CN103921116B - 一种飞机壁板柔性装配系统 - Google Patents

一种飞机壁板柔性装配系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞机壁板柔性装配系统，包括固定基架、沿X轴方向运动且与固定基架相互配合的活动基架、若干设置在固定基架和活动基架上用于卡持飞机壁板的柔性卡板组件、若干设置在固定基架和活动基架上用于调整柔性卡板组件的位置的传动定位单元、以及机器人制孔系统。本发明通过调节内侧固定卡板和外侧固定卡板的位置以及更换可换内型卡板和可换蒙皮卡板可以满足不同飞机壁板的定位装配需求，实现装配系统的柔性化；采用分布在壁板装配工装两侧的两套机器人制孔系统，可以同时满足飞机壁板两侧的自动制孔连接要求。本发明装配系统的柔性化程度高，可以实现飞机壁板的高效高质量装配，大大降低装配周期，节约成本。

Description

一种飞机壁板柔性装配系统
技术领域
本发明属于飞机数字化装配技术领域，涉及一种飞机壁板柔性装配系统。
背景技术
飞机装配是飞机制造过程中的主要环节，飞机装配是将零件、组件或部件按照设计和技术要求进行组合、连接形成高一级的装配件或整机的过程，是飞机制造的关键和核心环节，在很大程度上决定了飞机最终质量、制造成本和周期。现代飞机制造过程中，装配连接质量直接影响飞机结构抗疲劳性能与可靠性，最终影响飞机寿命。值得注意的是国外发达国对飞机数字化装配技术相当关注，已投入巨资研发，并取得了令人瞩目的成功。
近年来，由于加工技术水平的提高，研究水平的提高，我国航空制造与装配水平不断提高，飞机的装配质量和效率显著提高。但是，与国外相比我国飞机装配技术尤其大型飞机的装配技术与国外相比仍有一断较大距离。随着我国军事、科技、经济等方面的发展，目前飞机装配水平越来越不能满足现代社会发展对飞机长寿命、高可靠性要求。
目前，我国飞机装配过程中的连接装配仍以手工钻铆为主，质量稳定性较差，并且需要大量采用专用型架，成本高，制孔效率低，与国外差距较大。本发明针对我国飞机壁板装配的现状和难点，设计发明了一种飞机壁板柔性装配系统，可以满足不同大小形状的飞机壁板零件的装配需求；装配系统的设备结构简单，占用空间小，柔性化程度高，可以实现飞机壁板的高效高质量装配，大大降低装配周期，节约成本。综合看来，飞机壁板柔性装配系统拥有很强的竞争力和实用性，对提升我国航空航天制造装备业自动化水平，加快推动我国飞机数字化制造装配的进步有着重大意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种飞机壁板柔性装配系统，适用于飞机壁板装配中蒙皮、角片、长桁、框的定位安装与制孔连接等功能。
本发明采取的技术方案如下：
一种飞机壁板柔性装配系统，包括：
固定基架，固定安装在地面上；
活动基架，沿X轴方向运动，且与固定基架相互配合；
若干柔性卡板组件，设置在固定基架和活动基架上，用于卡持飞机壁板；
若干传动定位单元，设置在固定基架和活动基架上，用于调整柔性卡板组件的位置；
机器人制孔系统，设置在柔性卡板组件的两侧；
所述X轴方向与固定基架的长度方向平行。
作为优选，所述传动定位单元包括：
X向导轨，沿X轴方向布置在固定基架或活动基架上；
滑座，与X向导轨滑动配合；
Y向导轨，沿Y轴方向布置在所述滑座上；
卡板座，与Y向导轨滑动配合；
所述Y轴方向与X轴方向相互垂直，且X轴与Y轴组成的平面与地面平行。
传动定位单元能够调整卡板座在Y轴方向和X轴方向的位置。
作为优选，所述传动定位单元还包括：
Y向驱动电机，固定在滑座上；
Y向滚珠丝杠副，受所述Y向驱动电机驱动，且Y向滚珠丝杠副的螺母与卡板座固定。
滚珠丝杠副包括丝杆和螺母，滚珠丝杠副将伺服电机输出的回转运动转化为直线运动，具有精度高、无侧隙、刚度高等优点。
作为优选，所述传动定位单元还包括：
X向长齿条，沿X轴方向布置在固定基架或活动基架上；
X向驱动电机，固定在滑座上；
X向传动齿轮，受所述X向驱动电机驱动与所述长齿条配合。
为了使传动定位单元具有锁紧定位功能，作为优选，所述卡板座上设有Y向定位销，滑座上设有与Y向定位销配合的Y向气动夹紧元件；所述固定基架和活动基架上设有X向定位销，滑座上设有与X向定位销配合的X向气动夹紧元件。
当柔性卡板组件完成Y向位置调整后，锁紧Y向定位销与Y向气动夹紧元件，卡板座与滑座连接固定，实现柔性卡板组件的Y向精确定位；当柔性卡板组件完成X向位置调整后，锁紧X向定位销与X向气动夹紧元件，滑座与固定基架或活动基架连接固定，实现柔性卡板组件的X向精确定位。
作为优选，所述柔性卡板组件包括设置在固定基架上的内侧卡板组件以及设置在活动基架上的外侧卡板组件，所述内侧卡板组件包括：
内侧固定卡板，设置在固定基架上，且两端均与对应传动定位单元的卡板座固定；
可换内型卡板，设置在内侧固定卡板上；
所述外侧卡板组件包括：
外侧固定卡板，设置在活动基架上，且两端均与对应传动定位单元的卡板座固定；
可换蒙皮卡板，设置在外侧固定卡板上。
内侧固定卡板和外侧固定卡板的两端均和卡板座固定，通过传动定位单元可以调节内侧固定卡板和外侧固定卡板两端的位置，可换内型卡板、可换蒙皮卡板均可以更换，通过调节内侧固定卡板和外侧固定卡板的位置以及更换可换内型卡板和可换蒙皮卡板可以满足不同飞机壁板的定位装配需求，实现装配系统的柔性化。
作为优选，所述固定基架和活动基架构成壁板装配工装，所述机器人制孔系统有两套，分别设置在壁板装配工装的两侧，每套机器人制孔系统均包括机器人移动平台底座以及设置在机器人移动平台底座上的机器人制孔装置。
采用分布在壁板装配工装两侧的两套机器人制孔系统，可以同时满足飞机壁板两侧的自动制孔连接要求。
作为优选，还包括与活动基架配合的基架底座，该基架底座上设有直线导轨，所述活动基架与直线导轨滑动配合。
作为优选，所述可换蒙皮卡板上还设有蒙皮真空吸盘。
真空吸盘通过管路连接有真空发生器，蒙皮真空吸盘形成负压使飞机蒙皮牢牢地吸附在外侧卡板组件上，实现壁板组件装配过程中飞机蒙皮或壁板组件的定位、安装与拆卸等功能。
作为优选，还包括设置在活动基架和固定基架之间，用于活动基架与固定基架的连接定位的定位器卡扣。
定位器卡扣具有提高装配精度的功能，通过定位器卡扣可以使固定基架和活动基架连接成为一个柔性整体，能够防止固定基架和活动基架在装配连接过程中由于较大外力作用发生位置偏差从而导致飞机壁板装配精度达不到指定要求的问题。
本发明的有益效果是：
1)通过调节内侧固定卡板和外侧固定卡板的位置以及更换可换内型卡板和可换蒙皮卡板可以满足不同飞机壁板的定位装配需求，实现装配系统的柔性化。
2)采用分布在壁板装配工装两侧的两套机器人制孔系统，可以同时满足飞机壁板两侧的自动制孔连接要求。
3)通过定位器卡扣可以使固定基架和活动基架连接成为一个柔性整体，能够防止固定基架和活动基架在装配连接过程中由于较大外力作用发生位置偏差从而导致飞机壁板装配精度达不到指定要求的问题。
4)装配系统的柔性化程度高，可以实现飞机壁板的高效高质量装配，大大降低装配周期，节约成本。
附图说明
图1是本发明飞机壁板柔性装配系统整体结构示意图；
图2是本发明飞机壁板柔性装配系统的侧视图；
图3是固定基架的结构示意图；
图4是图3中A部分的局部放大图；
图5是图3中B部分的局部放大图；
图6是柔性卡板组件的结构示意图；
图7是图6中C部分的局部放大图。
图中各附图标记为：
1.活动基架、2.柔性卡板组件、3.飞机壁板、4.固定基架、5.基架底座、6.机器人移动平台底座、7.机器人制孔装置、8.外侧固定卡板、9.可换蒙皮卡板、10.可换内型卡板、11.内侧固定卡板、12.卡板座、13.定位器卡扣、14.传动定位单元、15.X向驱动电机、16.X向传动齿轮、17.Y向定位销、18.Y向气动夹紧元件、19.X向导轨、20.X向长齿条、21.X向气动夹紧元件、22.X向定位销、23.滑座、24.Y向驱动电机、25.Y向导轨、26.Y向滚珠丝杠副、27.蒙皮真空吸盘。
具体实施方式
下面结合各附图，对本发明飞机壁板柔性装配系统做详细描述。
如图1、2所示，一种飞机壁板柔性装配系统，包括：
固定基架4，固定安装在地面上；
活动基架1，与固定基架相互配合；
基架底座5，设有沿X轴方向布置的直线导轨，活动基架与直线导轨滑动配合；
若干柔性卡板组件2，设置在固定基架和活动基架上，用于卡持飞机壁板3；
若干传动定位单元14，设置在固定基架和活动基架上，用于调整柔性卡板组件的位置；
定位器卡扣13，设置在活动基架和固定基架之间，用于活动基架与固定基架的连接定位；
X轴方向与固定基架的长度方向平行。
相互配合的固定基架和活动基架构成壁板装配工装，壁板装配工装的两侧均设有一套机器人制孔系统，每套机器人制孔系统均包括机器人移动平台底座6以及设置在机器人移动平台底座上的机器人制孔装置7。
如图3～7所示，传动定位单元包括：
X向导轨19，沿X轴方向布置在固定基架或活动基架上；
滑座23，与X向导轨滑动配合；
X向长齿条20，沿X轴方向布置在固定基架或活动基架上；
X向驱动电机15，固定在滑座上；
X向传动齿轮16，受X向驱动电机驱动与长齿条配合；
Y向导轨25，沿Y轴方向布置在滑座上；
卡板座12，与Y向导轨滑动配合；
Y向驱动电机24，固定在滑座上；
Y向滚珠丝杠副26，受Y向驱动电机驱动，且Y向滚珠丝杠副的螺母与卡板座固定；
Y轴方向与X轴方向相互垂直，且X轴与Y轴组成的平面与地面平行。
为了使传动定位单元具有锁紧定位功能，卡板座上设有Y向定位销17，滑座上设有与Y向定位销配合的Y向气动夹紧元件18；固定基架和活动基架上设有X向定位销22，滑座上设有与X向定位销配合的X向气动夹紧元件21。当柔性卡板组件完成Y向位置调整后，锁紧Y向定位销与Y向气动夹紧元件，卡板座与滑座连接固定，实现柔性卡板组件的Y向精确定位；当柔性卡板组件完成X向位置调整后，锁紧X向定位销与X向气动夹紧元件，滑座与固定基架或活动基架连接固定，实现柔性卡板组件的X向精确定位。
如图2、6所示，柔性卡板组件包括设置在固定基架上的内侧卡板组件以及设置在活动基架上的外侧卡板组件，内侧卡板组件包括：
内侧固定卡板11，设置在固定基架上，且两端均与对应传动定位单元的卡板座12固定；
可换内型卡板10，设置在内侧固定卡板上；
外侧卡板组件包括：
外侧固定卡板8，设置在活动基架上，且两端均与对应传动定位单元的卡板座固定；
可换蒙皮卡板9，设置在外侧固定卡板上，可换蒙皮卡板上还设有蒙皮真空吸盘27。
本发明的工作过程如下：
1)固定基架装配
固定基架固定安装在地面上，内侧卡板组件安装在固定基架上，通过调整相应的传动定位单元，实现内侧卡板组件的X向和Y向位置调整，完成内侧卡板组件的位置调整后，锁紧固定基架上各个气动夹紧元件，完成内侧卡板组件的精确定位。在可换内型卡板上安装定位长桁。
2)活动基架装配
活动基架安装在基架底座上，可沿基架底座上的直线导轨实现活动基架的X向位置调整。外侧卡板组件安装在活动基架上，通过调整相应的传动定位单元，实现外侧卡板组件的X向和Y向位置调整，完成外侧卡板组件的位置调整后，锁紧活动基架上各个气动夹紧元件，完成外侧卡板组件的精确定位。飞机蒙皮通过蒙皮真空吸盘安装在可换蒙皮卡板上。
3)固定基架、活动基架定位
沿基架底座上的直线导轨调整活动基架的位置，通过定位器卡扣实现固定基架与活动基架的连接定位。通过整体调整外侧卡板组件的X向和Y向位置，实现飞机蒙皮与长桁的精确定位。
4)飞机壁板组件装配
锁紧各个柔性卡板组件，通过两侧的机器人制孔系统及人工完成长桁、角片、框与飞机蒙皮间的制孔和预连接。在飞机壁板组件装配过程中，需要完成去毛刺、涂胶等工艺过程，相应的，可以整体调整外侧卡板组件与活动基架的位置，是活动基架与固定基架分离，空出去毛刺、涂胶等工艺过程的所需工作空间，完成去毛刺、涂胶等工艺过程后，可重新复位活动基架与外侧卡板组件位置以完成飞机壁板组件的所有装配工作。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，包括：
固定基架，固定安装在地面上；
活动基架，沿X轴方向运动，且与固定基架相互配合；
若干柔性卡板组件，设置在固定基架和活动基架上，用于卡持飞机壁板；
若干传动定位单元，设置在固定基架和活动基架上，用于调整柔性卡板组件的位置；
机器人制孔系统，设置在柔性卡板组件的两侧；
所述X轴方向与固定基架的长度方向平行；
所述传动定位单元包括：
X向导轨，沿X轴方向布置在固定基架或活动基架上；
滑座，与X向导轨滑动配合；
Y向导轨，沿Y轴方向布置在所述滑座上；
卡板座，与Y向导轨滑动配合；
所述Y轴方向与X轴方向相互垂直，且X轴与Y轴组成的平面与地面平行。
2.根据权利要求1所述的飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，所述传动定位单元还包括：
Y向驱动电机，固定在滑座上；
Y向滚珠丝杠副，受所述Y向驱动电机驱动，且Y向滚珠丝杠副的螺母与卡板座固定。
3.根据权利要求1所述的飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，所述传动定位单元还包括：
X向长齿条，沿X轴方向布置在固定基架或活动基架上；
X向驱动电机，固定在滑座上；
X向传动齿轮，受所述X向驱动电机驱动与所述长齿条配合。
4.根据权利要求1所述的飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，所述卡板座上设有Y向定位销，滑座上设有与Y向定位销配合的Y向气动夹紧元件；所述固定基架和活动基架上设有X向定位销，滑座上设有与X向定位销配合的X向气动夹紧元件。
5.根据权利要求1所述的飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，所述柔性卡板组件包括设置在固定基架上的内侧卡板组件以及设置在活动基架上的外侧卡板组件，所述内侧卡板组件包括：
内侧固定卡板，设置在固定基架上，且两端均与对应传动定位单元的卡板座固定；
可换内型卡板，设置在内侧固定卡板上；
所述外侧卡板组件包括：
外侧固定卡板，设置在活动基架上，且两端均与对应传动定位单元的卡板座固定；
可换蒙皮卡板，设置在外侧固定卡板上。
6.根据权利要求1所述的飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，所述固定基架和活动基架构成壁板装配工装，所述机器人制孔系统有两套，分别设置在壁板装配工装的两侧，每套机器人制孔系统均包括机器人移动平台底座以及设置在机器人移动平台底座上的机器人制孔装置。
7.根据权利要求1所述的飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，还包括与活动基架配合的基架底座，该基架底座上设有直线导轨，所述活动基架与直线导轨滑动配合。
8.根据权利要求5所述的飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，所述可换蒙皮卡板上还设有蒙皮真空吸盘。
9.根据权利要求1所述的飞机壁板柔性装配系统，其特征在于，还包括设置在活动基架和固定基架之间用于活动基架与固定基架的连接定位的定位器卡扣。
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