CN105644807A - 一种四坐标数控辅助支撑托架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四坐标数控辅助支撑托架，包括底座、X轴调节构件、Y轴调节构件、Z轴调节构件和支撑工装，所述X轴调节构件设置在所述底座的上方，且与所述底座可滑动连接，所述Y轴调节构件设置在所述X轴调节构件的上方，且与所述X轴调节构件可滑动连接，所述Z轴调节构件的下端与所述Y轴调节构件固定连接，所述支撑工装与所述Z轴调节构件的上端连接。本发明四坐标数控辅助支撑托架通过四个直线运动实现了三个直线坐标和一个旋转坐标的调整，能够实现不同状态飞机部件的实时柔性支撑，具有自适应调节功能，定位精度高。

Description

一种四坐标数控辅助支撑托架

技术领域

本发明涉及部件装配辅助机械，尤其涉及一种四坐标数控辅助支撑托架。

背景技术

飞机大部件对接是飞机制造中前期零件加工和部件装配的积累，是飞机装配质量保证的关键环节。随着数字化装配技术的发展，各种数字化对接平台得到应用，飞机大部件装配由传统一对一工装的固定装配逐步转变为可以实现一对多的柔性装配。这些数字化对接平台采用数控定位器与飞机部件本身组成并联系统，采用数字化控制完成飞机部件的调姿定位，定位完成后可直接在平台上进行对接加工和装配。

这种装配方式大幅提升了飞机部件装配质量和效率，然而装配过程中对飞机部件自身结构刚度要求很高，结构刚度差的部件在调姿定位和对接加工过程中会发生变形和振动，从而影响到装配的精度。

为实现结构刚度差的飞机部件的数字化装配，须在对接平台中加入辅助支撑工装，以保证部件的刚度和稳定性。对于飞机部件的辅助支撑，目前均采用人工调节的辅助支撑工装，具有多个可调节的自由度。在飞机部件调姿定位结束后，人工调节辅助支撑工装，实现飞机部件不同姿态下的辅助支撑，保证后续装配加工的精度。

但是采用人工调节的辅助工装存在以下缺点：

1、手动调节存在调整误差，导致调节速度慢，需要多次微调与校准；

2、人工无法准确判断飞机部件的状态，容易出现支撑不到位，或者由于支撑过度对飞机部件产生较大应力，影响装配的质量；

3、为了保证安全，在部件定位过程中不允许人工参与辅助支撑的调节，导致了辅助支撑工装只能在飞机部件调姿定位完成后调节，飞机部件调姿定位过程中不能实现跟随支撑，使飞机部件无法在调姿定位过程中得到保护。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够根据飞机部件的实时定位状态，自动调整自身状态，实现飞机部件柔性辅助支撑的四坐标数控辅助支撑托架。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种四坐标数控辅助支撑托架，包括底座、X轴调节构件、Y轴调节构件、Z轴调节构件和支撑工装，所述X轴调节构件设置在所述底座的上方，且与所述底座可滑动连接，所述Y轴调节构件设置在所述X轴调节构件的上方，且与所述X轴调节构件可滑动连接，所述Z轴调节构件的下端与所述Y轴调节构件固定连接，所述支撑工装与所述Z轴调节构件的上端连接。

所述X轴调节构件包括X轴滑台、X轴电机和X轴丝杠，所述底座上设置有X轴滚珠导轨，所述X轴滑台通过导轨滑块与所述X轴滚珠导轨可滑动连接，并组成直线运动副，所述X轴电机通过X轴电机安装座与所述底座固定连接，所述X轴电机通过联轴器与所述X轴丝杠连接，所述X轴丝杠与设置在所述X轴滑台下的丝杠螺母啮合连接；

所述Y轴调节构件包括Y轴滑台、Y轴电机和Y轴丝杠，所述X轴滑台上设置有Y轴滚珠导轨，所述Y轴滚珠导轨与所述X轴滚珠导轨垂直设置，所述Y轴滑台通过导轨滑块与所述Y轴滚珠导轨可滑动连接，并组成直线运动副，所述Y轴电机通过Y轴电机安装座与所述X轴滑台固定连接，所述Y轴电机通过联轴器与所述Y轴丝杠连接，所述Y轴丝杠与设置在所述Y轴滑台下的丝杠螺母啮合连接；

所述Z轴调节构件包括Z1电机、Z2电机、Z1立柱、Z2立柱、Z1伸缩柱和Z2伸缩柱，所述Z1立柱和所述Z2立柱分别竖直固定在所述Y轴滑台的两端，所述Z1伸缩柱/所述Z2伸缩柱分别设置在所述Z1立柱/Z2立柱内，并可分别沿所述Z1立柱/所述Z2立柱上下滑动，所述支撑工装的两端分别通过耳座连接装置与所述Z1伸缩柱和Z2伸缩柱的上端连接，所述Z1伸缩柱/所述Z2伸缩柱的下端均设置有Z轴丝杠螺母副，所述Z1电机/所述Z2电机均固定安装在所述Y轴滑台上，且分别通过涡轮蜗杆减速器与所述Z1立柱/所述Z2立柱内的所述Z轴丝杠螺母副连接。

进一步，所述Z1立柱与所述Z1伸缩柱、所述Z2立柱和所述Z2伸缩柱之间设置有用于限制所述Z1伸缩柱/所述Z2立柱的旋转自由度的键槽与滑键，所述滑键与所述Z1立柱/所述Z2立柱的内侧面固定连接，所述Z1立柱/所述Z2立柱的外侧设置有与所述Z1伸缩柱/Z2伸缩柱连接的外套筒。

具体地，所述耳座连接装置包括Z1双耳连接座、Z2双耳连接座、Z1单耳连接座和Z2单耳连接座，所述Z1双耳连接座与所述Z1伸缩柱的上端固定连接，所述Z2双耳连接座与所述Z2伸缩柱的上端固定连接，所述Z1单耳连接座和所述Z2单耳连接座分别与所述支撑工装的两端固定连接，，所述Z1双耳连接座和所述Z1单耳连接座通过销轴可转动连接，所述Z2双耳连接座通过销轴与设置在所述Z2单耳连接座上的长条孔可滑动连接。

更进一步，所述Z1伸缩柱与所述Z1双耳连接座之间设置有Z1力传感器，所述Z2伸缩柱与所述Z2双耳连接座之间设置有Z2力传感器。

本发明的有益效果在于：

本发明四坐标数控辅助支撑托架通过四个直线运动实现了三个直线坐标和一个旋转坐标的调整，能够实现不同状态飞机部件的实时柔性支撑，具有以下优点：

1、自适应调节：具有四个调整坐标，能够适应不同状态的飞机部件的实时柔性支撑；

2、定位精度高：各轴采用伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，且采用伺服控制，具有很高的位置精度；

3、具有良好的支撑刚度：采用两个Z向支撑柱，且支撑位置在支撑柱上方，使得偏心载荷较小；

4、能做到柔性无应力支撑，对飞机部件能起到有效保护又无损害，设有与飞机部件吻合的支撑面，且每个支撑点都设有传感器，能够对支撑力有准确的控制。

附图说明

图1是本发明所述一种四坐标数控辅助支撑托架的结构示意图；

图2是本发明所述X轴调节机构和Y轴调节机构的结构示意图；

图3是本发明所述Z轴调节机构的结构示意图；

图4是本发明所述耳座连接装置的结构示意图。

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，本发明一种四坐标数控辅助支撑托架，包括底座1、X轴调节构件、Y轴调节构件、Z轴调节构件和支撑工装5，X轴调节构件设置在底座1的上方，且与底座1可滑动连接，Y轴调节构件设置在X轴调节构件的上方，且与X轴调节构件可滑动连接，Z轴调节构件的下端与Y轴调节构件固定连接，支撑工装5与Z轴调节构件的上端连接。

如图2所示，X轴调节构件包括X轴滑台21、X轴电机22和X轴丝杠23，底座1上设置有X轴滚珠导轨24，X轴滑台21通过导轨滑块与X轴滚珠导轨24可滑动连接，并组成直线运动副，X轴电机22通过X轴电机安装座25与底座1固定连接，X轴电机22通过联轴器与X轴丝杠23连接，X轴丝杠23与设置在X轴滑台21下的丝杠螺母啮合连接；

Y轴调节构件包括Y轴滑台31、Y轴电机32和Y轴丝杠33，X轴滑台21上设置有Y轴滚珠导轨34，Y轴滚珠导轨34与X轴滚珠导轨24垂直设置，Y轴滑台31通过导轨滑块与Y轴滚珠导轨34可滑动连接，并组成直线运动副，Y轴电机32通过Y轴电机安装座35与X轴滑台21固定连接，Y轴电机32通过联轴器与Y轴丝杠33连接，Y轴丝杠33与设置在Y轴滑台31下的丝杠螺母啮合连接；

如图1和图3所示，Z轴调节构件包括Z1电机42、Z2电机41、Z1立柱44、Z2立柱43、Z1伸缩柱46和Z2伸缩柱45，Z1立柱44和Z2立柱43分别竖直固定在Y轴滑台31的两端，Z1伸缩柱46/Z2伸缩柱45分别设置在Z1立柱44/Z2立柱43内，并可分别沿Z1立柱44/Z2立柱43上下滑动，支撑工装5的两端分别通过耳座连接装置与Z1伸缩柱46和Z2伸缩柱45的上端连接，Z1伸缩柱46/Z2伸缩柱45的下端均设置有Z轴丝杠螺母副410，Z1电机42/Z2电机41均固定安装在Y轴滑台31上，且分别通过涡轮蜗杆减速器49与Z1立柱44/Z2立柱43内的Z轴丝杠螺母副410连接。

Z1立柱44与Z1伸缩柱46、Z2立柱43和Z2伸缩柱45之间设置有用于限制Z1伸缩柱46/Z2立柱43的旋转自由度的键槽与滑键411，滑键411与Z1立柱44/Z2立柱43的内侧面固定连接，Z1立柱44/Z2立柱43的外侧设置有与Z1伸缩柱46/Z2伸缩柱45连接的外套筒。

如图4所示，耳座连接装置包括Z1双耳连接座412、Z2双耳连接座413、Z1单耳连接座414和Z2单耳连接座415，Z1双耳连接座412与Z1伸缩柱46的上端固定连接，Z2双耳连接座413与Z2伸缩柱45的上端固定连接，Z1单耳连接座414和Z2单耳连接座415分别与支撑工装5的两端固定连接，Z1双耳连接座412和Z1单耳连接座414、Z2双耳连接座413和Z2单耳连接座415均通过销轴可转动连接，Z1伸缩柱46与Z1双耳连接座412之间设置有Z1力传感器48，Z2伸缩柱45与Z2双耳连接座413之间设置有Z2力传感器47。

本发明一种四坐标数控辅助支撑托架的工作原理如下：

如图1所示，四坐标数控辅助支撑托架具有三个坐标(X、Y、Z轴)的直线运动，和α轴的回转运动，其中Z轴由Z1立柱44和Z2立柱43同步运动实现，α轴由Z1立柱44、Z2立柱43不同步运动实现。

如图2所示，X轴滑台21通过导轨滑块与底座1形成直线运动副；Y轴滑台31通过导轨滑块与X轴滑台21形成直线运动副。X、Y运动均以伺服电机驱动精密滚珠丝杠带动负载沿滚动导轨做往复直线运动来实现，X轴电机安装座25/Y轴电机安装座35均采用安装座和轴承座一体设计，在制造过程中保证电机安装孔和轴承安装孔同心，从而严格保证了电机轴与丝杠轴的同轴度。

如图1和图3所示，两个Z轴的立柱通过螺栓固定在Y轴滑台31的两端，两个轴的间距与飞机部件相关，Z1立柱44/Z2立柱43作为支撑结构件，同时也是伸缩柱的导向件，伸缩柱带有键槽，从而使其只有上下直线运动一个自由度。Z轴的驱动源为Z1电机42/Z2电机41、蜗轮蜗杆减速器和滚珠丝杠螺母副相连构成传动系统，Z1伸缩柱46/Z2伸缩柱45是Z轴最终的运动件，在Z1伸缩柱46和Z2伸缩柱45的上端分别设置有Z1力传感器48和Z2力传感器47，能够实时反馈托架的受力状况，从而准确判断托架的支撑状态。

如图4所示，支撑工装5通过有旋转自由度的耳座连接装置连接，其结构外形与飞机部件吻合，接触面包较软的保护层，能够起到保护飞机部件的作用，支撑工装5是支撑托架的最终执行机构，双耳连接座与单耳连接座通过销轴连接，单耳连接座与支撑工装5固连，其构成的支撑点在接近支撑工装5接近两端位置，这也是考虑到飞机部件自身原因。为实现α轴的摆动，单耳连接座采取了不同的设计，Z1单耳连接座414与Z1双耳连接座412连接是通过与后者同心的通孔，而Z2单耳连接座415则是一个长且较大的长条孔，这样控制Z1伸缩柱46和Z2伸缩柱45的运动，即可实现支撑工装5绕一侧摆动，也能防止Z1伸缩柱46和Z2伸缩柱45不同步时带来的结构卡死或破坏。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种四坐标数控辅助支撑托架，其特征在于：包括底座、X轴调节构件、Y轴调节构件、Z轴调节构件和支撑工装，所述X轴调节构件设置在所述底座的上方，且与所述底座可滑动连接，所述Y轴调节构件设置在所述X轴调节构件的上方，且与所述X轴调节构件可滑动连接，所述Z轴调节构件的下端与所述Y轴调节构件固定连接，所述支撑工装与所述Z轴调节构件的上端连接。

2.根据权利要求1所述的一种四坐标数控辅助支撑托架，其特征在于：

所述X轴调节构件包括X轴滑台、X轴电机和X轴丝杠，所述底座上设置有X轴滚珠导轨，所述X轴滑台通过导轨滑块与所述X轴滚珠导轨可滑动连接，并组成直线运动副，所述X轴电机通过X轴电机安装座与所述底座固定连接，所述X轴电机通过联轴器与所述X轴丝杠连接，所述X轴丝杠与设置在所述X轴滑台下的丝杠螺母啮合连接；

所述Y轴调节构件包括Y轴滑台、Y轴电机和Y轴丝杠，所述X轴滑台上设置有Y轴滚珠导轨，所述Y轴滚珠导轨与所述X轴滚珠导轨垂直设置，所述Y轴滑台通过导轨滑块与所述Y轴滚珠导轨可滑动连接，并组成直线运动副，所述Y轴电机通过Y轴电机安装座与所述X轴滑台固定连接，所述Y轴电机通过联轴器与所述Y轴丝杠连接，所述Y轴丝杠与设置在所述Y轴滑台下的丝杠螺母啮合连接；

所述Z轴调节构件包括Z1电机、Z2电机、Z1立柱、Z2立柱、Z1伸缩柱和Z2伸缩柱，所述Z1立柱和所述Z2立柱分别竖直固定在所述Y轴滑台的两端，所述Z1伸缩柱/所述Z2伸缩柱分别设置在所述Z1立柱/Z2立柱内，并可分别沿所述Z1立柱/所述Z2立柱上下滑动，所述支撑工装的两端分别通过耳座连接装置与所述Z1伸缩柱和Z2伸缩柱的上端连接，所述Z1伸缩柱/所述Z2伸缩柱的下端均设置有Z轴丝杠螺母副，所述Z1电机/所述Z2电机均固定安装在所述Y轴滑台上，且分别通过涡轮蜗杆减速器与所述Z1立柱/所述Z2立柱内的所述Z轴丝杠螺母副连接。

3.根据权利要求2所述的一种四坐标数控辅助支撑托架，其特征在于：所述Z1立柱与所述Z1伸缩柱、所述Z2立柱和所述Z2伸缩柱之间设置有用于限制所述Z1伸缩柱/所述Z2立柱的旋转自由度的键槽与滑键，所述滑键与所述Z1立柱/所述Z2立柱的内侧面固定连接，所述Z1立柱/所述Z2立柱的外侧设置有与所述Z1伸缩柱/Z2伸缩柱连接的外套筒。

4.根据权利要求2所述的一种四坐标数控辅助支撑托架，其特征在于：所述耳座连接装置包括Z1双耳连接座、Z2双耳连接座、Z1单耳连接座和Z2单耳连接座，所述Z1双耳连接座与所述Z1伸缩柱的上端固定连接，所述Z2双耳连接座与所述Z2伸缩柱的上端固定连接，所述Z1单耳连接座和所述Z2单耳连接座分别与所述支撑工装的两端固定连接，所述Z1双耳连接座和所述Z1单耳连接座通过销轴可转动连接，所述Z2双耳连接座通过销轴与设置在所述Z2单耳连接座上的长条孔可滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种四坐标数控辅助支撑托架，其特征在于：所述Z1伸缩柱与所述Z1双耳连接座之间设置有Z1力传感器，所述Z2伸缩柱与所述Z2双耳连接座之间设置有Z2力传感器。