CN107253084A - 飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：包括机器人离线编程及仿真系统、机器人自动控制系统、AGV小车、设置在AGV小车上的工作平台、设置在工作平台上的柔性定位工装系统、加工系统、辅助夹持系统、测量系统；所述加工系统包括加工机器人及与其连接的加工末端执行器；所述辅助夹持系统包括辅助夹持机器人及与其连接的辅助夹持末端执行器；所述机器人自动铣削系统的加工对象包括飞机大部件和飞机小部件。本发明采用机器人自动铣削加工，代替人工打磨飞机装配余量，解决装配过程中余量打磨不均匀、难修配、工作效率低等问题，提升飞机装配精度、装配效率，降低工人劳动强度，保障工人的身心健康。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人自动铣削加工系统，特别是公开一种飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，应用于航空领域大型装备数字化装配过程中对典型的各种钛合金零件、复合材料、铝等叠层材料的飞机壁板、机身筒段、口盖、门类及蒙皮类零件的装配余量进行自动铣削加工，以及其他领域类似情形的零部件的自动铣削加工。
背景技术
目前，航空领域飞机装配生产线上飞机大型部件壁板、口盖、门类及蒙皮类零件对接装配时，常采用人工打磨装配余量，工作强度高，效率低，尤其在打磨复合材料时会产生有毒物质影响工人的身心健康。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，采用数字化的方法和全新的铣削加工工艺流程，实现机器人自动铣削功能，代替人工打磨飞机装配余量，解决装配过程中余量不均匀、难修配、工作效率低等问题，并满足高效高精的要求，提升飞机装配精度、装配效率，降低工人劳动强度。
本发明是这样实现的：一种飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述机器人自动铣削系统包括机器人离线编程及仿真系统、机器人自动控制系统、AGV小车、设置在AGV小车上的工作平台、设置在工作平台上的柔性定位工装系统、加工系统、辅助夹持系统、测量系统；所述加工系统包括加工机器人及与其连接的加工末端执行器；所述辅助夹持系统包括辅助夹持机器人及与其连接的辅助夹持末端执行器；所述机器人自动铣削系统的加工对象包括飞机大部件和飞机小部件。
所述柔性定位工装系统用于飞机小部件的定位夹持，所述柔性定位工装系统通过连接平台固定在所述工作平台上，所述连接平台上设有16组可伸缩式真空柔性夹持装置，每组可伸缩式真空柔性夹持装置均包括依次连接的伺服电机、直线引动器、伸缩支架和真空吸盘；所述可伸缩式真空柔性夹持装置由伺服电机驱动直线引动器中的丝杠转动，从而带动螺母做直线运动，所述螺母上固定有滑座，所述滑座与所述伸缩支架连接在一起，所述真空吸盘安装在伸缩支架上，实现了真空吸盘与工件之间距离的调节。
所述加工系统还设有与所述加工机器人连接的加工机器人底座，所述加工系统通过加工机器人底座与所述工作平台连接；所述加工机器人为用于铣削加工的工业机器人；所述加工末端执行器包括高速主轴电机、抱夹、法兰机构、吸尘通道、分别与吸尘通道连接的伸缩气缸和转动机构，所述加工末端执行器通过法兰机构与所述加工机器人呈45度角连接，所述加工末端执行器通过加工末端执行器快换装置安装在所述加工机器人上，所述加工末端执行器快换装置实现加工末端执行器和测量系统的快速更换；所述高速主轴电机由所述抱夹抱死在法兰机构中；所述吸尘通道设置在所述加工末端执行器的支架上，所述吸尘通道上方设有所述伸缩气缸和转动机构，所述吸尘通道通过所述伸缩气缸的伸缩实现刀柄快速换刀，所述转动机构由一个伺服电机驱动带动吸尘通道转动，用于吸尘通道的吸尘口与加工工件干涉时使用。
所述辅助夹持系统还设有与所述辅助夹持机器人连接的辅助夹持机器人底座，所述辅助夹持系统通过辅助夹持机器人底座与所述工作平台连接；所述辅助夹持机器人为用于辅助夹持的工业机器人；所述辅助夹持末端执行器包括连接法兰板、设置在连接法兰板上的真空发生器、真空度检测仪、五组可伸缩式真空吸附装置，每组可伸缩式真空吸附装置均包括依次连接的伺服电机、直线引动器、移动连接板、真空吸盘，所述五组可伸缩式真空吸附装置均匀分布在所述连接法兰板上，所述辅助夹持末端执行器通过连接法兰板与所述辅助夹持机器人呈45度角连接；所述可伸缩式真空吸附装置由伺服电机驱动直线引动器中的丝杠转动，从而带动螺母做直线运动，所述螺母上固定有滑座，所述滑座与所述移动连接板连接在一起，所述真空吸盘安装在移动连接板上，实现了真空吸盘与工件之间距离的调节。
所述测量系统为三维视觉检测系统，所述测量系统包括坐标跟踪系统和扫描系统，所述测量系统通过所述坐标跟踪系统的跟踪器实时跟踪所述扫描系统的双相机动态测量系统；所述测量系统通过测量系统快换装置安装在所述加工机器人上，所述测量系统快换装置实现加工末端执行器和测量系统的快速更换。
所述AGV小车与所述工作平台的钢梁连接，连接处设置有4个定位销，防止所述工作平台在AGV小车爬坡时侧滑；所述AGV小车包括底盘车架、轮组套件、顶升装置、综控箱、伺服控制箱、供配电箱、蓄电池组、辅助电气；所述AGV小车用于托载所述工作平台移动到达指定的工作区域；所述工作平台设有4个支腿接触地面做平台支撑，在工作状态下AGV小车不受力，需要移动时，AGV小车托起工作平台，4个支腿脱离地面，整体移动到指定工作位置后工作平台降落在地面上固定不动；所述AGV小车通过液压升降将所述工作平台脱离或降落地面；所述工作平台的4个支腿均设置有锚固机构，用于防止出现虚腿情况，所述锚固机构包括电液推杆和铰接支座，所述铰接支座的球形铰接用于不平地面调平用，所述球形铰接设置有压力传感器用于反馈压力。
所述工作平台上还设有用于满足加工不同材料以及粗加工和精加工时换刀的需要的刀库、用于对所述加工末端执行器和辅助夹持末端执行器的刀具位姿进行精确计算和校核的对刀仪、用于冷却所述加工末端执行器的高速主轴电机的工业水冷机、安装有气动控制元件系统的气动柜、加工末端执行器快换支架、测量系统快换支架，所述工作平台侧面设有用于安装电气控制元件系统的电气柜、用于控制机器人的启动和运动姿态的机器人控制及驱动柜、用于安装吸尘器的吸尘器柜，所述吸尘器通过所述加工末端执行器的吸尘通道吸附加工工件所产生的粉尘碎屑。
所述飞机大部件为装配型架上已装配成盒段的飞机壁板或机身筒段；所述飞机小部件为口盖、门类及蒙皮类组件边部。
所述机器人离线编程及仿真系统首先使用激光跟踪仪对整个系统建立世界坐标系，然后采用所述坐标跟踪系统和扫描系统生成点云文件，GeoMagic处理点云文件生成实际数模，再通过虚拟装配比对理论数模标示好待加工区域，然后采用RobotMaster等路径规划软件进行铣削路径规划，并进行加工机器人铣削仿真，根据仿真结果，改进加工机器人的铣削加工位置及机器人的位姿；铣削路径规划之后处理相关数据并实行离线编程，生成能识别的自动铣削程序并形成文件。
所述机器人自动控制系统是机器人运行的大脑，用于控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。
本发明的有益效果是：本发明采用数字化的方法，针对飞机装配过程中的各种钛合金零件、复合材料、铝等叠层材料的飞机壁板、机身筒段、口盖、门类及蒙皮类零件的装配余量进行机器人自动铣削加工，代替人工打磨飞机装配余量，解决装配过程中余量打磨不均匀、难修配、工作效率低等问题，达到高效率、高精度、高可靠性，提升飞机装配精度、装配效率，降低工人劳动强度，保障工人的身心健康；本发明也可以用于其他领域类似情形的零部件的自动铣削加工。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的左视图。
图4是本发明柔性定位工装系统的结构示意图。
图5是本发明柔性定位工装系统的主视图。
图6是本发明加工机器人和加工机器人底座的结构示意图。
图7是本发明加工末端执行器的结构示意图。
图8是图7的右视图。
图9是本发明辅助夹持机器人和辅助夹持机器人底座的结构示意图。
图10是本发明辅助夹持末端执行器的结构示意图。
图11是本发明辅助夹持末端执行器的主视图。
图12是图11的右视图。
图13是本发明AGV小车和工作平台的结构示意图。
图14是本发明测量系统的结构示意图。
图15是本发明工作平台的支腿的结构示意图。
图16是图15的右视图。
在图中：1、AGV小车； 2、工作平台； 3、柔性定位工装系统； 4、加工系统； 5、辅助夹持系统； 6、测量系统； 21、工业水冷机； 22、气动柜； 23、加工末端执行器快换支架；24、测量系统快换支架； 25、电气柜； 26、机器人控制及驱动柜； 27、吸尘器柜； 31、连接平台； 32、可伸缩式真空柔性夹持装置； 41、加工机器人底座； 42、加工机器人； 43、加工末端执行器； 431、高速主轴电机； 432、抱夹； 433、法兰机构； 434、吸尘通道； 435、伸缩气缸； 436、转动机构； 437、吸尘口； 438、加工末端执行器快换装置； 51、辅助夹持机器人底座； 52、辅助夹持机器人； 53、 辅助夹持末端执行器； 531、连接法兰板； 532、真空发生器； 533、可伸缩式真空吸附装置； 61、坐标跟踪系统； 62、扫描系统； 63、测量系统快换装置； 71、伺服电机； 72、直线引动器； 73、伸缩支架； 74、真空吸盘； 75、移动连接板； 81、支腿； 82、电液推杆； 83、铰接支座； 84、球形铰接； 85、压力传感器。
具体实施方式
根据附图1～16，本发明飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，包括机器人离线编程及仿真系统、机器人自动控制系统、AGV小车1、设置在AGV小车1上的工作平台2、设置在工作平台2上的柔性定位工装系统3、加工系统4、辅助夹持系统5、测量系统6；所述加工系统4包括加工机器人42及与其连接的加工末端执行器43；所述辅助夹持系统5包括辅助夹持机器人52及与其连接的辅助夹持末端执行器53；所述机器人自动铣削系统的加工对象包括飞机大部件和飞机小部件。
所述柔性定位工装系统3用于飞机小部件的定位夹持，所述柔性定位工装系统3通过连接平台31固定在所述工作平台2上，所述连接平台31上设有16组可伸缩式真空柔性夹持装置32，每组可伸缩式真空柔性夹持装置32均包括依次连接的伺服电机71、直线引动器72、伸缩支架73和真空吸盘74；所述可伸缩式真空柔性夹持装置32由伺服电机71驱动直线引动器72中的丝杠转动，从而带动螺母做直线运动，所述螺母上固定有滑座，所述滑座与所述伸缩支架73连接在一起，所述真空吸盘74安装在伸缩支架73上，实现了真空吸盘74与工件之间距离的调节。
所述加工系统4还设有与所述加工机器人42连接的加工机器人底座41，所述加工系统4通过加工机器人底座41与所述工作平台2连接；所述加工机器人42为用于铣削加工的工业机器人；所述加工末端执行器43包括高速主轴电机431、抱夹432、法兰机构433、吸尘通道434、分别与吸尘通道434连接的伸缩气缸435和转动机构436，所述加工末端执行器43通过法兰机构433与所述加工机器人42呈45度角连接，所述加工末端执行器43通过加工末端执行器快换装置438安装在所述加工机器人42上，所述加工末端执行器快换装置438实现加工末端执行器43和测量系统6的快速更换；所述高速主轴电机431由所述抱夹432抱死在法兰机构433中；所述吸尘通道434设置在所述加工末端执行器43的支架上，所述吸尘通道434上方设有所述伸缩气缸435和转动机构436，所述吸尘通道434通过所述伸缩气缸435的伸缩实现刀柄快速换刀，所述转动机构436由一个伺服电机驱动带动吸尘通道434转动，用于吸尘通道434的吸尘口437与加工工件干涉时使用。
所述辅助夹持系统5还设有与所述辅助夹持机器人52连接的辅助夹持机器人底座51，所述辅助夹持系统5通过辅助夹持机器人底座51与所述工作平台2连接；所述辅助夹持机器人52为用于辅助夹持的工业机器人；所述辅助夹持末端执行器53包括连接法兰板531、设置在连接法兰板531上的真空发生器532、真空度检测仪、五组可伸缩式真空吸附装置533，每组可伸缩式真空吸附装置533均包括依次连接的伺服电机71、直线引动器72、移动连接板75、真空吸盘74，所述五组可伸缩式真空吸附装置533均匀分布在所述连接法兰板531上，所述辅助夹持末端执行器53通过连接法兰板531与所述辅助夹持机器人52呈45度角连接；所述可伸缩式真空吸附装置533由伺服电机71驱动直线引动器72中的丝杠转动，从而带动螺母做直线运动，所述螺母上固定有滑座，所述滑座与所述移动连接板75连接在一起，所述真空吸盘74安装在移动连接板75上，实现了真空吸盘74与工件之间距离的调节。
所述测量系统6为三维视觉检测系统，所述测量系统6包括坐标跟踪系统61和扫描系统62，所述测量系统6通过所述坐标跟踪系统61的跟踪器实时跟踪所述扫描系统62的双相机动态测量系统；所述测量系统6通过测量系统快换装置63安装在所述加工机器人42上，所述测量系统快换装置63实现加工末端执行器43和测量系统6的快速更换。
所述AGV小车1与所述工作平台2的钢梁连接，连接处设置有4个定位销，防止所述工作平台2在AGV小车1爬坡时侧滑；所述AGV小车1包括底盘车架、轮组套件、顶升装置、综控箱、伺服控制箱、供配电箱、蓄电池组、辅助电气；所述AGV小车1用于托载所述工作平台2移动到达指定的工作区域；所述工作平台2设有4个支腿81接触地面做平台支撑，在工作状态下AGV小车1不受力，需要移动时，AGV小车1托起工作平台2，4个支腿81脱离地面，整体移动到指定工作位置后工作平台2降落在地面上固定不动；所述AGV小车1通过液压升降将所述工作平台2脱离或降落地面；所述工作平台2的4个支腿81均设置有锚固机构，用于防止出现虚腿情况，所述锚固机构包括电液推杆82和铰接支座83，所述铰接支座83的球形铰接84用于不平地面调平用，所述球形铰接84设置有压力传感器85用于反馈压力。
所述工作平台2上还设有用于满足加工不同材料以及粗加工和精加工时换刀的需要的刀库、用于对所述加工末端执行器43和辅助夹持末端执行器53的刀具位姿进行精确计算和校核的对刀仪、用于冷却所述加工末端执行器43的高速主轴电机431的工业水冷机21、安装有气动控制元件系统的气动柜22、加工末端执行器快换支架23、测量系统快换支架24，所述工作平台2侧面设有用于安装电气控制元件系统的电气柜25、用于控制机器人的启动和运动姿态的机器人控制及驱动柜26、用于安装吸尘器的吸尘器柜27，所述吸尘器通过所述加工末端执行器43的吸尘通道434吸附加工工件所产生的粉尘碎屑。
所述飞机大部件为装配型架上已装配成盒段的飞机壁板或机身筒段；所述飞机小部件为口盖、门类及蒙皮类组件边部。
所述加工机器人42采用ABB IRB6660六轴机器人，所述加工末端执行器43通过法兰机构433与所述加工机器人42第六轴呈45度角连接。所述辅助夹持机器人52采用ABBIRB6620六轴机器人，所述辅助夹持末端执行器53通过连接法兰板531与所述辅助夹持机器人52第六轴呈45度角连接。所述测量系统6采用NaviSCAN 3D System的三维视觉检测系统，其融合了Metronor公司的坐标跟踪系统和德国AICON扫描系统；所述测量系统6通过测量系统快换装置63安装在所述加工机器人42第六轴上，所述测量系统快换装置63实现加工末端执行器43和测量系统6的快速更换。
所述机器人离线编程及仿真系统首先使用激光跟踪仪对整个系统建立世界坐标系，然后采用所述坐标跟踪系统61和扫描系统62生成点云文件，GeoMagic处理点云文件生成实际数模，再通过虚拟装配比对理论数模标示好待加工区域，然后采用RobotMaster等路径规划软件进行铣削路径规划，并进行加工机器人铣削仿真，根据仿真结果，改进加工机器人42的铣削加工位置及机器人的位姿；铣削路径规划之后处理相关数据并实行离线编程，生成能识别的自动铣削程序并形成文件。
所述机器人自动控制系统是机器人运行的大脑，用于控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
飞机大部件具体加工工艺流程如下：
步骤1：所述激光跟踪仪对待装配的前机身和中机身特征点进行扫描，建立全局坐标系，并通过接口将此全局坐标系信息传输给所述测量系统6；
步骤2：所述测量系统6放置于所述测量系统快换支架24上，所述坐标跟踪系统61实时跟踪所述扫描系统62的扫描头，并在所述AGV小车1适当位置上放置4～5个靶球准备位姿校正之用；
步骤3：控制所述AGV小车1进入加工区域第一个工位（加工机器人42先行进入，且加工机器人底座41的中心与待加工机头的中轴线保持一致）并锚固好；
步骤4：所述加工机器人42装配所述测量系统6，所述扫描系统62对前机身部分和中机身部分进行扫描，分别生成包含前机身特征点的加工区域点云文件和包含中机身特征点的装配区域点云文件；
步骤5：将步骤4生成的两个点云文件同时输入到GeoMagic软件里分别生成CAD数模，并将这两个现场实际工件的CAD数模按照现场工艺要求进行虚拟装配，通过布尔运算生成重叠区域，将两个CAD数模重叠区域前机身部分标识出来，即是前机身部分的待加工区域，导出标识了前机身部分待加工区域的CAD数模（以AreaMill表示）；
步骤6：将步骤5生成的前机身部分待加工区域的CAD数模导入RobotMaster软件进行分析处理，进行辅助夹持末端执行器53吸附薄壁件的位置规划，生成辅助夹持机器人52各个夹持位置的位姿指令，以及该位置辅助夹持末端执行器53各个真空吸盘74的伸缩量，发送到所述机器人自动控制系统，所述机器人自动控制系统驱动辅助夹持机器人52固定好待加工区域；
步骤7：所述辅助夹持机器人52用辅助夹持末端执行器53先将前机身部件水平方向最外侧固定好；
步骤8：在夹持状态下，所述加工机器人42通过所述测量系统6的扫描系统62对前机身部分以及放置靶球的AGV小车部分进行扫描，生成在全局坐标系中定位的点云文件；
步骤9标识出全局坐标系下的待加工区域：GeoMagic软件对步骤8生成的点云文件进行处理，生成包含前机身和铣削系统特征点的前机身部件CAD数模，并将该数模与步骤5生成的AreaMill进行比对，将全局坐标系下包含前机身和铣削系统特征点的前机身蒙皮CAD数模的待加工区域标识出来，生成前机身蒙皮待加工区域的CAD数模；
步骤10刀具路径规划：将步骤9生成的前机身蒙皮待加工区域的CAD数模输入到RobotMaster软件进行刀具路径规划，并生成指令文件，刀具路径规划遵循如下规则：（1）待加工区域按加工余量大小分为三个区域：粗加工区域（加工余量大于1mm）、精加工区域(加工余量大于0.3mm且小于等于1mm)和校验加工区域（加工余量小于等于0.3mm）；（2）粗加工区域采用较大进给速度，较大切深；精加工区域采用较小进给速度，较小切深；校验加工区域根据扫描校验结果进行加工，采用微小进给速度、微小切深进行加工；
步骤11铣削加工：将步骤10中RobotMaster生成的指令文件输入到所述机器人自动控制系统中，所述机器人自动控制系统控制所述加工机器人42将所述测量系统6放置于测量系统快换支架24上，然后换上所述加工末端执行器快换支架23上的加工末端执行器43，经过对刀仪对刀后，启动铣削程序，对步骤7中辅助夹持末端执行器53固定的待加工区域进行铣削，当精加工结束后，加工机器人42换刀，装配测量系统6对已加工区域进行扫描，输出到GeoMagic软件进行处理，校验加工余量，当加工余量大于0.3mm时仍遵循精加工方式，当加工余量小于0.3mm时则采取校验加工方式，用微小进给速度、微小切深进行加工，并且每完成一次走刀，就要换刀，装配测量系统6进行校验，直到当前辅助夹持末端执行器53夹持区域满足加工精度，加工机器人42保持装配测量系统6状态；
步骤12：将所述辅助夹持机器人52的辅助夹持末端执行器53移动到邻近待加工区域固定好待铣削部分，然后进行扫描生成点云文件，GeoMagic软件对生成的点云文件进行处理，生成包含前机身特征点的前机身蒙皮CAD数模，将该数模与步骤5生成的AreaMill进行比对，生成标识好待加工区域的全局坐标系下包含前机身特征点的前机身蒙皮CAD数模；
步骤13进行刀具路径规划和铣削加工：将步骤12生成的标识好待加工区域的前机身蒙皮CAD数模输入到RobotMaster软件进行刀具路径规划，并生成指令文件，刀具路径规划遵循的规则同步骤10一样；将RobotMaster生成的指令文件输入到所述机器人自动控制系统中，对步骤12中辅助夹持末端执行器53固定的待加工区域进行铣削，其他同步骤11一样；
步骤14：重复步骤12～步骤13，直到第一个工位在满足加工机器人42和辅助夹持机器人52可达性和不干涉性条件下的辅助夹持末端执行器53可固定区域完成；
步骤15：然后控制AGV小车1退出加工区域，调头，进入加工区域第二个工位（辅助夹持机器人52先行进入，且加工机器人底座41的中心与待加工前机身的中轴线保持一致），所述辅助夹持机器人52用辅助夹持末端执行器53将前机身部件水平方向另一侧最外侧先行固定好；
步骤16：重复步骤8～步骤14，直到所有的待加工区域都完成铣削加工；
步骤17：所述辅助夹持机器人52和加工机器人42缩回，完成飞机大部件的自动铣削加工；
步骤18：所述AGV小车1脱锚，并返回停车区。
实施例2
飞机小部件具体加工工艺流程如下：
步骤1：根据口盖投影到所述柔性定位工装系统3上的范围确定真空吸盘74的布局，将各个真空吸盘74固定好后，用量尺确定好各个真空吸盘74相对于工装基准点的水平面坐标；
步骤2：将口盖的理论数模导入GeoMagic软件里进行仿真计算，根据口盖的理论数模以及各个真空吸盘74相对于工装基准点的分布，计算所述柔性定位工装系统3中各个真空吸盘74的伸缩高度；
步骤3：调节好各个真空吸盘74的高度；
步骤4：将口盖的基准点和工装基准点对应好，固定在柔性定位工装系统3上；
步骤5：所述加工机器人42装配所述测量系统6，所述扫描系统62对口盖和柔性定位工装系统3旁边工作平台2的靶球进行扫描，生成包含加工机器人42和口盖相对位置特征的待加工口盖点云文件；
步骤6：将步骤5生成的待加工口盖点云文件输入到GeoMagic软件里生成CAD数模，并将该实际CAD数模与理论CAD数模进行最佳拟合和比对，通过布尔运算生成待加工区域，并将待加工区域标识出来，生成标识了待加工区域的口盖数模；
步骤7：将步骤6生成的标识了待加工区域的口盖数模导入RobotMaster软件进行刀具路径规划，并生成指令文件，刀具路径规划遵循如下规则：（1）待加工区域按加工余量大小分为三个区域：粗加工区域（加工余量大于1mm）、精加工区域(加工余量大于0.3mm且小于等于1mm)和校验加工区域（加工余量小于等于0.3mm）；（2）粗加工区域采用较大进给速度，较大切深；精加工区域采用较小进给速度，较小切深；校验加工区域根据扫描校验结果进行加工，采用微小进给速度、微小切深进行加工；
步骤8：将步骤7中RobotMaster生成的指令文件输入到所述机器人自动控制系统中，所述机器人自动控制系统控制所述加工机器人42将所述测量系统6放置于测量系统快换支架24上，然后换上所述加工末端执行器快换支架23上的加工末端执行器43，经过对刀仪对刀后，启动铣削程序，对步骤4中柔性定位工装系统3固定好的口盖进行铣削，当精加工结束后，加工机器人42换刀，装配测量系统6对已加工区域进行扫描，输出到GeoMagic软件进行处理，校验加工余量，当加工余量大于0.3mm时仍遵循精加工方式，当加工余量小于0.3mm时则采取校验加工方式，用微小进给速度、微小切深进行加工，并且每完成一次走刀，就要换刀，装配测量系统6进行校验，直到确认口盖满足加工精度；
步骤9：所述加工机器人42将测量系统6放回测量系统快换支架24上，加工机器人42缩回，完成口盖的自动铣削加工。
本发明采用数字化的方法，针对飞机装配过程中的各种钛合金零件、复合材料、铝等叠层材料的飞机壁板、机身筒段、口盖、门类及蒙皮类零件的装配余量进行机器人自动铣削加工，代替人工打磨飞机装配余量，解决装配过程中余量打磨不均匀、难修配、工作效率低等问题，达到高效率、高精度、高可靠性，提升飞机装配精度、装配效率，降低工人劳动强度，保障工人的身心健康；本发明也可以用于其他领域类似情形的零部件的自动铣削加工。
Claims (8)
1.一种飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述机器人自动铣削系统包括机器人离线编程及仿真系统、机器人自动控制系统、AGV小车、设置在AGV小车上的工作平台、设置在工作平台上的柔性定位工装系统、加工系统、辅助夹持系统、测量系统；所述加工系统包括加工机器人及与其连接的加工末端执行器；所述辅助夹持系统包括辅助夹持机器人及与其连接的辅助夹持末端执行器；所述机器人自动铣削系统的加工对象包括飞机大部件和飞机小部件。
2.根据权利要求 1 所述的飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述柔性定位工装系统用于飞机小部件的定位夹持，所述柔性定位工装系统通过连接平台固定在所述工作平台上，所述连接平台上设有16组可伸缩式真空柔性夹持装置，每组可伸缩式真空柔性夹持装置均包括依次连接的伺服电机、直线引动器、伸缩支架和真空吸盘；所述可伸缩式真空柔性夹持装置由伺服电机驱动直线引动器中的丝杠转动，从而带动螺母做直线运动，所述螺母上固定有滑座，所述滑座与所述伸缩支架连接在一起，所述真空吸盘安装在伸缩支架上，实现了真空吸盘与工件之间距离的调节。
3.根据权利要求 1 所述的飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述加工系统还设有与所述加工机器人连接的加工机器人底座，所述加工系统通过加工机器人底座与所述工作平台连接；所述加工机器人为用于铣削加工的工业机器人；所述加工末端执行器包括高速主轴电机、抱夹、法兰机构、吸尘通道、分别与吸尘通道连接的伸缩气缸和转动机构，所述加工末端执行器通过法兰机构与所述加工机器人呈45度角连接，所述加工末端执行器通过加工末端执行器快换装置安装在所述加工机器人上，所述加工末端执行器快换装置实现加工末端执行器和测量系统的快速更换；所述高速主轴电机由所述抱夹抱死在法兰机构中；所述吸尘通道设置在所述加工末端执行器的支架上，所述吸尘通道上方设有所述伸缩气缸和转动机构，所述吸尘通道通过所述伸缩气缸的伸缩实现刀柄快速换刀，所述转动机构由一个伺服电机驱动带动吸尘通道转动，用于吸尘通道的吸尘口与加工工件干涉时使用。
4.根据权利要求 1 所述的飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述辅助夹持系统还设有与所述辅助夹持机器人连接的辅助夹持机器人底座，所述辅助夹持系统通过辅助夹持机器人底座与所述工作平台连接；所述辅助夹持机器人为用于辅助夹持的工业机器人；所述辅助夹持末端执行器包括连接法兰板、设置在连接法兰板上的真空发生器、真空度检测仪、五组可伸缩式真空吸附装置，每组可伸缩式真空吸附装置均包括依次连接的伺服电机、直线引动器、移动连接板、真空吸盘，所述五组可伸缩式真空吸附装置均匀分布在所述连接法兰板上，所述辅助夹持末端执行器通过连接法兰板与所述辅助夹持机器人呈45度角连接；所述可伸缩式真空吸附装置由伺服电机驱动直线引动器中的丝杠转动，从而带动螺母做直线运动，所述螺母上固定有滑座，所述滑座与所述移动连接板连接在一起，所述真空吸盘安装在移动连接板上，实现了真空吸盘与工件之间距离的调节。
5.根据权利要求 1 所述的飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述测量系统为三维视觉检测系统，所述测量系统包括坐标跟踪系统和扫描系统，所述测量系统通过所述坐标跟踪系统的跟踪器实时跟踪所述扫描系统的双相机动态测量系统；所述测量系统通过测量系统快换装置安装在所述加工机器人上，所述测量系统快换装置实现加工末端执行器和测量系统的快速更换。
6.根据权利要求 1 所述的飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述AGV小车与所述工作平台的钢梁连接，连接处设置有4个定位销，防止所述工作平台在AGV小车爬坡时侧滑；所述AGV小车包括底盘车架、轮组套件、顶升装置、综控箱、伺服控制箱、供配电箱、蓄电池组、辅助电气；所述AGV小车用于托载所述工作平台移动到达指定的工作区域；所述工作平台设有4个支腿接触地面做平台支撑，在工作状态下AGV小车不受力，需要移动时，AGV小车托起工作平台，4个支腿脱离地面，整体移动到指定工作位置后工作平台降落在地面上固定不动；所述AGV小车通过液压升降将所述工作平台脱离或降落地面；所述工作平台的4个支腿均设置有锚固机构，用于防止出现虚腿情况，所述锚固机构包括电液推杆和铰接支座，所述铰接支座的球形铰接用于不平地面调平用，所述球形铰接设置有压力传感器用于反馈压力。
7.根据权利要求 1或3 所述的飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述工作平台上还设有用于满足加工不同材料以及粗加工和精加工时换刀的需要的刀库、用于对所述加工末端执行器和辅助夹持末端执行器的刀具位姿进行精确计算和校核的对刀仪、用于冷却所述加工末端执行器的高速主轴电机的工业水冷机、安装有气动控制元件系统的气动柜、加工末端执行器快换支架、测量系统快换支架，所述工作平台侧面设有用于安装电气控制元件系统的电气柜、用于控制机器人的启动和运动姿态的机器人控制及驱动柜、用于安装吸尘器的吸尘器柜，所述吸尘器通过所述加工末端执行器的吸尘通道吸附加工工件所产生的粉尘碎屑。
8.根据权利要求 1 所述的飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统，其特征在于：所述飞机大部件为装配型架上已装配成盒段的飞机壁板或机身筒段；所述飞机小部件为口盖、门类及蒙皮类组件边部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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