CN105618659B - 一种自动钻铆机的插钉压铆单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动钻铆机的插钉压铆单元，所述插钉压铆单元包括壳体，该壳体的外侧安装有驱动模块，该驱动模块包括用于提供插钉压铆单元作业时所需动力的驱动电机；壳体内设有进给模块，该进给模块包括与驱动电机相连并转动安装在壳体内的滚珠丝杠副，该滚珠丝杠副中的丝杠螺母座背向滚珠丝杠副和驱动电机连接处的一面固定有伸出壳体外侧的伸缩柱，伸缩柱背向丝杠螺母座的一端固定有用于作业的上铆模；所述壳体上还设有通过检测进给模块的轴向载荷和伸缩柱的轴向位移的检测模块。本发明具有结构紧凑、反馈精确、安全性和可靠性高以及适应性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及机加工领域，特别是涉及一种自动钻铆机的插钉压铆单元。
背景技术
飞机装配是飞机制造的主要环节，而铆接是飞机壁板装配过程中的主要连接方法，铆接的质量和效率直接影响着飞机装配、飞机制造的质量和效率。近年来，随着装配技术的发展，自动钻铆机的使用已经逐渐代替了传统的人工铆接，铆接质量和铆接效率都有了大幅度的提高。目前，国内自动钻铆机的开发和制造依然处于空白状态，国内飞机制造厂商所使用自动钻铆机全部采购于国外厂商。
自动钻铆机的整个铆接过程分为插钉和铆接两个阶段，压铆是目前已有自动钻铆机实现铆接的主流方式，这就需要设计专用的插钉压铆单元以满足钻铆机的工装需求。自动钻铆机工作时，插钉压铆单元位于待装配壁板的外侧的多功能末端执行器上，在能够准确插钉的同时还要能够提供足够大的压铆力，并且要有足够的刚度来承受压铆力带来的自身变形。为了保证插钉的准确性以及铆接质量，插钉压铆单元应该具备必要的位移及力反馈方式来控制插钉压铆过程。此外，上铆模的尺寸决定了适用铆钉的尺寸及种类，所以为了适应不同的直径和规格的铆钉，不同规格的上铆模应该能够快速更换。综上所述，插钉压铆单元的设计直接影响了铆接质量，是自动钻铆机多功能末端执行器的核心部件。同时，由于插钉压铆单元的结构设计难度大，反馈控制方式多样化，需要具备很高的稳定性和可靠性，如何设计好插钉压铆单元成为了卧式自动钻铆机设计的主要目标之一。
公开号为CN204975044U的中国专利文献公开了一种压铆头工具，C形框凹槽内侧上端面设有并列分布的两个上压铆头，凹槽内侧下端面设有下压铆头，下压铆头的下端面与C形框架的下端面在一个水平面，且下压铆头与C形框架活动连接，下压铆头与上压铆头位置相对，C形框上端面设有通孔，通孔位于两个上压铆头中间，且三者中心线平行，C形框凹槽下方设有定位孔，定位孔中心线与通孔中心线正交。该技术方案就容易出现上文中提到的铆接准确性以及质量不足的问题，且适用范围较小。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种结构紧凑、反馈精确、安全性和可靠性高以及适应性好的自动钻铆机的插钉压铆单元。
本发明的技术方案为：
一种自动钻铆机的插钉压铆单元，所述插钉压铆单元包括壳体，该壳体的外侧安装有驱动模块，该驱动模块包括用于提供插钉压铆单元作业时所需动力的驱动电机；壳体内设有进给模块，该进给模块包括与驱动电机相连并转动安装在壳体内的滚珠丝杠副，该滚珠丝杠副中的丝杠螺母座背向滚珠丝杠副和驱动电机连接处的一面固定有伸出壳体外侧的伸缩柱，伸缩柱背向丝杠螺母座的一端固定有用于作业的上铆模；所述壳体上还设有通过检测进给模块的轴向载荷和伸缩柱的轴向位移的检测模块。
插钉压铆单元包括驱动模块、进给模块以及检测模块。驱动模块包括驱动电机；进给模块包括滚珠丝杠副，伸缩柱以及上铆模。当进行作业时，通过驱动电机的转动，通过进给模块中的滚珠丝杠副将驱动电机的转动转换成滚珠丝杠副中的丝杠螺母座的直线进给，从而驱动上铆模的运动，完成插钉压铆作业。该设计的好处在于，通过滚珠丝杠副进给能够提供很高的进给精度，并且承受较大的轴向载荷，从而更好的完成作业。
作为优选，所述驱动模块中的驱动电机的轴向与所述滚珠丝杠副的丝杠轴向平行；驱动电机和丝杠上均设有同步带轮，通过高扭矩同步带连接驱动电机和滚珠丝杠副的动力传输。
通过同步带传输动力的好处在于能够在提供足够扭矩的同时起到过载保护的作用。伸缩柱推动上铆模进给的过程中，尤其是压铆作业时，滚珠丝杠副需要承受较大的轴向载荷，因此传动方式需要提供足够的扭矩；上铆模需要将铆钉插入构件内，如果压力过大，可能造成构件的损坏和变形，因此需要设定保护机制。同步带的保护好处在于能够限制动力传输的过程中保护驱动电机。
作为优选，所述滚珠丝杠副的丝杠通过轴承转动安装在壳体内部，沿轴向依次连接有同步带轮，轴承，以及丝杠螺母座。
同步带轮，轴承，以及丝杠螺母座布置顺序好处在于能够平衡滚珠丝杠副的负载，提供更为稳定的进给动作。轴承位于同步带轮和丝杠螺母座的中间相较于轴承位于两侧的设计的优点在于能够节省轴承布置，减轻自重，减少摩擦，提高效率。因为同步带轮的径向拉扯，会使滚珠丝杠副偏向驱动电机方向，通过丝杠螺母座与壳体的配合，能很好的消除滚珠丝杠副的偏转，提高进给的稳定度。
作为优选，所述伸缩柱和壳体之间设有多组导轨滑块副。
伸缩柱固定在丝杠螺母座上，但是伸缩柱体积较大，长度较长，且为受力部件，倘若由丝杠螺母座提供紧固力，会影响丝杠螺母座和丝杠之间的配合，从而大大减少寿命，因此，在壳体上设有导轨滑块副，帮助提高伸缩柱的稳定性。为了减少伸缩柱在壳体内的位移，导轨滑块副设有多组，形成以丝杠为中心的径向限位。大大提高了伸缩柱动作的稳定性。
作为优选，所述伸缩柱上设有与壳体配合的行程撞块和光电限位开关。
伸缩柱活动形成需要限制防止设备损坏。因此伸缩柱设置了与壳体相配合的行程撞块，通过机械结构限位的好处是稳定，不容易失效，但是容易造成设备的损坏，因此缩柱上还设有光电限位开关，通过电气控制能够有效保护设备的运行。
作为优选，所述检测模块包括安装在进给模块背向伸缩柱一侧与壳体之间的压力传感器和安装在伸缩柱和壳体之间的光栅尺。
检测模块需要检测进给模块的轴向载荷和伸缩柱的轴向位移，因此检测模块设置有压力传感器和光栅尺。
压力传感器布置在进给模块的尾部，即背向伸缩柱的一侧，与壳体之间，压力传感器一端与进给模块相抵，另一端与壳体相抵。能够测得进给模块所受的推力，即进给模块所施加的压力。该设计的好处在于进给模块的受力能够直接传递到压力传感器，测量更为直接和精准。光栅尺分为光栅标尺和光栅标尺读数头，分别安装在伸缩柱和壳体上，能够精准的测得伸缩柱运动的行程。该设计的好处在于光栅尺处于壳体内部，不容易受到外界的环境影响。更为精准。
作为优选，所述伸缩柱背向丝杠螺母座的一端固定有伸缩柱前盖板，所述上铆模通过拉刀装置固定在伸缩柱前盖板上。
伸缩柱通过伸缩柱前盖板固定上铆模的好处在于能够提供更大的接触面积，从而提供更大的结构刚性，保证作业过程能够承受足够的压力。上铆模通过拉刀装置固定，因此上铆模能够根据不同的加工要求方便的更换。
作为优选，所述驱动电机为伺服电机和减速器一体机结构。
该设计的好处在于驱动电机结合位移反馈和力反馈实时控制整个进给模块的动作，并且减少了自重。
本发明具有以下优点：
(1)驱动模块和进给模块结构紧凑，能够提供足够刚度以承受压铆力；
(2)尾部具备压力传感器，能够通过力反馈精确控制插钉压铆力；
(3)伸缩柱和壳体的相对位移通过光栅尺精确测量，由此来反馈控制上铆模的位移；
(4)驱动模块采用伺服驱动，结合位移反馈和力反馈，能够精确、实时地控制整个镦紧驱动模块的动作；
(5)伸缩柱配备光电限位开关，提高了安全性和可靠性；
(6)能够通过快速更换不同规格的上铆模，以适应不同直径或不同规格的铆钉。
附图说明
图1为本实施例自动钻铆机的插钉压铆单元示意图；
图2是图1中的自动钻铆机的插钉压铆单元的驱动模块示意图；
图3是图1中的自动钻铆机的插钉压铆单元的驱动模块左剖视图；
图4是图1中的自动钻铆机的插钉压铆单元左剖视图；
图5是图1中的自动钻铆机的插钉压铆单元主剖视图；
图6是图1中的自动钻铆机的插钉压铆单元操作无头铆钉时的工作状态示意图；
图7为图1中的自动钻铆机的插钉压铆单元操作沉头铆钉时的工作状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明具体实施方式。
如图1～图5所示，一种自动钻铆机的插钉压铆单元包括驱动模块51，进给模块52，壳体53，伸缩柱54，拉刀装置55和上铆模56。驱动电机57，同步带轮轴60，高扭矩同步带轮61，通过电机安装板58安装在电机座59上，和电机座盖板62一起组成驱动模块51。由滚珠丝杠轴承座63，轴承64，滚珠丝杠副65，丝杠螺母座68，滚珠丝杠端部挡块70组成进给模块52。导轨滑块副80安装在伸缩柱54与壳体53之间，能够支撑伸缩柱54在进给方向移动。行程撞块66安装在壳体上板69的行程撞块座67上，压力传感器73和尾部顶块74位于进给模块52后方的壳体53中。伸缩柱54顶部安装有伸缩柱前盖板71，上铆模56通过拉刀装置55固定于伸缩柱54顶部。光栅标尺75和光栅标尺读数头76分别安装在伸缩柱54和侧板上，能够测量伸缩柱54和侧板间的相对位移。光电开关77安装于壳体侧板79的光电开关安装板78上。
本发明具备插钉和压铆两种功能，针对无头铆钉和沉头铆钉两种不同工况，结合图6～图7具体工作过程如下：
沉头铆钉81：
(1)插钉压铆单元移动到工作位置；
(2)驱动电机转动，通过高扭矩同步带轮驱动滚珠丝杠副，使丝杠螺母座推动伸缩柱沿插钉导轨滑块副移动，实现上铆模在插钉方向上的运动；
(3)上铆模接触到构件后，压力传感器测得插钉力大小，光栅尺测得伸缩柱和侧板间相对位移得到插钉位移，插钉力和插钉位移反馈给控制系统；
(4)当上铆模的插钉头82将沉头铆钉81完全送入孔内，完成插钉操作；
(5)插钉完成后，插钉头82顶住沉头铆钉81，由另一侧的镦紧头84在衬套83的帮助下进行压铆操作；
(6)完成压铆后，驱动电机模块驱动整个进给驱动模块、伸缩柱和上铆模退回。
无头铆钉88：
(1)插钉压铆单元移动到工作位置；
(2)驱动电机转动，通过高扭矩同步带轮驱动插钉滚珠丝杠副，使丝杠螺母座推动伸缩柱沿导轨滑块副移动，实现上铆模在插钉方向上的运动；
(3)上铆模接触到构件86后，压力传感器测得插钉力大小，光栅尺测得伸缩柱和侧板间相对位移得到插钉位移，插钉力和插钉位移反馈给控制系统；
(4)根据位移反馈确定无头铆钉88插入钉孔的长度，在压脚85的帮助下，上铆模的插钉头将无头铆钉88送到指定位置，完成插钉操作；
(5)插钉完成后，插钉头顶住无头铆钉88，上铆模与另一侧的镦紧头同时进行压铆操作，通过光栅尺和压力传感器协调控制压铆过程，判断压铆结束的条件；
(6)完成压铆后，驱动模块驱动进给模块、伸缩柱和上铆模退回。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种自动钻铆机的插钉压铆单元，其特征在于，所述插钉压铆单元包括壳体，该壳体的外侧安装有驱动模块，该驱动模块包括用于提供插钉压铆单元作业时所需动力的驱动电机；壳体内设有进给模块，该进给模块包括与驱动电机相连并转动安装在壳体内的滚珠丝杠副，该滚珠丝杠副中的丝杠螺母座背向滚珠丝杠副和驱动电机连接处的一面固定有伸出壳体外侧的伸缩柱，伸缩柱背向丝杠螺母座的一端固定有用于将沉头铆钉或无头铆钉送入钉孔内完成插钉作业并顶住铆钉的上铆模；所述壳体上还设有通过检测进给模块的轴向载荷和伸缩柱的轴向位移的检测模块。
2.如权利要求1所述的自动钻铆机的插钉压铆单元，其特征在于，所述驱动模块中的驱动电机的轴向与所述滚珠丝杠副的丝杠轴向平行；驱动电机和丝杠上均设有同步带轮，通过高扭矩同步带连接驱动电机和滚珠丝杠副的动力传输。
3.如权利要求2所述的自动钻铆机的插钉压铆单元，其特征在于，所述滚珠丝杠副的丝杠通过轴承转动安装在壳体内部，沿轴向依次连接有同步带轮，轴承，以及丝杠螺母座。
4.如权利要求1所述的自动钻铆机的插钉压铆单元，其特征在于，所述伸缩柱和壳体之间设有多组导轨滑块副。
5.如权利要求1所述的自动钻铆机的插钉压铆单元，其特征在于，所述伸缩柱上设有与壳体配合的行程撞块和光电限位开关。
6.如权利要求1所述的自动钻铆机的插钉压铆单元，其特征在于，所述检测模块包括安装在进给模块背向伸缩柱一侧与壳体之间的压力传感器和安装在伸缩柱和壳体之间的光栅尺。
7.如权利要求1所述的自动钻铆机的插钉压铆单元，其特征在于，所述伸缩柱背向丝杠螺母座的一端固定有伸缩柱前盖板，所述上铆模通过拉刀装置固定在伸缩柱前盖板上。
8.如权利要求1～7任一所述的自动钻铆机的插钉压铆单元，其特征在于，所述驱动电机为伺服电机和减速器一体机结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |