CN105665604A - 具有ab回转运动轴双驱动机构的五轴联动数控钻铆设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有AB回转运动轴双驱动机构的五轴联动数控钻铆设备，其中双回转运动轴单驱动机构包括：两侧相对三轴运动组件绕A轴转动配合的A轴回转座，孔插钉头活动安装在A轴回转座内且绕B轴回转；安装在三轴运动组件上的第一伺服电机和第二伺服电机，以及分别与第一伺服电机和第二伺服电机传动配合的第一A轴小齿轮和第二A轴小齿轮；固定在A轴回转座两侧且分别与所述第一A轴小齿轮和第二A轴小齿轮啮合传动的第一A轴大齿轮和第二A轴大齿轮；与制孔插钉头固定连接的B轴大齿轮；安装在A轴回转座上的第三伺服电机和第四伺服电机，分别驱动与B轴大齿轮啮合传动的第一B轴驱动端回转轴承组件和第二B轴驱动端回转轴承组件。

Description

具有AB回转运动轴双驱动机构的五轴联动数控钻铆设备

技术领域

本发明涉及飞机装配技术与装备领域，尤其涉及一种具有AB回转运动轴双驱动机构的五轴联动数控钻铆设备。

背景技术

铆接技术是航空制造业中普遍使用的一项机械连接技术，其加工工艺相对简单，铆接质量易于控制，并具有重量轻、强度高的优势，在航空制造领域得到广泛的应用。传统的铆接产品质量受工人个体因素的影响比较大，因此难以确保稳定、高质高效的连接。为了保证飞机的装配质量、提高飞机装配效率，发展自动钻铆技术，使用自动钻铆设备进行自动化钻铆是一种必然的趋势。

五轴联动数控钻铆设备AB回转运动轴驱动设计是数控钻铆机的核心功能部件，它是一个集机械、电气等于一体的高度集成系统。传统的五轴联动数控机床AB回转运动轴驱动部件大多采用外购模块，承载能力较小，无法满足五轴联动数控钻铆设备高承载能力、高加工精度的要求。当前国内外数控加工设备正朝着大型化方向发展。机床的高承载能力，加工的高精度，广泛的加工范围已成为大型数控机床的显著特点。因此研发一种精度高、承载能力大的五轴联动数控设备AB回转运动轴双驱动机构，满足五轴联动数控钻铆设备及大负载五轴联动数控机床回转运动的功能需求具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提供一种具有AB回转运动轴双驱动机构的五轴联动数控钻铆设备，采用A轴两个伺服电机与减速器连接，减速器通过A轴齿轮安装法兰与A轴小齿轮连接，A轴小齿轮与A轴大齿轮啮合实现A轴双驱动回转运动。B轴两个伺服电机与减速器连接，减速器通过B轴驱动端回转轴承组件与B轴大齿轮行程两个齿轮副，实现B轴双驱动回转运动；A轴、B轴回转运动均设有限位开关和机械限位装置。

本发明的具体技术方案如下：

一种具有AB回转运动轴双驱动机构的五轴联动数控钻铆设备，包括安装在机床上的三轴运动组件，所述三轴运动组件上活动安装有驱动制孔插钉头沿相对垂直的A轴和B轴转动的双回转运动轴单驱动机构；其特征在于，所述的双回转运动轴单驱动机构包括：

两侧相对所述的三轴运动组件绕A轴转动配合的A轴回转座，所述孔插钉头活动安装在A轴回转座内且绕B轴回转；

安装在三轴运动组件上的第一伺服电机和第二伺服电机，以及分别与第一伺服电机和第二伺服电机传动配合的第一A轴小齿轮和第二A轴小齿轮；

固定在所述A轴回转座两侧且分别与所述第一A轴小齿轮和第二A轴小齿轮啮合传动的第一A轴大齿轮和第二A轴大齿轮；

与所述制孔插钉头固定连接的B轴大齿轮；

安装在A轴回转座上的第三伺服电机和第四伺服电机，分别驱动与所述B轴大齿轮啮合传动的第一B轴驱动端回转轴承组件和第二B轴驱动端回转轴承组件。

本发明中，第一伺服电机与第二伺服电机成对称布置，采用两对齿轮可以提供A轴双倍的扭矩，实现大负荷运转；第一伺服电机与第一减速器连接后通过第一A轴小齿轮与第二A轴大齿轮啮合，第二伺服电机与第二减速器连接后通过第二A轴小齿轮与第一A轴大齿轮啮合实现A轴双驱动回转运动；第三伺服电机与减速器连接后通过第一B轴驱动端回转轴承组件与B轴大齿轮啮合，第四伺服电机与减速器连接后通过第二B轴驱动端回转轴承组件与B轴大齿轮啮合实现B轴双驱动回转运动；所述的第一B轴驱动端回转轴承组件内设有小齿轮。

进一步的，所述制孔插钉头固定在A轴回转座内的B轴回转座上，B轴大齿轮与所述B轴回转座通过滚动轴承连接，所述的A轴回转座与B轴回转座通过回转轴承及编码器组件连接。

进一步的，所述的第三伺服电机和第四伺服电机相对B轴大齿轮成180°对称布置，并在所述B轴大齿轮上形成两个用于消隙的齿轮副。

进一步的，所述A轴回转座的侧面安装有用于A轴回转运动限位的回转行程挡块，回转行程挡块随A轴回转座同步转动，三轴运动组件设有相应的撞块，当回转行程挡块触碰撞块后实现A轴回转运动的限位。

进一步的，所述第三伺服电机和第四伺服电机分别连接有第三减速器和第四减速器，并设有分别抵住两减速器的第一张紧块和第二张紧块，用于调整齿轮副的中心距。

本发明中的两张紧块内设有抵住减速器的螺栓，通过转动螺栓，用来调整齿轮副的中心距，保证齿轮副的完美啮合。

进一步的，所述A轴回转座上安装有第一电感式行程开关、第二电感式行程开关和第一回转行程挡块、第二回转行程挡块，所述B轴回转座设有与第一电感式行程开关、第二电感式行程开关、第一回转行程挡块和第二回转行程挡块配合的回转行程撞块，用于B轴回转运动的电限位及机械限位。

本发明的优点如下：

1)A轴与B轴回转座轴承组件相连，B轴嵌套在B轴回转座中，AB轴成相互垂直布置，提高了结构的刚度及稳定性；

2)AB轴均采用回转运动双驱动机构，可以提供双倍的扭矩，提高设备的承载能力，克服惯量的影响，满足数控钻铆设备高承载能力的要求；

3)A轴回转运动采用两套伺服电机、减速器、小齿轮和大齿轮驱动装置对称布置，可以平衡载荷的分布；

4)B轴回转运动采用两套伺服电机、减速器和小齿轮驱动一个大齿轮，两个小齿轮相对于大齿轮成180°对称布置，在回转运动过程中，可以起到消隙的作用，降低回转运动误差、提高设备精度；

5)可以实现A轴行程90°，速度180deg/min，定位精度达到±60arcsec，重复定位精度±30arcsec，B轴行程40°，速度180deg/min，定位精度±60arcsec，重复定位精度±30arcsec；

6)AB回转运动轴采用伺服电机驱动，可以准确响应设备指令，实现钻铆设备回转运动的精确定位；

7)在回转运动中设置了限位开关和机械限位装置，最大限度提高了设备的安全可靠性能。

附图说明

图1是五轴联动数控钻铆设备AB回转运动轴轴测图；

图2是五轴联动数控钻铆设备AB回转运动轴主视图；

图3是五轴联动数控钻铆设备AB回转运动轴俯视图；

图4是五轴联动数控钻铆设备AB回转运动轴俯剖视图；

图5是五轴联动数控钻铆设备制孔插钉侧轴测图；

图中：第一伺服电机1、第二伺服电机3、第三伺服电机8和第四伺服电机10、第一减速器2、第二减速器6、第三减速器9和第四减速器11、第一A轴减速器安装座4和第二A轴减速器安装座15、第一A轴减速器安装板5和第二A轴减速器安装板16、第一A轴大齿轮7和第二A轴大齿轮12、A轴回转座13、回转行程挡块14、第一B轴驱动端回转轴承组件17和第二B轴驱动端回转轴承组件18、第一滚动轴承19和第二滚动轴承23、接头式压注油杯20、B轴大齿轮21、B轴回转座22、第一张紧块24和第二张紧块30、第一回转行程挡块25和第二回转行程挡块29、第一电感式行程开关25和第二电感式行程开关29、回转行程撞块27、第一滚动轴承31和第二滚动轴承40、第一A轴齿轮安装法兰32和第二A轴齿轮安装法兰39、第一A轴小齿轮33和第二A轴小齿轮38、第一线束槽组件和第二线束槽组件36、第一回转轴承及编码器组件35和第二回转轴承及编码器组件37、X轴直线运动组件41、Z轴直线运动组件42、Y轴直线运动组件43、AB轴回转运动组件44、制孔插钉头45。

具体实施方式

如图1-5所示，一种五轴联动数控钻铆设备的AB轴回转运动双驱动机构，第一伺服电机1、第二伺服电机3、第三伺服电机8和第四伺服电机10、第一减速器2、第二减速器6、第三减速器9和第四减速器11、第一A轴减速器安装座4和第二A轴减速器安装座15、第一A轴减速器安装板5和第二A轴减速器安装板16、第一A轴大齿轮7和第二A轴大齿轮12、A轴回转座13、回转行程挡块14、第一B轴驱动端回转轴承组件17和第二B轴驱动端回转轴承组件18、第一滚动轴承19和第二滚动轴承23、接头式压注油杯20、B轴大齿轮21、B轴回转座22、第一张紧块24和第二张紧块30、第一回转行程挡块25和第二回转行程挡块29、第一电感式行程开关26和第二电感式行程开关28、回转行程撞块27、第一滚动轴承31和第二滚动轴承40、第一A轴齿轮安装法兰32和第二A轴齿轮安装法兰39、第一A轴小齿轮33和第二A轴小齿轮38、第一线束槽组件和第二线束槽组件36、第一回转轴承及编码器组件35和第二回转轴承及编码器组件37、X轴直线运动组件41、Z轴直线运动组件42、Y轴直线运动组件43、AB轴回转运动组件44、制孔插钉头45。

第一伺服电机1与第一减速器2相连，第一减速器2用螺钉固接在第二A轴减速器安装座15上，第二减速器2与第二A轴小齿轮38通过螺钉固定在第二A轴齿轮安装法兰39上，第二A轴齿轮安装法兰39通过第二滚动轴承40安装在第二A轴减速器安装板16上，第二A轴大齿轮12与A轴回转座13固接在一起，第二A轴小齿轮38与第二A轴大齿轮12啮合传动。

第二伺服电机3与第二减速器6相连，第二减速器6用螺钉固接在第一A轴减速器安装座4上，第二减速器6与第一A轴小齿轮33通过螺钉固定在第一A轴齿轮安装法兰32上，第一A轴齿轮安装法兰32通过第一滚动轴承31安装在第一A轴减速器安装板5上，第一A轴大齿轮7与A轴回转座13固接在一起，第一A轴小齿轮33与第一A轴大齿轮7啮合传动。

上述两组A轴驱动机构，对称布置进行传动，实现A回转运动轴双驱动设计。

第三伺服电机8与第四减速器11与B轴回转座22通过螺栓相连接，与减速器相连的第一B轴驱动端回转轴承组件17与B轴大齿轮21啮合传动。第四伺服电机10与第三减速器9与B轴回转座22通过螺栓相连接，与减速器相连的第二B轴驱动端回转轴承组件18与B轴大齿轮30啮合传动，第三减速器9和第四减速器11关于B轴大齿轮21成180°对称布置，实现B回转运动轴双驱动设计。

第一张紧块24固定在B轴回转座22上，并与第三减速器9连接；第二张紧块30固定在B轴回转座22上，并与第四减速器11连接，用来调整齿轮副的中心距，保证齿轮副的完美啮合。

B轴下部通过第二滚动轴承23与B轴回转座22连接在一起。接头式压注油杯20用于第一滚动轴承19的润滑。A轴回转座13前沿上安装有控制B轴向转动的第一回转行程挡块25、第二回转行程挡块29以及第一电感式行程开关26和第二电感式行程开关28。

A轴回转座13的两侧通过第一回转轴承及编码器组件35和第二回转轴承及编码器组件37转接在Y轴直线运动组件43内。A轴回转座13侧面安装有控制A轴向转动的回转行程挡块14，AB轴回转运动组件44与Y轴直线运动组件43固结在一起，AB轴回转运动组件44另一端与制孔插钉头45连接，实现制孔插钉头45的回转运动。通过安装在机床上的X轴直线运动组件41、Z轴直线运动组件42、Y轴直线运动组件43实现制孔插钉头45的三位移动。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，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 (6)

1.一种具有AB回转运动轴双驱动机构的五轴联动数控钻铆设备，包括安装在机床上的三轴运动组件，所述三轴运动组件上活动安装有驱动制孔插钉头沿相对垂直的A轴和B轴转动的双回转运动轴单驱动机构；其特征在于，所述的双回转运动轴单驱动机构包括：

两侧相对所述的三轴运动组件绕A轴转动配合的A轴回转座，所述孔插钉头活动安装在A轴回转座内且绕B轴回转；

安装在三轴运动组件上的第一伺服电机和第二伺服电机，以及分别与第一伺服电机和第二伺服电机传动配合的第一A轴小齿轮和第二A轴小齿轮；

固定在所述A轴回转座两侧且分别与所述第一A轴小齿轮和第二A轴小齿轮啮合传动的第一A轴大齿轮和第二A轴大齿轮；

与所述制孔插钉头固定连接的B轴大齿轮；

安装在A轴回转座上的第三伺服电机和第四伺服电机，分别驱动与所述B轴大齿轮啮合传动的第一B轴驱动端回转轴承组件和第二B轴驱动端回转轴承组件。

2.如权利要求1所述的五轴联动数控钻铆设备，其特征在于，所述制孔插钉头固定在A轴回转座内的B轴回转座上，B轴大齿轮与所述B轴回转座通过滚动轴承连接，所述的A轴回转座与B轴回转座通过回转轴承及编码器组件连接。

3.如权利要求1所述的五轴联动数控钻铆设备，其特征在于，所述的第三伺服电机和第四伺服电机相对B轴大齿轮成180°对称布置，并在所述B轴大齿轮上形成两个用于消隙的齿轮副。

4.如权利要求1所述的五轴联动数控钻铆设备，其特征在于，所述A轴回转座的侧面安装有用于A轴回转运动限位的回转行程挡块。

5.如权利要求1所述的五轴联动数控钻铆设备，其特征在于，所述第三伺服电机和第四伺服电机分别连接有第三减速器和第四减速器，并设有分别抵住两减速器的第一张紧块和第二张紧块，用于调整齿轮副的中心距。

6.如权利要求1所述的五轴联动数控钻铆设备，其特征在于，所述A轴回转座上安装有第一电感式行程开关、第二电感式行程开关和第一回转行程挡块、第二回转行程挡块，所述B轴回转座设有与第一电感式行程开关、第二电感式行程开关、第一回转行程挡块和第二回转行程挡块配合的回转行程撞块，用于B轴回转运动的电限位及机械限位。