CN104647028A - 一种机翼翼盒数字化装配工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机翼翼盒数字化装配工装，包括前后大梁的定位夹紧，端肋定位安装，斜切肋定位安装，翼肋的定位，上下壁板定位安装，机器人制孔的机翼翼盒数字化装配；固定型架置于工作台上,两侧的X轴导轨上固定有齿轮齿条传动机构，X轴导轨上置有多个对称分布的立柱式多点阵真空吸盘；固定型架一侧的X轴导轨上置有翼肋定位装置，制孔机器人置于制孔机器人导轨上位于X轴导轨外侧，激光跟踪仪分别置于导轨外侧工作台上进行实时测量，实现机翼翼盒数字化装配工装的定位和零部件的检测。机翼翼盒数字化装配工装综合应用了包括数字化协调定位、激光跟踪测量、协同控制各种先进技术，缩短机翼翼盒装配周期，提高装配质量和可靠性。

Description

一种机翼翼盒数字化装配工装

技术领域

本发明涉及机械设计与工装设备领域，具体地说，涉及一种机翼翼盒数字化装配工装。

背景技术

飞机数字化装配技术及关键装备是飞机制造技术的重要内容，对减少装配工装、缩短生产准备周期、提高装配效率，提高装配生产线对装配对象、装配工艺流程和装配生产变化的快速响应能力，快速对客户市场的需求做出反应，对提高航空企业竞争力具有重要意义。

专利CN 103586806A中提出了一种飞机机翼翼盒C形梁的装配工装，包括底座平台、顶部平台，底座平台和顶部平台结构大小相同，位置相对；在底座平台和顶部平台之间设有竖向定位装置，在竖向定位装置上固连有横向定位装置以及磁力传动的竖向夹紧及夹角修正装置；在底座平台上靠近一个宽度的边上设有纵向定位装置；在底座平台的长度方向的一侧边设置有横向夹紧装置和角片装配装置。该工装仅仅针对翼盒C形梁的装配，并不能完成整个机翼翼盒的数字化装配。

发明专利CN 101850850A中公开了一种大飞机中机身数字化装配布局方法。该装配布局分为部件装配站位和加工站位两部分，工装采用对称布局。部件装配站位涉及的工装包括:壁板定位器、主起交点框定位器、激光跟踪仪、壁板保形架、主起交点框保形架、工艺中央翼、翼身对接框保形架、工艺地板、操作台和便携式小型高速孔加工设备。装配站位涉及的工装包括:机身定位器、多点阵柔性吸附工装、激光跟踪仪、主起交点孔面加工设备、机身端面和测量点孔加工设备、机身工艺接头和操作台。组建了先进的数字化生产线，提高了中机身装配的精度和效率。但是针对机翼翼盒的数字化装配没有相关技术来实现。

现有公开的文献“飞机翼盒水平装配柔性夹具设计与验证研究”(《第三届民用飞机先进制造技术及装备论坛论文汇编》2011年3月)中提出了一种在翼盒装配中应用的柔性水平式装配单元的实现方法。该工装采用基于盒式连接技术的柔性型架，在型架与飞机翼盒之前的柔性固持部分，采用六足定位装置满足其柔性需求。由主型架、六足定位装置以及机器人定位机构和测量装置形成完整的柔性工装。但是该翼盒是水平放置，装配操作需要在翼盒的上方进行，并且需要另外建立一个带有升降平台的型架，将机器人置于待装配的翼盒上方。而翼盒的垂直装配则需要装配操作在侧面进行，该工装不能应用于飞机翼盒的垂直装配。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服人工装配操作效率低，装配周期较长的问题，本发明提出一种机翼翼盒数字化装配工装，其目的是实现垂直装配条件下整体翼盒的装配，形成前后梁、端肋、斜切肋、普通翼肋、上下壁板、机器人制孔的整体翼盒的数字化装配生产线，缩短机翼翼盒装配周期，提高装配质量和可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括多个立柱式多点阵真空吸盘、1^#制孔机器人、固定型架、翼肋定位装置、2^#制孔机器人、激光跟踪仪、制孔机器人导轨、第一齿轮齿条传动机构、X轴第一导轨、第二齿轮齿条传动机构、X轴第二导轨、端肋定位板、辅助支撑装置、后梁定位夹具、前梁定位装置、外斜切肋定位装置导轨、外斜切肋定位装置、Z轴导轨、Y轴导向装置、伺服电机、丝杠、翼肋定位板、真空吸盘装置，固定型架为框架结构，固定型架內设有端肋定位板、辅助支撑装置、后梁定位夹具、前梁定位装置、外斜切肋定位装置导轨、外斜切肋定位装置，固定型架位于工作台上，X轴第一导轨、X轴第二导轨固定在工作台上固定型架的两侧,X轴第一导轨与X轴第二导轨上分别安装有第一齿轮齿条传动机构、第二齿轮齿条传动机构，制孔机器人导轨分别固定在X轴导轨外侧工作台上，且与X轴导轨形成双层工作面，固定型架端部的X轴第一导轨与X轴第二导轨上对称分布有多个立柱式多点阵真空吸盘；

所述翼肋定位装置位于固定型架一侧的X轴第一导轨上，翼肋定位装置竖直方向上安装有丝杠，丝杠一端与伺服电机通过联轴器固连，Y轴导向装置与丝杠连接,沿Z轴导轨上下滑动,Y轴导向装置上安装有翼肋定位板，实现X轴、Y轴、Z轴方向的运动；

所述激光跟踪仪分别位于制孔机器人导轨的外侧,两台激光跟踪仪相对进行实时测量，实现机翼翼盒数字化装配的定位和零部件的检测。

有益效果

本发明提出的机翼翼盒数字化装配工装，包括前后大梁的定位夹紧、端肋定位安装、斜切肋定位安装、翼肋的定位、上下壁板的定位安装、以及制孔机器人自动制孔，形成机翼翼盒数字化装配。翼肋、翼盒壁板的定位器可在X轴、Y轴、Z轴方向上构成全闭环控制，实现三个方向的精确移动和定位；机翼翼盒数字化装配工装中置有激光跟踪仪进行实时测量，实现零部件和工装的准确定位，同时完成壁板曲面外形的检测；机翼翼盒壁板的定位采用立柱式多点阵真空吸盘，多点阵柔性吸附工装生成与翼盒壁板几何外形完全一致的吸附点阵，当机翼壁板外形发生变化时，工装外形和布局可自行调整；翼肋定位装置上的定位器根据翼肋结构的大小更换，或者适当调整定位器上销孔的位置，从而实现不同结构尺寸翼肋的定位。

本发明机翼翼盒数字化装配工装，在装配过程中综合应用了包括数字化协调、激光跟踪测量、数字化定位、协同控制各种先进技术，从而缩短机翼翼盒装配周期，提高装配质量和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种机翼翼盒数字化装配工装作进一步详细说明。

图1为本发明机翼翼盒数字化装配工装轴侧图。

图2为本发明机翼翼盒数字化装配工装主视图。

图3为本发明机翼翼盒数字化装配工装俯视图。

图4为本发明机翼翼盒数字化装配工装左视图。

图5为本发明的固定型架轴侧图。

图6为本发明的翼肋定位装置轴侧图。

图7为本发明的立柱式多点阵真空吸盘轴侧图。

图中:

1.1^#立柱式多点阵真空吸盘  2.2^#立柱式多点阵真空吸盘

3.3^#立柱式多点阵真空吸盘  4.4^#立柱式多点阵真空吸盘

5.5^#立柱式多点阵真空吸盘  6.6^#立柱式多点阵真空吸盘

7.7^#立柱式多点阵真空吸盘   8.8^#立柱式多点阵真空吸盘

9.1^#制孔机器人 10.固定型架 11.翼肋定位装置 12.2^#制孔机器人 13.激光跟踪仪

14.制孔机器人导轨       15.第一齿轮齿条传动机构       16.X轴第一导轨

17.第二齿轮齿条传动机构  18.X轴第二导轨  19.端肋定位板 20.辅助支撑装置

21.后梁定位夹具       22.前梁定位装置       23.外斜切肋定位装置导轨

24.外斜切肋定位装置  25.Z轴导轨  26.Y轴导向装置  27.伺服电机  28.丝杠

29.翼肋定位板  30.真空吸盘装置

具体实施方式

本实施例是一种机翼翼盒数字化装配工装。

参阅图1～图4，机翼翼盒数字化装配工装为对称布局。固定型架10为框架结构,固定型架10內设有端肋定位板19、辅助支撑装置20、后梁定位夹具21、前梁定位装置22、外斜切肋定位装置导轨23、外斜切肋定位装置24,固定型架10安装在工作台上,X轴第一导轨16和X轴第二导轨18固定在固定型架的两侧，且平行安装在工作台上,X轴第一导轨16上和X轴第二导轨18上固定有第一齿轮齿条传动机构15和第二齿轮齿条传动机构18；1^#制孔机器人9和2^#制孔机器人12安装在X轴第一导轨16和X轴第二导轨18的外侧，且平行置于工作台上；固定型架10端部的X轴第一导轨16和X轴第二导轨18上置有多个对称分布的立柱式多点阵真空吸盘，每个立柱上均安装有三个真空吸盘装置；本实施例中立柱式多点阵真空吸盘为八个,即1^#立柱式多点阵真空吸盘1、2^#立柱式多点阵真空吸盘2、3^#立柱式多点阵真空吸盘3、4^#立柱式多点阵真空吸盘4、5^#立柱式多点阵真空吸盘5、6^#立柱式多点阵真空吸盘6、7^#立柱式多点阵真空吸盘7、8^#立柱式多点阵真空吸盘8。激光跟踪仪13分别安装在制孔机器人导轨14的外侧,两台激光跟踪仪相对进行实时测量，实现机翼翼盒数字化装配工装的定位和零部件的检测。

在本实施例中，翼肋定位装置11和1^#立柱式多点阵真空吸盘1、2^#立柱式多点阵真空吸盘2、3^#立柱式多点阵真空吸盘3、4^#立柱式多点阵真空吸盘4共用X轴第一导轨16。在完成翼肋的定位后，翼肋定位装置11退到固定型架10最右端，然后真空吸盘装置工作，完成上下壁板的定位。机翼翼盒数字化装配工装的工作层面分为双层平面，便于安装制孔机器人导轨14。

如图5、图6、图7，在固定型架10上完成前后梁、端肋、外斜切肋的定位。采用后梁定位夹具21实现后梁的定位；前梁的定位采用前梁定位装置22实现。前后梁定位后，首先要完成外斜切肋和端肋的定位，以此来保证外斜切肋的装配精度。端肋与外斜切肋均采用面定位与孔定位,一面两销结合的方式。用销钉定位后，再完成前后梁与端肋、外斜切肋的连接。翼盒端肋定位板19为固定面。外斜切肋定位装置24沿着外斜切肋定位装置导轨23实现X轴向运动，通过人工推动活动面，到指定位置后采用插销实现活动装置的定位，进而实现外斜切肋的定位。外斜切肋定位装置24做成活动装置，便于翼盒完成装配后的出架。

翼肋定位装置11放置在固定型架10一侧的X轴第一导轨16上，翼肋定位装置11上安装有丝杠28，丝杠28一端与伺服电机27通过联轴器固连，Y轴导向装置26与丝杠28连接,沿两Z轴导轨25上下滑动,Y轴导向装置26上设置有翼肋定位板29，实现X轴、Y轴、Z轴方向的运动。由于翼肋尺寸不同，在翼肋定位板29不同位置上设有定位销孔，通过定位面与两个定位销完成翼肋的定位，实现翼肋与前后梁的连接。立柱X方向的运动通过第一齿轮齿条传动机构15来实现。

为保证壁板在运送过程中不变形和壁板的精确定位；采用八个立柱多点阵真空吸盘与激光跟踪仪13配合来定位上下壁板。八个立柱多点阵真空吸盘沿X轴方向移动，真空吸盘装置30在驱动装置的带动下沿着Z轴方向和Y轴方向移动。八个立柱式多点阵真空吸盘沿X轴第一导轨16上固定的第一齿轮齿条传动机构15和X轴第二导轨18上固定的第二齿轮齿条传动机构18移动，真空吸盘装置30在Y轴方向的运动采用丝杠传动的方式。保证上下壁板不产生变形，采用活动立柱，同时在端肋定位板19上设计壁板定位器，定位前后壁板，并且采用激光跟踪仪13测量壁板定位。真空吸盘装置30采用垂直吸附壁板的的方式来完成。采用立柱多点阵真空吸盘定位上下壁板，完成壁板吊装—定位—夹紧—制孔—分离、清除切屑—二次定位—铆接工序，实现上下壁板的安装。上壁板的定位通过1^#～4^#立柱式多点阵真空吸盘完成，下壁板的定位通过5^#～8^#立柱式多点阵真空吸盘完成。

翼肋交点的安装要求较高，直接影响到飞机机翼总装时的整体协调，交点的协调采用数字量规取代实体量规的方法来完成，其方法是:用激光跟踪仪13测量工装定位器上的关键/控制特征点的工具球点坐标位置，采集其相对于工装坐标系统的坐标值，并与给出的该定位器在正确位置上时这3个工具点的理论坐标值进行比较。由于实际坐标值与理论坐标值存在误差，需要通过手动或自动方式调整定位器的位置，是测量的实际坐标值逐渐接近理论坐标值，当实际坐标值达到设计给定的理论坐标值的公差范围内时，即确定了定位器在工装中的正确空间位置。

翼肋和翼盒壁板定位器的运动轴采用封闭式光栅尺，在X轴、Y轴、Z轴三个方向上构成全闭环控制，采用多台激光跟踪仪建立装配车间的数字化精度场，翼肋定位器执行末端的定位件与翼肋用插销连接，壁板的定位依靠真空吸盘的吸附力来完成，利用力学传感器反馈回控制系统的信息来监控定位器的受力状态，利用位移传感器反馈回控制系统的信息来进行位置补偿，进而实现三个方向的精确移动和定位，实现对机身零部件和现场工装设备的准确定位。

本实施例机翼翼盒装配工艺过程:

步骤1.后梁的定位安装，后梁的定位采用固定型架10上的后梁定位夹具21进行定位夹紧；

步骤2.前梁的定位安装，前梁的定位通过固定型架10上前梁定位装置22的可伸缩连杆结合辅助支撑装置20，采用孔定位与面定位结合的方式完成；

步骤3.端肋的定位，通过定位端肋实现端肋与前后梁的连接，以固定型架10上的端肋定位板19为基准面，基准面上设有两个销孔，采用一面两销的方式完成端肋的定位；

步骤4.外斜切肋的定位，通过定位外斜切肋实现外斜切肋与前后梁的连接，外斜切肋定位装置24沿着外斜切肋定位装置导轨23运动，通过人工推动活动面，到指定位置后采用插销实现活动装置的定位，进而实现外斜切肋的定位；

步骤5.翼肋的定位，采用翼肋定位装置11上的翼肋定位板29来实现翼肋的定位，实现翼肋与前后梁的连接，考虑到翼肋的安装顺序直接影响到翼盒骨架的精度要求，翼肋的安装顺序应从两端到中间对称安装；

步骤6.1^#～8^#立柱式多点阵真空吸盘调整到位，进行设备自检；

步骤7.安装上壁板，使用1^#～4^#立柱式多点阵真空吸盘定位；

步骤8.机器人制孔，1^#制孔机器人9和2^#制孔机器人12分别沿两条制孔机器人导轨运动，制孔的位置在上壁板与翼肋、端肋、外斜切肋和前后梁的连接处，通过2^#制孔机器人完成上壁板的制孔；

步骤9.清理切屑，进行上壁板的二次定位；

步骤10.重复步骤6～步骤9，使用5^#～8^#立柱式多点阵真空吸盘完成下壁板的定位，通过1^#制孔机器人完成下壁板与翼肋、端肋、外斜切肋和前后梁的连接处制孔；

步骤11.外斜切肋定位装置的安装，外斜切肋定位装置24沿外斜切肋定位装置导轨23运动，通过人工推动活动面到指定位置后采用插销实现装置的定位，进而实现外斜切肋的定位，并采用激光跟踪仪13检测交点的位置，以保证交点位置的精确度；

步骤12.铆接，实现壁板与骨架的连接；

步骤13.完成装配，机翼翼盒下架。

Claims (1)

1.一种机翼翼盒数字化装配工装，其特征在于:包括多个立柱式多点阵真空吸盘、1^#制孔机器人、固定型架、翼肋定位装置、2^#制孔机器人、激光跟踪仪、制孔机器人导轨、第一齿轮齿条传动机构、X轴第一导轨、第二齿轮齿条传动机构、X轴第二导轨、端肋定位板、辅助支撑装置、后梁定位夹具、前梁定位装置、外斜切肋定位装置导轨、外斜切肋定位装置、Z轴导轨、Y轴导向装置、伺服电机、丝杠、翼肋定位板、真空吸盘装置，固定型架为框架结构，固定型架內设有端肋定位板、辅助支撑装置、后梁定位夹具、前梁定位装置、外斜切肋定位装置导轨、外斜切肋定位装置，固定型架位于工作台上，X轴第一导轨、X轴第二导轨固定在工作台上固定型架的两侧,X轴第一导轨与X轴第二导轨上分别安装有第一齿轮齿条传动机构、第二齿轮齿条传动机构，制孔机器人导轨分别固定在X轴导轨外侧工作台上，且与X轴导轨形成双层工作面，固定型架端部的X轴第一导轨与X轴第二导轨上对称分布有多个立柱式多点阵真空吸盘；

所述翼肋定位装置位于固定型架一侧的X轴第一导轨上，翼肋定位装置竖直方向上安装有丝杠，丝杠一端与伺服电机通过联轴器固连，Y轴导向装置与丝杠连接,沿Z轴导轨上下滑动,Y轴导向装置上安装有翼肋定位板，实现X轴、Y轴、Z轴方向的运动；

所述激光跟踪仪分别位于制孔机器人导轨的外侧,两台激光跟踪仪相对进行实时测量，实现机翼翼盒数字化装配的定位和零部件的检测。