CN107784888A - 一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置和培训方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置和培训方法，涉及航空航天装配制造领域。使用该装置和培训方法，可实现飞机铆装工成排铆接操作技能培训、铆接质量非破坏检测、机身成排铆接工况模拟及技能考核等工作任务。通过调整机器人的位姿来模拟飞机机身不同位置的铆接，可选择单钉铆接或成排钉铆接。通过步进电机带动丝杆旋转实现仿真板贴合或分离，进而夹紧铆钉或取出铆钉。铆接模拟结束后可对铆接质量进行检测与评估。本发明操作简单，成本低、效率高，可以模拟机身的任何机段，自由度高，铆接操作模拟与实际工况贴合度高，可以有效提高铆装工技能培训效率，缩短铆装工适应实际生产工况的时间。
Description
技术领域
本发明涉及机械、汽车、船舶、航空航天构件、组件装配制造领域，尤其涉及一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置和培训方法。
背景技术
飞机安全问题主要是装配的可靠性问题，铆接作为飞机零件的主要装配形式，在飞机装配中占有十分重要的地位。
目前，国内飞机装配和安装工作机械化和自动化程度较低，手工劳动量比重大，劳动生产率低，质量要求高。机身侧面铆接空间小、铆枪调整困难，铆接技能要求高，尤其是机身等直段的铆接，铆钉数量很多。大部分连接需要进行成排铆接，对于铆钉的铆接稳定性要求高。传统的铆接方法有手铆法和锤铆法。手铆法工具简单，操纵方便，主要用于小组合件、托板螺帽和双面沉头铆接；锤铆法适用于各种铆接结构，广泛应用于机体各种组合件和部件。这两种方法人为因素影响较大，铆接品质不稳定，而且劳动强度高、劳动条件差。真机生产工况差别非常大，使得员工取得铆装工资格证以后，仍然不能进行生产现场铆装作业。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置和培训方法，解决传统培训方式中培训成本过高、成排多钉铆接质量一致性差、铆装工培训环境与实际生产工作环境差别大等问题。
发明内容
针对现有培训设备的缺陷，本发明提供了一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，并通过此装置实现了铆装工技能培训效率的大幅提升，实现了员工培训与生产能力提升的无缝对接。
本发明公开了一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，该柔性培训装置包括铆接平台，所述铆接平台包括底板、固定铆接仿真板、可动铆接仿真板和电磁吸合器，所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板的一侧边缘处开有成排的半圆孔，所述固定铆接仿真板固定在所述底板上，所述电磁吸合器分别固定安装在所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板的同一侧，所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板通过所述电磁吸合器吸合作用贴合后，所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板上成排的半圆孔拼接成成排的圆孔用于放置并固定铆钉。
进一步地，所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板的一侧边缘半圆孔开孔处均经过特殊的热处理，以增强机械强度。所述固定铆接仿真板通过螺栓固定在所述底板上。
进一步地，所述铆接平台还包括支架、滑块和导轨，所述滑块上开有通孔并与所述导轨相配合，所述支架分别固定在所述底板上前后两边的边缘处，所述导轨从所述滑块的通孔中穿过并分别固定在所述支架上，所述滑块分别固定在所述可动铆接仿真板的两侧并可沿所述导轨左右滑动，带动所述可动铆接仿真板左右移动，实现所述可动铆接仿真板与所述固定铆接仿真板的贴合或分离。
进一步地，所述滑块上开有圆形通孔，所述导轨为圆柱形，所述导轨与所述滑块上的通孔之间形成间隙配合。所述支架通过螺栓固定在所述底板上，所述支架与所述底板可拆卸分离。
进一步地，所述铆接平台还包括螺母、丝杆和步进电机，所述螺母与所述可动铆接仿真板固定连接，所述丝杆与所述步进电机固定连接，所述步进电机固定在所述底板上，所述丝杆与所述螺母相啮合，所述步进电机驱动所述丝杆转动并带动所述可动铆接仿真板左右移动，实现所述可动铆接仿真板与所述固定铆接仿真板的贴合或分离。所述步进电机通过螺栓固定在所述底板上，所述步进电机与所述底板可拆卸分离。
进一步地，所述柔性培训装置还包括关节机器人，所述关节机器人包括基座、第一关节、第二关节、第一连杆、第三关节、第二连杆、第四关节和第五关节，所述第一关节的一端与所述基座的上平面固定连接，所述第一关节的另一端与所述第二关节的一端固定连接，所述第二关节的另一端与所述第一连杆的一端固定连接，所述第一连杆的另一端与所述第三关节的一端固定连接，所述第三关节的另一端与所述第二连杆的一端固定连接，所述第二连杆的另一端与所述第四关节的一端固定连接，所述第四关节的另一端与所述第五关节的一端固定连接，所述第五关节的另一端与所述铆接平台固定连接，所述第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节均可转动，用于调整所述铆接平台的角度和位置。
本发明还公开了一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置的培训方法，包括如下步骤：
步骤1、选择单钉铆接或成排钉铆接等铆接类型，通过转动关节机器人的关节，调整机器人的位姿，模拟铆接时的相应工况；
步骤2、操作步进电机带动丝杆顺时针转动，使可动铆接仿真板与固定铆接仿真板分离；
步骤3、按照指定铆接类型放置铆钉；
步骤4、操作步进电机逆时针转动丝杆，使可动铆接仿真板向固定铆接仿真板靠拢直至贴合，完成定位；
步骤5、电磁吸合器吸合，使可动铆接仿真板和固定铆接仿真板完全夹紧；
步骤6、使用气动铆枪进行连续冲击铆接，直至完成铆接；
步骤7、铆接完成后，分离可动铆接仿真板和固定铆接仿真板，取出铆钉进行铆钉几何形貌检测。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用关节机器人移动和定位，空间自由度大，定位准确，与实际工况贴合度较高。
2、本发明采用关节机器人作为载体，可以使得铆接装置在空间任意位置移动，可使得准确地模拟出铆接过程中：站立铆接、半蹲铆接、仰角铆接、俯角铆接、水平铆接和竖直铆接等任意姿势，同时还可以进行中机身、后机身翼身连接、平尾安装和其他舱段铆接针对性培训，同时铆接模拟仿真板开有成排孔，可模拟单钉铆接、成排钉铆接。移植性较强，适用于任何机段及工况铆接模拟，铆接质量的一致性、稳定性和效率都较高。
3、本发明关节机器人可以逼真的模拟出飞机真实生产中的工作状况，极大的改善传统培训与实际生产脱节的问题。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明装置的整体结构示意图；
图2是本发明的关节机器人结构示意图；
图3是本发明的铆接平台结构示意图；
图4是本发明操作的流程图(以铆接平台为例)。
图中：1为关节机器人，1-1为基座，1-2为第一关节，1-3为第二关节，1-4为第三关节，1-5为第五关节，1-6第四为关节，1-7为第二连杆，1-8为第一连杆，2为铆接平台，2-1为底板，2-2为支架，2-3为滑块，2-4为导轨，2-5为铆钉，2-6为成排孔，2-7为固定铆接仿真板，2-8为电磁吸合器，2-9为可动铆接仿真板，2-10为螺母，2-11为丝杆，2-12为步进电机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1—图3所示，本发明所述技术方案提供一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，可模拟机身中部、机身中上部和机身中下部等飞机铆装过程中的成排铆接工况，用于飞机铆装工成排铆接操作技能培训。该培训装置包括铆装平台2和关节机器人1，铆接平台2与关节机器人1固定连接。关节机器人1可以固定在升降机或者作业台/架上，升降机或者作业台/架可用于调整关节机器人的高度并为其提供定位以及支撑(升降机或作业台/架图中略)。
铆接平台2包括底板2-1、支架2-2、滑块2-3、导轨2-4、固定铆接仿真板2-7、电磁吸合器2-8、可动铆接仿真板2-9、螺母2-10、丝杆2-11和步进电机2-12。固定铆接仿真板2-7和可动铆接仿真板2-9的一侧边缘处均开有成排的半圆孔，该半圆孔开孔处均经过特殊的热处理。固定铆接仿真板2-7通过螺栓固定在底板2-1上，电磁吸合器2-8分别固定安装在固定铆接仿真板2-7和可动铆接仿真板2-9的同一侧，固定铆接仿真板2-7和可动铆接仿真板2-9通过电磁吸合器2-8吸合作用贴合后，固定铆接仿真板2-7和可动铆接仿真板2-9上成排的半圆孔拼成成排的圆孔2-6，用于放置并固定铆钉2-5。根据需要，既可以模拟单钉铆接，也可以进行成排钉铆接的模拟。
滑块2-3上开有圆形通孔并与圆形导轨2-4间隙配合，支架2-2分别固定在底板2-1上前后两边的边缘处，导轨2-4从滑块2-3的通孔中穿过并分别固定在支架2-2上，滑块2-3分别固定在可动铆接仿真板2-9的两侧并可沿导轨2-4左右滑动，进而带动可动铆接仿真板2-9左右移动。螺母2-10与可动铆接仿真板2-9固定连接，丝杆2-11与步进电机2-12固定连接，步进电机2-12使用螺栓固定在底板2-1上。丝杆2-11与螺母2-10相啮合，步进电机2-12驱动丝杆2-11转动并带动可动铆接仿真板2-9左右移动，实现可动铆接仿真板2-9与固定铆接仿真板2-7的贴合或分离。
关节机器人1包括基座1-1、第一关节1-2、第二关节1-3、第一连杆1-8、第三关节1-4、第二连杆1-7、第四关节1-6和第五关节1-5。第一关节1-2的一端与基座1-1的上平面固定连接，第一关节1-2的另一端与第二关节1-3的一端固定连接，第二关节1-3的另一端与第一连杆1-8的一端固定连接，第一连杆1-8的另一端与第三关节1-4的一端固定连接，第三关节1-4的另一端与第二连杆1-7的一端固定连接，第二连杆1-7的另一端与第四关节1-6的一端固定连接，第四关节1-6的另一端与第五关节1-5的一端固定连接，第五关节1-5的另一端与铆接平台2固定连接。第一关节1-2、第二关节1-3、第三关节1-4、第四关节1-6和第五关节1-5均可转动，用于调整铆接平台2的角度和位置，模拟机身中部、机身中上部和机身中下部等飞机铆装过程中的不同工况。
根据工况需要，通过调整关节机器人1的位姿来模拟铆接时的不同工况。通过第二关节1-3旋转α1°，第三关节1-4旋转β1°，第四关节1-6旋转γ1°来实现位姿一的调整，模拟机身中下部铆接工况。通过第二关节1-3旋转α2°，第三关节1-4旋转β2°，第四关节1-6旋转γ2°来实现位姿二的调整，模拟机身中部铆接工况。通过第二关节1-3旋转α3°，第三关节1-4旋转β3°，第四关节1-6旋转γ3°来实现位姿三的调整，模拟机身中上部铆接工况。其他位姿调整可根据需要进行设置。调整好需要模拟的工况后，即可以在铆接平台2上进行单钉或成排钉的模拟气动铆接操作。
如图4所示，本发明所述技术方案提供一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置的培训方法：
步骤1、参见图1，通过调整关节机器人1的位姿来模拟铆接时的不同工况。通过第二关节1-3旋转α1°，第三关节1-4旋转β1°，第四关节1-6旋转γ1°来实现位姿一的调整，模拟机身中下部铆接工况。通过第二关节1-3旋转α2°，第三关节1-4旋转β2°，第四关节1-6旋转γ2°来实现位姿二的调整，模拟机身中部铆接工况。通过第二关节1-3旋转α3°，第三关节1-4旋转β3°，第四关节1-6旋转γ3°来实现位姿三的调整，模拟机身中上部铆接工况。其他位姿调整可根据需要进行设置。
步骤2、参见图3，操作步进电机2-12，使其顺时针转动丝杆2-11，使得可动仿真板2-9在螺旋传动的作用下向左移动，实现两块铆接仿真板的分离。
步骤3、参见图3，根据所选的铆接类型，取铆钉放置在固定铆接仿真板2-7的孔中心附近位置，步进电机2-12逆时针转动丝杆2-11，使得可动铆接仿真板2-9在螺旋副的作用下向中心靠拢，最终完全贴合，完成两块铆接仿真板的准确定位。
步骤4、固定铆接仿真板2-7与可动铆接仿真板2-9完全贴合后，电磁吸合器2-8吸合，使可动铆接仿真板2-9和固定铆接仿真板2-7完全夹紧。
步骤5、手持气动铆枪进行连续的铆接操作，直至铆接技术工确定铆接全部完成。
步骤6、操作步进电机2-12顺时针转动丝杆2-11，使得可动铆接仿真板2-9和固定铆接仿真板2-7分离开，取出铆钉进行墩头直径、铆钉直径等基本参数和几何形貌的测量。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述柔性培训装置包括铆接平台，所述铆接平台包括底板、固定铆接仿真板、可动铆接仿真板和电磁吸合器，所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板的一侧边缘处开有成排的半圆孔，所述固定铆接仿真板固定在所述底板上，所述电磁吸合器分别固定安装在所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板的同一侧，所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板通过所述电磁吸合器吸合作用贴合后，所述固定铆接仿真板和所述可动铆接仿真板上成排的半圆孔拼接成成排的圆孔用于放置并固定铆钉。
2.如权利要求1所述的用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述半圆孔开孔处均经过热处理以增强机械强度。
3.如权利要求1所述的用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述固定铆接仿真板通过螺栓固定在所述底板上。
4.如权利要求1所述的用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述铆接平台还包括支架、滑块和导轨，所述滑块上开有通孔并与所述导轨相配合，所述支架分别固定在所述底板上前后两边的边缘处，所述导轨从所述滑块的通孔中穿过并分别固定在所述支架上，所述滑块分别固定在所述可动铆接仿真板的两侧并可沿所述导轨左右滑动，带动所述可动铆接仿真板左右移动，实现所述可动铆接仿真板与所述固定铆接仿真板的贴合或分离。
5.如权利要求4所述的用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述滑块上开有圆形通孔，所述导轨为圆柱形，所述导轨与所述滑块上的通孔之间形成间隙配合。
6.如权利要求4所述的用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述支架通过螺栓固定在所述底板上，所述支架与所述底板可拆卸分离。
7.如权利要求4所述的用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述铆接平台还包括螺母、丝杆和步进电机，所述螺母与所述可动铆接仿真板固定连接，所述丝杆与所述步进电机固定连接，所述步进电机固定在所述底板上，所述丝杆与所述螺母相啮合，所述步进电机驱动所述丝杆转动并带动所述可动铆接仿真板左右移动，实现所述可动铆接仿真板与所述固定铆接仿真板的贴合或分离。
8.如权利要求7所述的用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述步进电机通过螺栓固定在所述底板上，所述步进电机与所述底板可拆卸分离。
9.如权利要求1-8中任一项所述的用于飞机成排气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述柔性培训装置还包括关节机器人，所述关节机器人包括基座、第一关节、第二关节、第一连杆、第三关节、第二连杆、第四关节和第五关节，所述第一关节的一端与所述基座的上平面固定连接，所述第一关节的另一端与所述第二关节的一端固定连接，所述第二关节的另一端与所述第一连杆的一端固定连接，所述第一连杆的另一端与所述第三关节的一端固定连接，所述第三关节的另一端与所述第二连杆的一端固定连接，所述第二连杆的另一端与所述第四关节的一端固定连接，所述第四关节的另一端与所述第五关节的一端固定连接，所述第五关节的另一端与所述铆接平台固定连接，所述第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节均可转动，用于调整所述铆接平台的角度和位置。
10.一种使用如权利要求1-9中任一项所述的飞机成排气动铆接的柔性培训装置的培训方法，其特征在于，所述培训方法包括如下步骤：
步骤1、选择单钉铆接或成排钉铆接等铆接类型，通过转动关节机器人的关节，调整机器人的位姿，模拟铆接时的相应工况；
步骤2、操作步进电机带动丝杆顺时针转动，使可动铆接仿真板与固定铆接仿真板分离；
步骤3、按照指定铆接类型放置铆钉；
步骤4、操作步进电机逆时针转动丝杆，使可动铆接仿真板向固定铆接仿真板靠拢直至贴合，完成定位；
步骤5、电磁吸合器吸合，使可动铆接仿真板和固定铆接仿真板完全夹紧；
步骤6、使用气动铆枪进行连续冲击铆接，直至完成铆接；
步骤7、铆接完成后，分离可动铆接仿真板和固定铆接仿真板，取出铆钉进行铆钉几何形貌检测。
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