CN103100734A

CN103100734A - 制孔末端执行器

Info

Publication number: CN103100734A
Application number: CN2013100263549A
Authority: CN
Inventors: 单以才; 施泽波; 舒平生; 李亮; 何宁; 杨吟飞; 章婷; 李一民
Original assignee: Nanjing College of Information Technology
Current assignee: Jiangsu Ouyide New Material Technology Co ltd
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: CN103100734B

Abstract

本发明公开了一种制孔末端执行器，包括对接支撑组件、转动设置在对接支撑组件一端的刀具公转组件、转动设置在刀具公转组件内的刀具自转组件、设置在对接支撑组件另一端用于控制刀具轴向进给的轴向进给组件和设置在刀具公转组件上用于对刀具进行偏心调节的刀具调偏组件。本发明的有益效果是：刀具调偏组件的设置，使制孔末端执行器夹持一把刀具可加工多种孔径，避免了换刀环节，提高制孔效率。刀具公转组件与刀具自转组件的设置，使制孔末端执行器可实现钻孔与螺旋铣孔双重功能。本发明实现了刀具调偏组件的外露布局，便于运动部件间传动设计，降低了制孔末端执行器的设计难度。

Description

制孔末端执行器

技术领域

本发明公开了一种制孔末端执行器，涉及一种适合于不同孔径的自动连续加工的高效制孔末端执行器，属于机器人切削领域。

背景技术

随着机器人本体工作性能及其控制技术不断发展，机器人化自动制孔系统以其自动化、灵活性、低成本等优势，广泛应用于航空装配制造业。为实现航空组件的高效精密制孔，国内外不断涌现一些新型机器人化自动制孔系统，如基于爬行机器人的自动制孔系统，基于关节型工业机器人的自动制孔系统、基于柔性轨道的自动制孔系统。

作为机器人化自动制孔系统的重要组成部分，末端执行器将直接影响制孔的效率与精度。目前，国内机器人化自动制孔系统多采用钻孔末端执行器。对于不同孔径，钻孔末端执行器需设置大量的换刀环节；而且钻孔时轴向力较大，使钻孔末端执行器难以用于航空组件深厚度、大孔径的加工。因此，有必要开发一些新型的制孔末端执行器，以进一步拓展机器人自动制孔系统的加工能力和加工效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种制孔末端执行器，其能够实现加工不同的孔径的孔而无需设置大量的换刀环节，且制孔轴向力较小。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种制孔末端执行器，包括对接支撑组件、转动设置在对接支撑组件一端的刀具公转组件、转动设置在刀具公转组件内的刀具自转组件、设置在对接支撑组件另一端用于控制刀具轴向进给的轴向进给组件和设置在刀具公转组件上用于对刀具进行偏心调节的刀具调偏组件；

所述的对接支撑组件包括底板、设置在底板两端的前支撑座和后支撑座，所述的后支撑座两侧面均开有滑槽；

所述的刀具公转组件包括阶梯形的公转壳体和转动设置在公转壳体小头端并可与公转壳体一起轴向移动的滑动套筒，所述的公转壳体小头端内孔与公转壳体外圆偏心设置，所述的滑动套筒设置在前支撑座内；

所述的刀具自转组件包括阶梯状的自转壳体、过渡主轴、设置在过渡主轴一端用于紧固刀具的并紧螺母和第一驱动装置，所述的自转壳体内孔与自转壳体外圆偏心设置，所述的过渡主轴另一端通过联轴器连接第一驱动装置，所述的自转壳体套装在第一驱动装置上；

所述的轴向进给组件包括进给滑块、穿过进给滑块中心的丝杆和第二驱动装置，所述的第二驱动装置固定在进给滑块上，丝杆一端穿过设置在后支撑座上的螺母并连接公转壳体的大头端，丝杆的另一端连接第二驱动装置，所述的进给滑块两侧面均设置有导向柱，所述的导向柱设置在滑槽内并可在滑槽内移动；

所述的刀具调偏组件包括第三驱动装置和蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆连接第三驱动装置，蜗轮设置在刀具自转组件上。

作为本发明的进一步改进，所述的公转壳体小头端设置套筒，所述的套筒两端内孔各设置一个精密轴承，所述的滑动套筒通过精密轴承设置在公转壳体上，两个精密轴承之间设有套筒，所述的精密轴承与滑动套筒两端分别设置内圈固定端盖、外圈固定端盖进行轴向定位。

作为本发明的进一步改进，所述的过渡主轴与刀具间还设置有弹簧夹头延长杆，所述的并紧螺母设置在弹簧夹头延长杆上。

作为本发明的进一步改进，所述的公转壳体内孔与外圆的偏心量和自转壳体内孔与外圆的偏心量相等，偏移方向相反。

作为本发明的进一步改进，所述的第一驱动装置是电主轴或驱动马达。

作为本发明的更进一步改进，所述的第二驱动装置输出轴与丝杆均为中空结构，其内设置第一驱动装置的控制信号输入线。

本发明的有益效果是：刀具调偏组件的设置，使制孔末端执行器夹持一把刀具可以加工多种孔径，避免了换刀环节，提高制孔效率。刀具公转组件与刀具自转组件的设置，使刀具具备了钻孔和螺旋铣孔双重功能，当刀具偏心等于零时，可以完成正常的钻孔功能，当刀具的偏心不等于零时，又可以能完成螺旋铣孔操作，降低了制孔轴向力，便于对钛合金、碳纤维复合材料等难加工材料进行精密制孔。本发明充分利用轴向进给的低速驱动来实现对刀具公转组件的运动控制，简化装置组成结构的同时，也在一定程度上遏制了刀具偏心对制孔精度的影响。本发明也实现了刀具调偏组件的外露布局，便于运动部件间传动设计，降低了制孔末端执行器的设计难度。

附图说明

图1为本发明的高效制孔末端执行器位于最小轴向进给时结构示意图。

图2为本发明的高效制孔末端执行器位于最大轴向进给时结构示意图。

图3为本发明的对接支撑组件的结构示意图。

图4为本发明的刀具公转组件的结构示意图。

图5为本发明的刀具公转组件卸去滑动套筒后结构示意图。

图6为本发明的公转壳体结构示意图。

图7为本发明的刀具自转组件的结构示意图。

图8为本发明的刀具自转组件卸去自转壳体后结构示意图。

图9为本发明的自转壳体结构示意图。

图10为本发明的轴向进给组件的结构示意图。

图11为本发明的刀具调偏组件的结构示意图。

图12为本发明的刀具偏心状态示意图。

图中：1、对接支撑组件；2、刀具公转组件；3、刀具自转组件；4、轴向进给组件；

5、刀具调偏组件；

11、前支撑座；111、支撑腿；12后支撑座；121、中心孔；122、滑槽；13、底板；14、滑动轴承；

21、公转壳体；22套筒；23、滑动套筒；241/242、外圈固定端盖；251/252、内圈固定端盖；26、精密轴承；

31、自转壳体；3101/3102、轴承内圈并紧螺母；32、第一驱动装置；33、联轴器；34、过渡主轴；35、弹簧夹头延长杆；36、刀具；37、并紧螺母；38、轴承；39、轴承端盖；

41、第二驱动装置；42、丝杆；43、螺母；44、进给滑块；45、导向柱；

51、第三驱动装置；52、蜗杆；53、蜗轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

如图1和图2所示的制孔末端执行器，包括对接支撑组件1、转动设置在对接支撑组件1一端的刀具公转组件2、转动设置在刀具公转组件2内的刀具自转组件3、设置在对接支撑组件1另一端用于控制刀具轴向进给的轴向进给组件4和设置在刀具公转组件2上用于对刀具进行偏心调节的刀具调偏组件5，其中图1表示的是刀具轴向进给为零的状态，图2表示刀具处于最大轴向进给的状态，最大进给量如图中的f_max。

如图3所示，对接支撑组件1包括底板13和设置在底板13两端的前支撑座11与后支撑座12，所述的前支撑座11呈圆筒状，其内安装滑动轴承14，并且通过支撑腿111固定在底板13上；后支撑座12与前支撑座11相对的方向开有中心孔121，其两侧面均开有用于进给导向的滑槽122。

如图4、图5和图6所示，刀具公转组件2包括公转壳体21和滑动套筒23，所述的公转壳体21呈阶梯形筒状，其直径较小的一端内孔与公转壳体21外圆具有一定的偏心量，所述的滑动套筒23通过两个精密轴承26设置在公转壳体21外圆面上，所述的两个精密轴承26之间设置套筒22，滑动套筒23两端内孔分别通过螺纹连接外圈固定端盖241、242，所述的外圈固定端盖241、242压紧精密轴承26外圈，所述的公转壳体21上通过螺纹连接内圈固定端盖251、252，所述的内圈固定端盖251、252压紧精密轴承26内圈，所述的滑动套筒23安装在对接支撑组件1的滑动轴承14内；在外圈固定端盖241、242、内圈固定端盖251、252和套筒22的共同约束下，公转壳体21在发生旋转的同时，也能带动滑动套筒23沿着滑动轴承14内孔往复移动。

如图7、图8和图9所示，刀具自转组件3包括自转壳体31、过渡主轴34、弹簧夹头延长杆35、刀具36、第二套筒38和第一驱动装置32，所述的过渡主轴34一端通过联轴器33连接第一驱动装置32，另一端连接弹簧夹头延长杆35，所述的弹簧夹头延长杆35上设置用于固定刀具36的并紧螺母37，所述的自转壳体31呈阶梯筒状，其直径较小的一端内孔与自转壳体31外圆具有一定的偏心量，该偏心量与公转壳体21直径较小一端内孔与外圆的偏心量大小相等，偏移方向相反，所述的第一驱动装置32安装在自转壳体31直径较大一端的内孔中，其输出轴与自转壳体31的偏心内孔同心，所述的自转壳体31外部通过两个轴承38安装在公转壳体21的偏心孔内，所述的两个轴承38之间设置用于对轴承轴向定位的第二套筒311，轴承38外侧有轴承端盖39和轴承内圈并紧螺母3101、3102对轴承38进行轴向定位；所述的第一驱动装置32可以采用电主轴或者气动马达，制孔时，第一驱动装置32用于控制刀具的自转和刀具的转速。

如图10所示，所述的轴向进给组件4包括进给滑块44和固定在进给滑块44中心的丝杆42，所述的丝杆42一端穿过后支撑座12上的中心孔121和设置在后支撑座12上的螺母43并连接公转壳体21直径较大的一端，丝杆42的另一端连接第二驱动装置41，所述的进给滑块44两侧面均设置有导向柱45，所述的导向柱45设置在滑槽122内并可在滑槽122内移动。所述的第二驱动装置41的输出轴与丝杆42均为中空结构，其内设置第一驱动装置32的控制信号输入线。进给时，丝杆42由第二驱动装置41驱动旋转，在螺母43和对接支撑组件1的共同约束下，丝杆42的直线移动带动刀具公转组件2和刀具自转组件3一同沿着轴线移动，完成轴线进给。同时，丝杆42的转动又带动公转壳体21和刀具自转组件3在滑动套筒23内旋转。

如图11所示，刀具调偏组件5包括第三驱动装置51和蜗轮蜗杆机构，所述的第三驱动装置51安装在公转壳体21直径较大的一端处，所述的蜗轮蜗杆机构的蜗轮53套装在自转壳体31上，所述的蜗轮蜗杆机构的蜗杆52有第三驱动装置51驱动，并通过轴承54内装于公转壳体21直径较大的一端内。偏心调节时，由于刀具自转组件3偏心安装在公转壳体21偏心孔内，第三驱动装置51通过蜗轮蜗杆带动刀具自转组件5相对于公转壳体21的外圆产生偏心旋转，从而完成刀具偏心的调节操作，其具体的调解状态如图12所示，其中36-1是刀具调偏位置处于初始位置的状态示意，36-2是刀具调偏位置处于最大位置的状态示意，O₁为公转壳体外圆圆心，O₂为自转壳体外圆圆心，O₃为刀具中心，e为公转壳体外圆圆心与自转壳体外圆圆心的径向偏移量，即公转壳体、自转壳体两零件细段内孔与外圆的偏移量，当刀具36偏心等于零（即刀具36中心线与公转壳体21外圆中心线共线）时，可以完成正常的钻孔功能，当刀具36的偏心不等于零（即刀具36中心线与公转壳体21外圆中心线不共线）时，又可以能完成螺旋铣孔操作，使刀具36实现了“以铣代钻”的功能。

本发明制孔末端执行器的工作原理如下：制孔前，根据待制孔孔径和制孔刀具的大小，确定刀具偏心调节量的大小，以此为控制信心，驱动安装在公转壳体21一端的第三驱动装置51，通过蜗轮蜗杆机构带动刀具自转组件3相对于公转壳体21产生旋转，完成刀具的偏心调节。制孔时，刀具自转组件3的第一驱动装置32通过联轴器33、过渡主轴34带动刀具36进行自转，对于不同的材料，通过第一驱动装置32来调整刀具的转速，从而改变刀具36的切削用量。轴向进给组件4的第三驱动装置41带动丝杆42产生旋转，在后支撑座12、螺母43、进给滑块44共同约束下，丝杆42相对于支撑组件1一边旋转一边移动，丝杆42的移动也带动进给滑块44、刀具公转组件2、刀具自转组件3、刀具调偏组件5一同沿着轴线方向移动，完成制孔轴向进给；丝杆42的旋转又带动公转壳体21、刀具自转组件3、刀具调偏组件5一同在滑动套筒23中发生公转。由于刀具36相对于待制孔中心线被偏置过一定距离，刀具此时执行铣孔操作。完成一个孔加工后，仅需通过刀具调偏组件5调整刀具36偏心的大小，便可进行下一个孔的加工。

本发明各组件间均采用精密轴承进行传动连接，能很好保证整机运动传递精度。本发明中的第二驱动装置41和第三驱动装置51均为普通的电机，其余未在本说明书中特别说明的均为现有技术。

本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种制孔末端执行器，其特征在于：包括对接支撑组件（1）、转动设置在对接支撑组件（1）一端的刀具公转组件（2）、转动设置在刀具公转组件（2）内的刀具自转组件（3）、设置在对接支撑组件（1）另一端用于控制刀具轴向进给的轴向进给组件（4）和设置在刀具公转组件（2）上用于对刀具进行偏心调节的刀具调偏组件（5）；

所述的对接支撑组件（1）包括底板（13）、设置在底板（13）两端的前支撑座（11）和后支撑座（12），所述的后支撑座（12）两侧面均开有滑槽（122）；

所述的刀具公转组件（2）包括阶梯形的公转壳体（21）和转动设置在公转壳体（21）小头端并可与公转壳体（21）一起轴向移动的滑动套筒（23），所述的公转壳体（21）小头端内孔与公转壳体（21）外圆偏心设置，所述的滑动套筒（23）设置在前支撑座（11）内；

所述的刀具自转组件（3）包括阶梯状的自转壳体（31）、过渡主轴（34）、设置在过渡主轴（34）一端用于紧固刀具的并紧螺母（37）和第一驱动装置（32），所述的自转壳体（31）内孔与自转壳体（31）外圆偏心设置，所述的过渡主轴（34）另一端通过联轴器（33）连接第一驱动装置（32），所述的自转壳体（31）套装在第一驱动装置（32）上；

所述的轴向进给组件（4）包括进给滑块（44）、穿过进给滑块（44）中心的丝杆（42）和第二驱动装置（41），所述的第二驱动装置（41）固定在进给滑块（44）上，丝杆（42）一端穿过设置在后支撑座（12）上的螺母（43）并连接公转壳体（21）的大头端，丝杆（42）的另一端连接第二驱动装置（41），所述的进给滑块（44）两侧面均设置有导向柱（45），所述的导向柱（45）设置在滑槽（122）内并可在滑槽（122）内移动；

所述的刀具调偏组件包括第三驱动装置（51）和蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆（52）连接第三驱动装置（51），蜗轮（53）设置在刀具自转组件（3）上。

2.根据权利要求1所述的制孔末端执行器，其特征在于：所述的公转壳体（21）小头端设置套筒（22），所述的套筒（22）两端内孔各设置一个精密轴承（26），所述的滑动套筒（23）通过精密轴承（26）设置在公转壳体（21）上，两个精密轴承之间设有套筒（22），所述的精密轴承（26）与滑动套筒（23）两端分别设置内圈固定端盖（251、252）、外圈固定端盖（241、242）进行轴向定位。

3.根据权利要求1所述的制孔末端执行器，其特征在于：所述的过渡主轴（34）与刀具间还设置有弹簧夹头延长杆（35），所述的并紧螺母（37）设置在弹簧夹头延长杆（35）上。

4.根据权利要求1所述的制孔末端执行器，其特征在于：所述的公转壳体（21）内孔与外圆的偏心量和自转壳体（31）内孔与外圆的偏心量相等，偏移方向相反。

5.根据权利要求1所述的制孔末端执行器，其特征在于：所述的第一驱动装置（32）是电主轴或驱动马达。

6.根据权利要求1所述的制孔末端执行器，其特征在于：所述的第二驱动装置（41）输出轴与丝杆（42）均为中空结构，其内设置第一驱动装置（32）的控制信号输入线。