CN104741662B - 自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚，安装在主轴底板上，主轴底板上安装制孔主轴，主轴底板安装在末端执行器的内部十字滑台上，制孔主轴随主轴底板在十字滑台上的运动而进给，其特征在于：压力脚包括压力脚本体、压力脚伺服系统，压力脚本体连接压力脚基座，压力脚伺服系统包括伺服电机、驱动气缸、控制伺服电机和驱动气缸的上位机，上位机安装在末端执行器控制器上，伺服电机驱动滚珠丝杠，丝杆上固定第一丝杆连接板，丝杆两侧对称布置驱动气缸，驱动气缸安装在第一丝杆连接板底部，驱动气缸输出端与压力脚本体连接，第一丝杆连接板通过滑块安装在导轨上。

Description

自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚及控制方法

技术领域

本发明涉及自动钻铆技术领域，特别说明一种自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚及控制方法。

背景技术

随着现代飞机性能要求的提高，自动化装配技术得到了越来越广泛的应用。而末端执行器作为自动钻铆系统的加工单元，承担着压紧工件，检测法向，加工工件的职能。为了加快研发周期，降低风险，当前主流的加工单元都采用模块化的研制思路，而压力脚作为减少贴合面毛刺的主要方法，已经成为加工质量的重要保证。

在飞机的大部件对接过程中，自动化制孔主要采用单向压紧的方法，采用单向压紧主要是由于形成部段之后飞机的内部结构已经非常复杂，开敞性不好难以在机舱内部放置法向压紧装置，因此不易实现双向压紧。基于以上原因，采用单向压紧制孔就成为必然手段。对飞机装配无毛刺的要求主要体现在零件之间的贴合面上，也就是连接的零部件之间不允许有毛刺和切屑。从目前掌握的资料看，对贴合面毛刺问题的理论研究关注较少，对贴合面毛刺研究的资料也很少，因此，单向压紧情况下贴合面毛刺主动控制技术的研究和解决，对于飞机自动化装配技术的发展和应用会起到重要作用，目前国内各飞机制造主机厂先后采购或开发轻型自动化装配系统，这也给单向压紧制孔工艺的研究提出了要求，该项研究也将为轻型自动化装配系统的工程应用提供技术支持和应用保障。

目前检索的国内外末端执行器在压力脚的结构设计上大都采用气缸或电机驱动，进给方式采用独立进给，这样的结构和进给方式存在以下不足：

(1)独立的气缸进给压力不稳定，且无法调整制孔时的压紧状态，使压紧力随着主轴进给增大，影响加工质量；

(2)独立的电机驱动没有缓冲与过载保护作用，无法保证调整压紧力时的稳定性，影响制孔质量，严重时损坏工件；

(3)压力脚与主轴系统的独立运行使作用在工件上的力变大，且随着制孔力的波动而波动，影响系统的制孔稳定性。

发明内容

本发明提供了一种电机-双气缸进给的压力脚结构形式，采用压力脚两次进给的方式完成压紧工作，可以实现压力脚的控制精度高、压紧力稳定，而且压紧力容易控制。具体技术方案如下：

一种自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚，安装在主轴底板上，主轴底板上安装制孔主轴，主轴底板安装在末端执行器的内部十字滑台上，制孔主轴随主轴底板在十字滑台上的运动而进给，其特征在于：压力脚包括压力脚本体、压力脚伺服系统，压力脚本体连接压力脚基座，压力脚伺服系统包括伺服电机、驱动气缸、控制伺服电机和驱动气缸的上位机，上位机安装在末端执行器控制器上，伺服电机驱动滚珠丝杠，丝杆上固定第一丝杆连接板，丝杆两侧对称布置驱动气缸，驱动气缸安装在第一丝杆连接板底部，驱动气缸输出端与压力脚本体连接，第一丝杆连接板通过滑块安装在导轨上。

进一步，第一丝杆连接板底部的驱动气缸共两个，纵向对称分布，驱动气缸输出端连接滚珠轴承，滚珠轴承通过连杆连接第二丝杆连接板，第二丝杆连接板连接压力脚本体。

进一步，压力脚基座上设有排屑管路，排屑管路连接真空旁路吸屑单元。

上述自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

1)伺服电机驱动压力脚预进给：末端执行器制孔主轴到达待加工孔位，伺服电机接收上位机发出的信号，开始正转，驱动滚珠丝杠，第一丝杆连接板带动滑块沿导轨位移，推动驱动气缸进而带动第二丝杆连接板间接推动压力脚本体进给接近待加工孔位；

2)驱动气缸驱动压力脚进给：压力脚本体进给接近待加工孔位后处于驱动气缸行程范围内，此时电机停转，驱动气缸启动，将转动转换成直线运动，通过第二丝杆连接板驱动压力脚本体进给压紧工件，压紧力达到预设压紧力值时，驱动气缸停止工作；

3)制孔主轴进给：驱动气缸停止工作后，制孔主轴跟随十字滑台开始进给，同时启动伺服电机反转，上位机控制伺服电机与制孔主轴的进给电机反相同步，保持制孔时压紧力不变；

4)制孔完成后，制孔主轴退出孔外后停转并退回原位，伺服电机继续反转，压力脚本体返回初始位置，等待下一孔位的加工。

步骤1)中，由于钻铆系统自身结构尺寸限制，初始时压力脚本体处于距待加工表面较高位置，超出气缸行程，因此需要利用伺服电机预进给，推动驱动气缸，将压力脚本体送达工件表面附近，进入驱动气缸行程范围内伺服电机停转。伺服电机通过丝杠螺母与驱动气缸上方的第一丝杆连接板刚性连接，第一丝杆连接板与滑块刚性连接，因此，伺服电机可推动压力脚本体运动实现预进给。

步骤2)中，完成初步进给指压力脚本体与工件表面之间的距离小于驱动气缸行程，即可用驱动气缸实现压紧工件。当伺服电机完成预进给后，上位机发出信号启动两个驱动气缸，并控制两个驱动气缸同步运动以实现压力脚稳定压紧。两个驱动气缸推动第二丝杆连接板，间接推动压力脚本体进给。当接收到上位机的启动信号时，驱动气缸压缩气体直至达到所需压紧力。

步骤3)中，由于主轴进给的同时压力脚本体也会产生前进运动，使压紧力增大，本发明利用伺服电机的反转实现压紧力的基本恒定。通过控制伺服电机反转的速度与位移量，使作用在工件表面的压紧力保持在允许变动的范围内。

本发明可根据不同的工作环境安装不同行程的驱动气缸，灵活机动，以防由于其自身结构长度的限制使压力脚与工件产生干涉。排屑管路通过压力脚基座连接，可将制孔过程中产生的残留物排出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、充分利用关联结构，使压力脚结构简单紧凑；2、压力精度高；3、避免了压紧力与制孔力对工件表面的共同作用；4、压力控制稳定性好。

附图说明

图1为具体实施例的压力脚结构示意图；

图2为具体实施例的系统工作流程图。

图中：1-主轴底板，2-伺服电机，3-电机底座，4-导轨，5-滑块，6-第一丝杆连接板，7-排屑管路，8-驱动气缸，9-第二丝杆连接板，10-激光位移传感器组件，11-滚动轴承，12-压力脚基座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示的自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚，安装在主轴底板1上，主轴底板1上安装制孔主轴，主轴底板1安装在末端执行器的内部十字滑台上，制孔主轴随主轴底板1在十字滑台上的运动而进给，压力脚包括压力脚本体、压力脚伺服系统，压力脚本体连接压力脚基座12，压力脚伺服系统包括伺服电机2、驱动气缸8、控制伺服电机2和驱动气缸8的上位机，上位机安装在末端执行器控制器上，伺服电机2驱动滚珠丝杠，丝杆上固定第一丝杆连接板6，丝杆两侧对称布置驱动气缸8，驱动气缸8安装在第一丝杆连接板6底部，驱动气缸8输出端与压力脚本体连接，第一丝杆连接板6通过滑块5安装在导轨4上。

第一丝杆连接板6底部的驱动气缸8共两个，纵向对称分布，驱动气缸8输出端连接滚珠轴承11，滚珠轴承11通过连杆连接第二丝杆连接板9，第二丝杆连接板9连接压力脚本体。压力脚基座12上设有排屑管路7，排屑管路7连接真空旁路吸屑单元，伺服电机2通过电机底座3固定在主轴底板2上，压力脚基座12上安装激光位移传感器10组件。

由于工件表面存在一定曲率，压力脚压紧并完全贴合时，不可避免的发生微小转动，本发明在驱动气缸8输出端与压力脚本体间设计安装滚动轴承11，可实现压力脚本体在工件表面上的微小转动，使压力脚垫圈与工件表面完全贴合，为制孔质量提供保证。压力脚基座12同时也是排屑管路7与激光位移传感器组件10的支座，为维护工作环境的整洁，保证制孔锪窝质量，本发明匹配真空旁路吸屑单元，对制孔过程中产生的粉尘和废屑进行及时吸除。

图2为系统工作流程图，当末端执行器到达待加工孔位，伺服电机接收上位机发出的信号正转，驱动滚珠丝杠带动压力脚本体与制孔主轴相对运动预先进给。由于电机控制稳定、快速，使用伺服电机完成预进给效率高、精度高且易于控制。当压力脚本体到达驱动气缸的行程范围内，上位机发出信号，同时启动压力脚两个并联驱动气缸，驱动气缸选取同一规格，同一型号，两个驱动气缸由同一气源供气以保证气压相同，实现同步运动。两个驱动气缸的输出端安装有相同的滚动轴承，使压力脚压紧部位可沿着工件表面的曲率进行相应转动调整。由于气体具有压缩性和过载保护性，采用气缸驱动压紧方式使压力脚压紧更加平稳。压紧力达到预设压紧力时，驱动气缸停止工作，制孔主轴开始进给，同时伺服电机反转，通过调节其转动速度与位移量，控制其转动与制孔主轴进给的电机反向同步，即保证制孔主轴进给的同时，压紧力保持不变。制孔完成后，制孔主轴停转并退回，伺服电机反转、驱动气缸退回，均回到初始位置，等待下一孔位的加工。

Claims (1)

1.一种自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚的控制方法，压力脚安装在主轴底板上，主轴底板上安装制孔主轴，主轴底板安装在末端执行器的内部十字滑台上，制孔主轴随主轴底板在十字滑台上的运动而进给，其特征在于：压力脚包括压力脚本体、压力脚伺服系统，压力脚本体连接压力脚基座，压力脚伺服系统包括伺服电机、驱动气缸、控制伺服电机和驱动气缸的上位机，上位机安装在末端执行器控制器上，伺服电机驱动滚珠丝杆，丝杆上固定第一丝杆连接板，丝杆两侧对称布置驱动气缸，驱动气缸安装在第一丝杆连接板底部，驱动气缸输出端与压力脚本体连接，第一丝杆连接板通过滑块安装在导轨上；第一丝杆连接板底部的驱动气缸共两个，纵向对称分布，驱动气缸输出端连接滚珠轴承，滚珠轴承通过连杆连接第二丝杆连接板，第二丝杆连接板连接压力脚本体；压力脚基座上设有排屑管路，排屑管路连接真空旁路吸屑单元；自动制孔末端执行器的电动气动耦合的压力脚的控制方法包括如下步骤：

1)伺服电机驱动压力脚预进给：末端执行器制孔主轴到达待加工孔位，伺服电机接收上位机发出的信号，开始正转，驱动滚珠丝杆，第一丝杆连接板带动滑块沿导轨位移，推动驱动气缸进而带动第二丝杆连接板间接推动压力脚本体进给接近待加工孔位；

2)驱动气缸驱动压力脚进给：压力脚本体进给接近待加工孔位后处于驱动气缸行程范围内，此时电机停转，驱动气缸启动，将转动转换成直线运动，通过第二丝杆连接板驱动压力脚本体进给压紧工件，压紧力达到预设压紧力值时，驱动气缸停止工作；

3)制孔主轴进给：驱动气缸停止工作后，制孔主轴跟随十字滑台开始进给，同时启动伺服电机反转，上位机控制伺服电机与制孔主轴的进给电机反相同步，保持制孔时压紧力不变；

4)制孔完成后，制孔主轴退出孔外后停转并退回原位，伺服电机继续反转，压力脚本体返回初始位置，等待下一孔位的加工。