动传递给X向滚珠丝杠的螺母；该X向电机减速器支架是由2块矩形钢板和2块三角形钢板连接而成的“L”形金属结构件，用于安装固定X向减速器及X向伺服电机，并设有调节同步带张紧的长圆孔；该X向减速器是用于增大X向伺服电机的转轴扭矩；该X向伺服电机是整个X向驱动单元的动力元件；

所述的立柱调形组件单元由调形模块单元沿Z向螺接组成，该调形模块单元是整个壁板装配柔性工装的关键部件，它是由承力框架、Z向直线导轨、Z向导轨滑块、滑块连接板、Z向导杆、Z向滚珠丝杠、导杆丝杠连接板、Z向同步带装置、减速器安装座、Z向减速器、Z向伺服电机、Z向驱动装置支撑框架、真空夹持单元和拖动套筒组成，该承力框架是调形模块单元的承载体，由上、下矩形底板及4根冷压无缝钢管材连接组成，上、下矩形底板分别设有4组16个螺纹通孔，调形模块单元之间通过矩形底板的螺纹通孔进行螺接，在承力框架的2根相邻钢管外表面上沿Z向各设有Z向直线导轨，该Z向驱动装置支撑框架是由复数块钢板连接而成的“L”形金属结构件，通过螺纹孔连接在承力框架下矩形底板的上表面，用于安装Z向导杆、Z向滚珠丝杠及减速器安装座，Z向导杆、Z向滚珠丝杠的一端通过法兰并排连接在Z向驱动装置支撑框架的上表面，另一端连接在导杆丝杠连接板，拖动套筒由中部为圆筒、两边带通孔的矩形件构成，真空夹持单元内置于拖动套筒，并与滑块连接板连接，滑块连接板与Z向导轨滑块连接，Z向滚珠丝杠的螺母及Z向导杆的直线轴承与拖动套筒两侧凸缘板通过圆孔连接，带动拖动套筒、真空夹持单元、滑块连接板及Z向导轨滑块一起沿Z向移动，Z向滚珠丝杠、Z向导杆及Z向直线导轨共同保证了Z向移动的导向性和平稳性，减速器安装座设在Z向驱动装置支撑框架的上表面，Z向减速器的转轴通过Z向同步带装置与Z向滚珠丝杠连接；该Z向直线导轨是其上设有复数个连接孔的高精度直线导轨，是真空夹持单元沿Z向的移动轨道；该Z向导轨滑块是其上设有复数个连接孔的异形金属结构件；该滑块连接板是其上设有一个大通孔和复数个连接孔的矩形板料；该Z向导杆是一端及中部设有法兰结构件的圆杆件；该Z向滚珠丝杠是两端设有法兰结构件的精密滚珠丝杠，用于将自身的旋转运动转化成其螺母的直线运动；该导杆丝杠连接板是两端设有大、小通孔的矩形板料，确保了Z向导杆和Z向滚珠丝杠的导向一致；该Z向同步带装置是由同步带和2个同步带轮组成，用于将Z向减速器转轴的旋转运动传递给Z向滚珠丝杠；该减速器安装座是四周设有调节同步带张紧的长圆孔、中部设有通孔的法兰结构件，用于安装固定Z向伺服电机及Z向减速器；该Z向减速器是用于增大Z向伺服电机的转轴扭矩；该Z向伺服电机是整个调形模块单元的Z向动力元件；该真空夹持单元是由Y向伺服电机、轴承座、联轴器、Y向滚珠丝杠、伸缩套筒、夹持体壳、导向键、锁紧把手和真空摆动吸盘组成，Y向伺服电机连接在轴承座后侧，Y向伺服电机的转轴通过联轴器与Y向滚珠丝杠连接，伸缩套筒套接在Y向滚珠丝杠及其螺母外侧，并通过螺栓与Y向滚珠丝杠的螺母螺接固定，夹持体壳套接在伸缩套筒外侧，一端通过圆周均布的螺纹孔连接在轴承座前侧，另一端通过拧紧螺栓与真空摆动吸盘的外球托套接，夹持体壳前端开有导向键槽、锁紧槽和注油口，导向键设置在夹持体壳的导向键槽内，锁紧把手设在锁紧槽内；该Y向伺服电机是整个真空夹持单元的Y向动力元件；该轴承座是两端圆周面上设有螺纹孔、中间设有通孔的圆柱金属件，用于安装Y向伺服电机、联轴器、Y向滚珠丝杠及夹持体壳；该联轴器是中间开有两个不同大小的螺纹孔的圆柱金属件，用于将Y向伺服电机转轴的旋转运动传递给Y向滚珠丝杠；该Y向滚珠丝杠是精密滚珠丝杠，用于将自身的旋转运动转化成其螺母的直线运动；该伸缩套筒是圆筒形结构件，和Y向滚珠丝杠的螺母一起带动真空摆动吸盘沿Y向移动；该夹持体壳是圆筒形结构件，是真空夹持单元的结构支撑体；该导向键具有导向作用；该锁紧把手是一根“L”形的圆柱钢体，用于锁死伸缩套筒沿Y向的位置；该真空摆动吸盘由外球托、内球环、硅胶吸盘、球头杆、密封圈、垫圈和螺栓组成，外球托、内球环和球头杆三者同球心，外球托通过拧紧螺栓套接在夹持体壳前端，内球环置于外球托的内球面，与外球托构成球面配合，球头杆插入内球环和外球托的内圆孔，球头杆的一端与内球环构成球面配合，另一端伸出至外球托底部外侧，通过螺母与外球托固定连接，密封圈置于内球环前端面的圆形环槽内，硅胶吸盘设在内球环顶部端面并通过垫圈、螺栓与内球环螺接，外球托和球头杆固定不动，内球环带动硅胶吸盘绕外球托和球头杆摆动，在外球托和球头杆内部开有抽气孔，用于从硅胶吸盘内部抽气，密封圈用于防止外界空气从抽气孔以外的地方进入硅胶吸盘内部；该外球托是中心带孔的喇叭状件；该内球环是中心带孔的大半球形件；该球头杆是头部为球形、尾部为圆杆的结构件。