CN108340198A - 一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置包括：吸附装置，吸附装置包括支撑架和吸附器，用于吸附目标构件，其中，吸附器可以调整自身角度，并提供吸力；五自由度并联模块，五自由度并联模块包括机架、第一至第五支链和主轴，通过第一至第五支链直线运动，以实现五自由度的转动。该装置具有占地空间小、集成化高、拆装方便、加工灵活、效率高的优点，可满足进行大型复杂结构件的加工需求。

Description

一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，特别涉及一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置。

背景技术

大型复杂零件主要包括复杂结构和复杂曲面两大类，通常具有尺寸大、形状复杂、位置精度和表面质量要求高并伴有薄壁结构等共性特征。典型的大型复杂零件包括大型航空薄壁件、空间站大型舱体结构件、重型燃气轮机组件、大型风机叶片、船舰螺旋桨等，对国家安全至关重要，其高效高质量制造是亟待解决的难题。大型复杂结构件对加工制造基础装置的加工能力提出了严峻的挑战。一方面，由于工件尺寸和质量大，存在拆装、运输、再调试困难等问题，且此类零件的尺寸往往超出普通加工中心的加工能力(尤其是工作空间)，另一方面，开发针对某些部件的大型专用加工装置，成本极高且利用率低，造成资源浪费以及生产成本的剧增。另外，对于此类大型装置的后期故障维修，同样存在不便拆卸以及难于运输到加工现场等问题。

现有技术中，加工大型复杂零件的主要手段是采用龙门式多轴数控机床加工，由于工件尺寸大，故而需要的加工机床也尺寸大，造价昂贵。而且存在着若干不足：加工模式固定，通常不具备柔性及并行加工能力；加工对象相对单一，不具备可重构性，不适应复杂及多样化加工作业环境；加工效率较低。传统的龙门式多轴数控机床已经不能满足航空航天、能源和国防等行业的制造需求。

与串联机构不同，并联机构是由两个或多个运动学支链构成的闭环并能够控制终端实现一定输出运动的机构。由于具有结构紧凑、运动部件质量小、刚度高、动态响应特性好、单位重量上承载能力大、易于实现高速运动等优点，并联机构成为模块化设计的理想选择。五自由度并联机构是并联机构中非常重要的一类，但五自由度并联机构的成功应用案例极少。

然而，现有技术仍存在一些关键技术问题需要解决，如五支链带来的运动学以及结构复杂性、刚度，尤其是加工大型复杂结构件时加工装置体积庞大，不能做到小型化、便捷化加工等问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，具有占地空间小、集成化高、拆装方便、加工灵活、效率高的优点。

为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，包括：吸附装置，所述吸附装置包括支撑架和吸附器，用于吸附目标构件，其中，所述吸附器可以调整自身角度并提供吸力；五自由度并联模块，所述五自由度并联模块包括机架、第一至第五支链和主轴，通过第一至第五支链直线运动，以实现五自由度的转动。

本发明实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，通过吸附目标构件并通过第一至第五支链直线运动，以实现五自由度的转动，具有占地空间小、集成化高、拆装方便、加工灵活、效率高的优点，可满足进行大型复杂结构件的加工需求。

另外，根据本发明上述实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述五自由度并联模块的机架通过五根独立的连杆与所述主轴连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述五自由度并联模块的第一至第五支链包括电机、连杆和关节，所述五自由度并联模块的五根连杆由五个驱动电机分别单独驱动，以进行直线运动。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述五自由度并联模块能够进行立式加工到卧式加工的相互转变

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述吸附器本体设置在所述支撑架上，吸附器包括连接法兰盘、转动装置和吸附盘。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述转动装置用于调整角度，转动装置包括多种形式；所述吸附盘与所述目标结构件表面紧密接触。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述吸附器能够调整角度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述吸附盘为电磁铁或吸盘。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置的五自由度并联模块的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置的机架的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置的支链、主轴的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置的吸附装置的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置的吸附器的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置中的吸附器的结构示意图；

图8是根据本发明一个实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置中的吸附器的结构示意图

附图标记说明：

五自由度并联模块100；机架110；主轴120；

第一支链I：第一电机131；第一连杆132；第一虎克铰133；第一转动关节134；

第二支链II：第二电机141；第二连杆142；第二虎克铰143；第二球铰144；

第三支链III；第四支链IV：第五支链V；

吸附装置200；支撑架210；吸附器220；连接法兰盘221；转轴222；电机223；吸附盘224；直线电机232；伸缩杆233；

目标构件300；六点吸附装置400；支撑架410；吸附器420；连接法兰盘421；电机422；升降台423；电机424；转轴425；吸附盘426。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置。

图1是根据本发明实施例的一种大型复杂结构件的吸附式加工装置的结构示意图。

如图1所示，该面向大型复杂结构件的吸附式加工装置包括：吸附装置200和五自由度并联模块100。

其中，吸附装置200包括支撑架210和吸附器220，用于吸附目标构件。五自由度并联模块100包括机架110、第一至第五支链和主轴120，通过第一至第五支链直线运动，以实现五自由度的转动。该面向大型复杂结构件的吸附式加工装置具有占地空间小、集成化高、拆装方便、加工灵活、效率高的优点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，该面向大型复杂结构件的吸附式加工装置包括五自由度并联模块100和吸附装置200，五自由度并联模块100装设有主轴120、第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V，其中，每个支链包括电机、连杆、连接关节。

第一支链I包括第一电机131、第一连杆132、第一虎克铰133和第一转动关节134。第一连杆132与第一电机131之间通过螺旋副连接，第一连杆132与机架110之间通过第一虎克铰133连接、第一连杆132与主轴120间通过一个与第一连杆132轴线垂直的第一转动关节134连接。第二支链II包括第二电机141、第二连杆142、第二虎克铰143和第二球铰144。第二连杆142分别于第二电机141以螺旋副连接，第二连杆142与机架110之间用第二虎克铰143连接、第二连杆142与主轴120间用第二球铰144连接；第三支链III和第二支链II结构相同；第四支链IV和第二支链II结构相同；第五支链V和第二支链II结构相同，以实现五个连杆在电机驱动下直线运动。

可以理解的是，第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV和第五支链V的连杆与机架110之间的虎克铰可以用两个旋转轴线相互垂直的转动关节代替。第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与主轴120之间的球铰可以用一个虎克铰加一个转动副的复合关节代替。

进一步地，第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与机架110之间的虎克铰可以用三个旋转轴线相互垂直的转动关节代替。当第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与机架110之间设有三个转动副时、第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与主轴120之间的球铰用两个转动轴线垂直的转动副代替。当第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与主轴120之间设有两个转动副时，两个转动副的轴线所组成的平面分别与第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆轴线垂直。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，机架110的上部分是半拱球型的桁架式结构，下部分呈正六边形。这种桁架式的机架110，结构紧凑，经过拓扑优化，重量小，承载能力强。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，吸附式加工装置的五自由度并联模块100的第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的电机安装在机架110上的五个圆孔上。吸附式加工装置的五自由度并联模块100的第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与机架110的之间虎克铰的安装位置在机架110上的五个圆孔上。

如图5和图6所示，进一步地，吸附装置200包括支撑架210和吸附器220，吸附器220本体装设在支撑架210上，吸附器220包括连接法兰盘221、用于改变朝向的转向装置和吸附盘224。吸附器220通过上方的连接法兰盘221与吸附装置200的支撑架210相连接。

本实施例中，支撑架210的形状与机架110的下部分的形状贴合，也为正六边形，支撑架210的边缘是拓扑结构，提高了强度和稳定性，节省了材料，降低了成本。

在本发明的一个实施例中，吸附器220的数目为三个，分布在正六边形支撑架的三个角上，使支撑力的分布均匀。三个吸附器接触曲面，使吸附式加工装置能稳固的吸附在待加工结构件300上。

进一步地，吸附器220上装设有转动装置，转动装置包括电机223和转轴222。转动装置包括两个电机224和轴线相互垂直的两个转轴222，每个电机224分别驱动一个转轴222运动，使整个转动装置有两个转动自由度，实现吸附器220方向调整。

其中，吸附盘224采用电磁铁，通过电磁力实现吸附固定功能。吸附盘为圆形。吸附力的大小可以通过调节电流实现，提高了吸附盘224的吸附强度和稳定性。该结构中，吸附盘224和待加工结构件300表面调整、吸附、脱离容易，保证了安装、拆卸和更换的方便性。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，在加工大型长板型铁质金属机构件的表面结构时，吸附式加工装置的吸附装置200上的六个吸附盘224吸附在待加工结构件300待加工孔旁的平面上，调整吸附装置200的转动装置使吸附盘224与待加工结构件300表面紧密贴合，吸附盘224上电产生吸附力，使吸附式加工装置固定在待加工工件300上，吸附装置200的转轴222锁死，方向不在变化。经过标定调准后，吸附式加工装置的五自由度并联模块100对待加工结构件300进行加工。加工完成后，吸附盘224下电，借助拆卸装置与待加工结构件300分离。

如图7和图8所示，在本发明的另一个实施例中，吸附装置400还可以包括：支撑架410和吸附器420。支撑架410为正六边形，每个角上都装设有一个吸附器420。吸附器420包括连接法兰盘421、驱动高度变化的电机422、升降台423和转动装置。转动装置包括电机424和转轴425。吸附器420通过电机422和升降台423实现高度变化，吸附器420通过电机424和转轴425实现方向变化，使整个吸附器420有两个转动自由度和一个移动自由度。吸附装置400可以实现吸附式加工装置与待加工结构件通过吸附盘426六点接触，使接触更加稳固。

本发明实施例的一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，通过吸附目标构件并通过第一至第五支链直线运动，以实现五自由度的转动，具有占地空间小、集成化高、拆装方便、加工灵活、效率高的优点，可满足进行大型复杂结构件的加工需求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，其特征在于，包括：

吸附装置，所述吸附装置包括支撑架和吸附器，用于吸附目标构件，其中，所述吸附器以调整自身角度，并提供吸力；

五自由度并联模块，所述五自由度并联模块包括机架、第一至第五支链和主轴，第一至第五支链直线运动，以实现五自由度的转动。

2.根据权利要求1所述的面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，其特征在于，其中：

所述五自由度并联模块的机架通过五根独立的连杆与所述主轴连接。

3.根据权利要求2所述的面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，其特征在于，其中：

所述五自由度并联模块的第一至第五支链包括电机、连杆和关节，五根连杆由五个驱动电机分别单独驱动，以进行直线运动。

4.根据权利要求1所述的面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，其特征在于，其中：

所述五自由度并联模块能够进行立式加工到卧式加工的相互转变。

5.根据权利要求1所述的面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，其特征在于，其中：

所述吸附器本体设置在所述支撑架上，吸附器包括连接法兰盘、转动装置和吸附盘。

6.根据权利要求5所述的面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，其特征在于，其中：

所述吸附器能够调整角度。

7.根据权利要求5所述的面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，其特征在于，其中：

所述转动装置用于调整角度，转动装置包括多种形式；

所述吸附盘与所述目标结构件表面紧密接触。

8.根据权利要求6所述的面向大型复杂结构件的吸附式加工装置，其特征在于，其中：

所述吸附盘为电磁铁或吸盘。