CN104175120B - 飞机机身壁板柔性装配平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机机身壁板柔性装配平台，由支撑在地面上的基体、垂直于基体表面的多组柔性装配单元和定位零件构成，基体由基体骨架、齿条、X向导轨、X向光栅尺组成；柔性装配单元由骨架、减速齿轮、Z向光栅尺、Z向导轨、减速电机、固定座、支撑座、丝杆、联轴器、Z向移动支架、Z向安装座、直连电动缸、Y向导轨、柔性夹持头组成；定位零件由H型框定位附件、蒙皮定位附件组成。本发明的通过更换定位零件就能同时满足对长桁、蒙皮、框三种机身壁板结构件要素的柔性定位，结构紧凑、刚性好、精度高，不需要辅助装配工装即可完成对机身壁板的装配，对飞机机身壁板具有普遍适用性，是一种极具价值的柔性装配平台。

Description

飞机机身壁板柔性装配平台

技术领域

本发明涉及飞机工装的柔性制造装配技术，特别是一种飞机机身壁板的柔性装配平台。

背景技术

飞机机身壁板主要由长桁、蒙皮、框、剪切片等部分组成，单个壁板组件蒙皮数量为1～3，长桁和框数量较多，壁板装配的主要工作量集中在长桁与框、长桁与蒙皮、蒙皮与框的连接上。夹具定位时，设计思路一般为：蒙皮内形和定位孔(或蒙皮边缘线)定位、外形压紧；长桁通常分为Z、L、[、T等形状，定位主要控制轴线面；框主要包含钣金框和机加框，通常分为Z、L、[、T、H等形状，框主要依据轴线面和定位孔定位；剪切片主要依据已经定位好的长桁、蒙皮、框来定位，不需要单独设置定位器。

飞机(特别是大中型)单机型机身壁板有典型结构的主要包含前机身(上壁板、左右侧壁板)、中机身(上壁板、左右侧壁板)、后机身(上壁板、左右侧壁板)等9块壁板，这些壁板曲率半径均在1500mm～6000mm不等左右。传统上，这些壁板采用装配型架装配，每块壁板均需要一套装配型架，每套装配型架设置相应框数的卡板，卡板设置对应长桁的长桁压紧器。这种方式每块壁板产品均需要一套装配型架，卡板数量极多，占地空间大，全手动操作，装配效率较低。而且每次机型外形改变时均会新制装配型架，计算很小改动的老机型，也会增加了大量的装配型架，更是极大的制约了新机研制的进度。

柔性装配单元在大批量、同类型的工业产品中得到应用，国内外对汽车产品的柔性夹持应用较多，这些柔性夹持定位精度要求均不高。目前，由于飞机机身壁板产品外形构件多结构复杂，精度要求高，很难形成批量，实现柔性较为困难，国内仅能实现长桁的柔性夹持和定位，应用时夹持实际效果并不理想、刚性差、精度低。

为增进飞机柔性装配技术的发展、改善占地空间、降低制造成本，提高装配效率，急需对飞机机身壁板的柔性夹持定位进行研究分析，研制一种能同时满足对实现长桁、蒙皮、框三种结构实行定位且刚性、稳定性和精度均好的无卡板全柔性装配平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞机机身壁板柔性装配平台，能同时满足对长桁、蒙皮、框三种壁板结构件要素的柔性定位，定位过程不需要额外的辅助工装。

为达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现：

一种飞机机身壁板柔性装配平台，包括支撑在地面上的基体、垂直于基体表面的多组柔性装配单元和定位零件，基体由基体骨架、齿条、X向导轨、X向光栅尺组成，基体骨架为凹型板网结构，齿条、X向导轨、光栅尺平行安装在基体骨架上表面；柔性装配单元由骨架、减速齿轮、Z向光栅尺、Z向导轨、减速电机、固定座、支撑座、丝杆、联轴器、Z向移动支架、Z向安装座、直连电动缸、Y向导轨、柔性夹持头组成，骨架上部为T型板网结构，下部固定在基体的X向导轨的滑块上，减速齿轮安装在骨架下侧，齿轮与基体上的齿条相配合，带动柔性装配单元沿X向导轨滑动，并由X向光栅尺精确记录柔性装配单元X向位置；Z向光栅尺、Z向导轨平行安装在骨架侧面上，Z向移动支架固定在Z向导轨的滑块上；减速电机与丝杆通过联轴器同轴连接在固定座上，并通过固定座、支撑座底端安装在骨架侧端；Z向移动支架通过Z向安装座连接在丝杆的导筒上，由减速电机驱动Z向移动支架沿Z向运动，Z向光栅尺精确记录柔性装配单元Z向位置；直连电动缸、Y向导轨沿Y向平行安装在Z向移动支架表面；直连电动缸后端固定在Z向移动支架侧端，前端与柔性夹持头活动连接；柔性夹持头安装在Y向导轨的滑块上，直连电动缸推动柔性夹持头沿Y向运动，并由直连电动缸上的绝对多圈编码器精确记录柔性装配单元Y向位置，定位零件活动连接在柔性夹持头上，由柔性夹持头带动到所要安装的最终正确位置。

其中，平台的关键性部件柔性夹持头由夹持底板、偏转头、叉形压紧件、耳片压紧件、偏转杆、偏转杆升降轴、齿轮、齿轮转动轴、微型汽缸、联轴器、伺服电机、中心轴、转动轴套、螺母、转动轴组成；夹持底板为柔性夹持头的基体，后端为一长条形底板，前段为叉形头，有一方腔在固定在底板上，方腔上开有有偏转杆升降轴、齿轮转动轴相应的连接孔；转动轴套套接在中心轴上，中心轴、转动轴套、螺母通过偏转头的转动中心将偏转头叉接在夹持底板的前端，转动轴穿过叉形压紧件、耳片压紧件的转动中心将其叉接在偏转头中，偏转杆与偏转头在下端呈90°销接，上端安装在夹持底板里的偏转杆的升降轴轴心上，齿轮、联轴器、伺服电机固定在齿轮的转动轴心上，微型汽缸固定在偏转头上。

最终完成定位的定位零件由H型框定位附件、蒙皮定位附件组成，H型框定位附件和蒙皮定位附件由叉形体和设有定位孔的定位板组成，蒙皮定位板上还需要加工出与蒙皮贴合的外形面。

本发明的优点在于仅仅通过更换定位零件就能同时满足对长桁、蒙皮、框三种机身壁板结构件要素的柔性定位，其结构紧凑、刚性好、精度高，不需要添加辅助装配工装即可完成对机身壁板的装配，对飞机机身壁板具有普遍适用性，更可推广至机身框、机翼壁板，是一种极具战略价值的柔性装配平台。

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1飞机机身壁板无卡板全柔性装配平台整体结构示意图；

图2飞机壁板的结构示意图；

图3基体结构图；

图4柔性装配单元结构图；

图5蒙皮及H型框定位及定位零件安装图；

图6蒙皮及H型框定位及定位零件安装图I详图

图7蒙皮及H型框定位及定位零件安装图II详图

图8柔性夹持头结构示意图1；

图9柔性夹持头结构示意图2；

图10柔性夹持头压紧件偏转结构示意图；

图11柔性夹持头偏转结构示意图；

图12夹持底板结构示意图；

图13偏转杆结构示意图

图14偏转头结构示意图；

图1～图14中：1、基体；2、柔性装配单元；3、定位零件；4、壁板；5、蒙皮；6、长桁；7、框；8、工艺耳片及孔；9、定位孔；10、基体骨架；11、齿条；12、X向导轨；13、X向光栅尺；14、骨架；15、减速齿轮；16、Z向光栅尺；17、Z向导轨；18、减速电机；19、固定座；20、支撑座；21、丝杆；22、联轴器；23、Z向移动支架；24、Z向安装座；25、直连电动缸；26、Y向导轨；27、柔性夹持头；28、H型框定位附件；29、蒙皮定位附件；30、夹持底板；31、偏转头；32、叉形压紧件；33、耳片压紧件；34、偏转杆；35、齿轮；36、微型汽缸；37、联轴器；38、伺服电机；39、压紧件转动中心；40、偏转头转动中心；41、中心轴；42、转动轴套；43、螺母；44、转动轴；45、底板；46、方腔；47、叉形头；48、偏转杆升降轴；49、齿轮转动轴；50、转动体；51、压紧体腔；52、偏转板；53、框定位头；54、长桁定位轴；55、框定位孔；56、偏转长圆槽；57、圆柱齿条；58、杆头

具体实施方式

参见图2，本发明应用的对象为飞机机身壁板4，飞机机身壁板4由蒙皮5、长桁6、框7等组成，在蒙皮上一般会设置工艺耳片及孔8，在框上也会设置定位孔9。

参见图1、图3、图4，在具体实施时，一种飞机机身壁板柔性装配平台，包括支撑在地面上的基体1、垂直于基体表面的多组柔性装配单元2和定位零件3，其特征在于所述的基体由基体骨架10、齿条11、X向导轨12、X向光栅尺13组成，基体骨架为凹型板网结构，齿条11、X向导轨12、光栅尺13平行安装在基体骨架10上表面；柔性装配单元2由骨架14、减速齿轮15、Z向光栅尺16、Z向导轨17、减速电机18、固定座19、支撑座20、丝杆21、联轴器22、Z向移动支架23、Z向安装座24、直连电动缸25、Y向导轨26、柔性夹持头27组成，所述的骨架14上部为T型板网结构，下部固定在所述基体1的X向导轨12的滑块上，减速齿轮15安装在骨架14下侧，齿轮15与所述基体1上的齿条11相配合，带动柔性装配单元2沿X向导轨12滑动，并由X向光栅尺13精确记录柔性装配单元2X向位置；Z向光栅尺16、Z向导轨17平行安装在骨架14侧面上，Z向移动支架23固定在Z向导轨17的滑块上；减速电机18与丝杆21通过联轴器22同轴连接在固定座19上，并通过固定座19、支撑座20底端安装在骨架14侧端；Z向移动支架23通过Z向安装座24连接在丝杆21的导筒上，由减速电机18驱动Z向移动支架23沿Z向运动，Z向光栅尺16精确记录柔性装配单元2的Z向位置；直连电动缸25、Y向导轨26沿Y向平行安装在Z向移动支架23表面；直连电动缸25后端固定在Z向移动支架23侧端，前端与柔性夹持头27活动连接；柔性夹持头27安装在Y向导轨26的滑块上，直连电动缸25推动柔性夹持头27沿Y向运动，并由直连电动缸25上的绝对多圈编码器精确记录柔性装配单元2的Y向位置，定位零件3活动连接在柔性夹持头27上，由柔性夹持头27带动到所要安装的最终正确位置。

参见图5，所述的定位零件3由H型框定位件28、蒙皮定位件29组成，H型框定位件由叉形件和定位板组成，定位板上设置定位孔，蒙皮定位件29由叉形体和定位板组成，定位板上设置蒙皮定位孔和定位外形面。

参见图5～图7，在具体使用时，通过X、Y、Z三个方向的运动机构驱动柔性夹持头27末端达到空间坐标位置，柔性夹持头27转动达到外形法线位置，利用H型框定位件28定位框7(H型框)，利用蒙皮定位件29定位蒙皮4上的工艺耳片及孔8，利用柔性夹持头27上直接定位长桁6的轴线面和框7(Z、L、[型框)的轴线面及定位孔9。

柔性夹持头参见图8～11由夹持底板30、偏转头31、叉形压紧件32、耳片压紧件33、偏转杆34、齿轮35、微型汽缸36、联轴器37、伺服电机38、中心轴41、转动轴套42、螺母43、转动轴44组成。夹持底板30为柔性夹持头3的基体，转动轴套42套接在中心轴41上，利用中心轴41、转动轴套42、螺母43将偏转头31通过偏转头转动中心39叉接在夹持底板30的前端，叉形压紧件32、耳片压紧件33利用转动轴44通过压紧件转动中心39叉接在偏转头31中，偏转杆34与偏转头31在下端呈90度销接，上端安装在夹持底板30里的偏转杆升降轴心40上，齿轮35、联轴器37、伺服电机38固定在齿轮转动轴49的轴心上，微型汽缸36固定在偏转头31上。

参见图12，所述的夹持底板30由底板45、方腔46、叉形头47、偏转杆升降轴48、齿轮转动轴49组成，夹持底板30后端的底板45为长条形，前段是叉形头47，方腔46在底板45、叉形头47过渡区一侧的边缘上，方腔46上设置有偏转杆升降轴48、齿轮转动轴49相应的连接孔。

参见图13，所述的偏转杆34由圆柱齿条57、杆头58组成，杆头58为叉形结构，圆柱齿条57与杆头58固定连接在一起。

参见图14，所述的偏转头31由转动体50、压紧体腔51、偏转板52、框定位头53、长桁定位轴54、定位孔55、偏转长圆槽56组成，转动体50设置有偏转头转动中心孔40，转动体50前端是压紧体腔51，后端是偏转板52，偏转板52后端是偏转长圆槽56，压紧体腔51前端设置有框定位头53和长桁定位轴54，长桁定位轴54嵌入在框定位头53中心位置，其前端伸出部分比框定位头53长，框定位头53设置有框定位孔55。

Claims (4)

1.一种飞机机身壁板柔性装配平台，包括支撑在地面上的基体、垂直于基体表面的多组柔性装配单元和定位零件，其特征在于所述的基体由基体骨架、齿条、X向导轨、X向光栅尺组成，基体骨架为凹型板网结构，齿条、X向导轨、X向光栅尺平行安装在基体骨架上表面；柔性装配单元由骨架、减速齿轮、Z向光栅尺、Z向导轨、减速电机、固定座、支撑座、丝杆、联轴器、Z向移动支架、Z向安装座、直连电动缸、Y向导轨、柔性夹持头组成，所述的骨架上部为T型板网结构，下部固定在所述基体的X向导轨的滑块上，减速齿轮安装在骨架下侧，齿轮与所述基体上的齿条相配合，带动柔性装配单元沿X向导轨滑动，并由X向光栅尺精确记录柔性装配单元X向位置；Z向光栅尺、Z向导轨平行安装在骨架侧面上，Z向移动支架固定在Z向导轨的滑块上；减速电机与丝杆通过联轴器同轴连接在固定座上，并通过固定座、支撑座底端安装在骨架侧端；Z向移动支架通过Z向安装座连接在丝杆的导筒上，由减速电机驱动Z向移动支架沿Z向运动，Z向光栅尺精确记录柔性装配单元Z向位置；直连电动缸、Y向导轨沿Y向平行安装在Z向移动支架表面；直连电动缸后端固定在Z向移动支架侧端，前端与柔性夹持头活动连接；柔性夹持头安装在Y向导轨的滑块上，直连电动缸推动柔性夹持头沿Y向运动，并由直连电动缸上的绝对多圈编码器精确记录柔性装配单元Y向位置，定位零件活动连接在柔性夹持头上，由柔性夹持头带动到所要安装的最终正确位置。

2.根据权利要求1所述的飞机机身壁板柔性装配平台，其特征在于：所述的柔性夹持头由夹持底板、偏转头、叉形压紧件、耳片压紧件、偏转杆、偏转杆升降轴、齿轮、齿轮转动轴、微型汽缸、联轴器、伺服电机、中心轴、转动轴套、螺母、转动轴组成；夹持底板为柔性夹持头的基体，后端为一长条形底板，前段为叉形头，有一方腔固定在夹持底板上，方腔上开有与偏转杆升降轴、齿轮转动轴相应的连接孔；转动轴套套接在中心轴上，中心轴、转动轴套、螺母通过偏转头的转动中心将偏转头叉接在夹持底板的前端，转动轴穿过叉形压紧件、耳片压紧件的转动中心将其叉接在偏转头中，偏转杆与偏转头在下端呈90°销接，上端安装在夹持底板里的偏转杆的升降轴轴心上，齿轮、联轴器、伺服电机固定在齿轮的转动轴心上，微型汽缸固定在偏转头上。

3.如权利要求2所述的飞机机身壁板柔性装配平台，其特征在于：所述的偏转头由转动体、压紧体腔、偏转板、框定位头、长桁定位轴组成，转动体设置有偏转头转动中心孔，转动体前端是压紧体腔，后端是偏转板，偏转板后端设有偏转长圆槽，压紧体腔前端设置有框定位头和长桁定位轴，长桁定位轴嵌入在框定位头中心位置，其前端伸出部分突出于框定位头，框定位头设置有框定位孔；所述的偏转杆由圆柱齿条、杆头组成，杆头为叉形零件，圆柱齿条与杆头固定连接在一起。

4.根据权利要求1所述的飞机机身壁板柔性装配平台，其特征在于：所述的定位零件由H型框定位附件、蒙皮定位附件组成，H型框定位附件和蒙皮定位附件由叉形体和设有定位孔的定位板组成，蒙皮定位板上还需要加工出与蒙皮贴合的外形面。