CN109396793B - 大规格衬筒的安装装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大规格衬筒的安装装置及安装方法，包括X向线性模块，所述X向线性模块的上方设有相互平行的第一Z向线性模块和第二Z向线性模块，X向线性模块的下方设有冷却容器和加热容器，加热容器内设有加热元件和用于装夹壳体的定位夹具；所述X向线性模块上活动地安装有机械手，所述机械手可在X向线性模块的驱动下沿X向运动，所述机械手可在第一Z向线性模块、第二Z向线性模块之一的驱动下沿Z向运动；还包括定位装夹机构，该定位装夹机构包括Z向定位轴芯，所述Z向定位轴芯的上端可通过夹具与机械手固定连接。本发明从衬筒深冷开始，到完成压装过程自动控制，原理简单，操作安全可靠，安装效率和质量非常高。

Description

大规格衬筒的安装装置及安装方法

技术领域

本发明涉及大规格衬筒的安装装置及安装方法。

背景技术

随着“中国制造2025”的推进，机械加工和装配工艺逐步向自动化、智能化方向发展。

目前，国内自主研发的某民用飞机前起落架支柱大规格薄壁衬筒的安装往往依靠传统人工安装，大规格衬筒的安装设备要求既能够冷却衬筒、又同时加热壳体，通过提升装置，快速、准确地定位压装等功能，因此存在如下难点：

1）冷却和加热系统方案选型以及合理结构的布局，两套系统的高度集成方案；

2）工艺实施过程受温度因素变化非常大，自动移动和安装过程时间控制严格，设备结构和自动移动压装要求高；

3)完成压装后提升装置的快速撤离机构设置难，由于受精度和自动安装要求，被安装衬筒正确姿态的定位要求非常高，需要合理可靠的定位基准，有效限制自由度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种集冷却、加热、自动提升、快速移动和精准定位的大规格衬筒的安装装置及安装方法，以解决传统人工安装速度慢，对正不准，压装过程因温度变化造成抱死无法满足装配工艺的问题，提高装配工艺的可靠性，满足产品要求，提高效率和质量。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

大规格衬筒的安装装置，包括X向线性模块，所述X向线性模块的上方设有相互平行的第一Z向线性模块和第二Z向线性模块，X向线性模块的下方设有用于对待安装衬筒进行冷却的冷却容器和用于对待安装壳体进行加热的加热容器，加热容器内设有加热元件和用于装夹壳体的定位夹具，所述冷却容器的位置与第一Z向线性模块的位置相对应，所述加热容器的位置与第二Z向线性模块的位置相对应；

所述X向线性模块上活动地安装有机械手，所述机械手可在X向线性模块的驱动下沿X向运动，所述机械手可在第一Z向线性模块、第二Z向线性模块之一的驱动下沿Z向运动；

还包括定位装夹机构，该定位装夹机构包括Z向定位轴芯，所述Z向定位轴芯的上端可通过夹具与机械手固定连接。

采用这样的结构设计，加热容器能对壳体进行加热，使之达到压装要求；通过机械手、X向线性模块、第一Z向线性模块和第二Z向线性模块的配合作用，可实现衬筒在X向、Z向的移动，如此，可将衬筒送入冷却容器中，充分冷却后，再送至壳体的正上方，并通过第二Z向线性模块将衬筒压装入壳体内，整个过程通过机械完成操作，定位精准，效率高，将衬筒从冷却容器移出至压装完成所需时间短，可有效降低温度变化而导致的装配精确度下降问题。

优选地，X向为水平方向，Z向为竖直方向。

进一步地，所述X向线性模块为伺服机构；所述第一Z向线性模块为提升缸；所述第二Z向线性模块为压力伺服机构。

进一步地，所述冷却容器包括用于盛装液氮的压力容器。优选地，冷却时，预先在压力容器中灌入2/3总体积的液氮。

进一步地，所述加热容器的顶部开口，该开口处设有闭合门。可设置电控机构，控制闭合门的开启与关闭，实现自动控制。

进一步地，所述夹具为三爪夹具。

进一步地，所述定位夹具包括底座，底座上设有沿Z向延伸的支撑轴，支撑轴的上端设有用于固定壳体的抱箍。

进一步地，所述底座上设有用于限制支撑轴在X向自由度的定位轴芯和用于限制支撑轴在Y向自由度的侧向定位板。

进一步地，所述加热容器内设有Y向移载机构，所述定位夹具通过Y向移载机构安装于加热容器内。

优选地，Y向为与X向、Z向确定的平面垂直的方向。

进一步地，所述衬筒的长度为450-600mm，衬筒的内径为95-120mm，外径为97-122mm。

本发明中，机械手和定位装夹机构的结构设计可采用申请人此前申请的专利CN2018106267565中的定位装夹机构。

基于同一发明构思，本发明还提供一种大规格衬筒的安装装置的安装方法，利用如上所述的安装装置进行，包括如下步骤：

S1、将待安装衬筒安装到Z向定位轴芯上，将待安装壳体安装到定位夹具上，使得壳体的中心轴线与第二Z向线性模块的中心轴线重合；

通过X向线性模块将衬筒送至冷却容器的正上方，然后启动第一Z向线性模块，将衬筒送入冷却容器内，充分冷却；

通过加热容器对壳体进行加热；

S2、待衬筒、壳体符合装配条件后，通过第一Z向线性模块将定位装夹机构提起，并通过X向线性模块将定位装夹机构送至加热容器的上方，使得衬筒的中心轴线与壳体的中心轴线重合；然后，通过第二Z向线性模块将衬筒压入壳体中，优选地，保持一段时间后，通过机械手将Z向定位芯轴带出至安全区域，完成安装。

本发明针对现有技术的难点，设计了一套能够同步实现大规格衬筒的深冷与壳体的加热，实现自动冷缩法压装的安装装置，装配过程可由装置根据预设程序自行完成，采用机械手将深冷衬筒快速移动至压力装配位置，由伺服压力系统将薄壁衬筒压入已加热完成的壳体孔内。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明的冷却容器可选用标准压力容器，用于储存液体氮，深冷衬筒等，安全可靠，且经济适用；

2）本发明的加热容器可选用标准加热箱，仅需对其结构局部进行适应性改进即可，例如在其顶部设置开口，并设计自动闭合门，壳体加热时窗口关闭，防止热量散发，衬筒压装时，自动打开，避免压装过程干涉；在其内部固定一套壳体安装、定位和移动工装等，经济适用；

3）本发明的定位装夹机构，可实现衬筒的自动提升（Z向）、移动（X向）和压装（Z向），主要由机械领域常用构件组成，容易实现；

4）Y向移载机构的设置可方便壳体的安装、定位和移动，安装在加热装置中，固定和加热壳体，还能够在丝杠作用下，安装前、后实现壳体在加热设备中前后移动，便于安装和拆卸等；

5）从衬筒深冷开始，到完成压装过程自动控制，原理简单，操作安全可靠，安装效率和质量非常高；

6）对于类似结构的高精度自动化装配工艺提供一种方法，也可以推广至空间各种角度下的精准定位装配，有很强的推广和借鉴意义。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的大规格衬筒的安装装置的结构示意图：正视图（左）和左视图（右）。

图2是本发明第一种实施方式的定位装夹机构及X向线性模块部分的结构示意图：正视图（左）和左视图（右）。

图3是本发明第一种实施方式的定位夹具的结构示意图：右视图（左）、正视图（右上）和俯视图（右下）。

图4是本发明第一种实施方式的夹具及Z向定位芯轴的结构示意图。

图5是本发明第一种实施方式的衬筒的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示为本发明的一种大规格衬筒的安装装置的结构示意图，由压力容器、第一Z向线性模块（提升缸）、X向线性模块（伺服机构）、第二Z向线性模块（压力伺服机构）、定位夹具、Y向移载机构、加热容器、衬筒定位机构、操作面板、电控柜、防护机构组成。本发明设备分以下几部分：冷却容器1主要由压力容器构成，用于储存液体氮，并深度冷却衬筒；2为第一Z向线性模块，用于提升被深冷后的衬筒至X向伺服机构处；3为X向伺服机构，用于接收提升缸送达的深冷衬筒，并快速移动至第二Z向线性模块处，即衬筒压装位置；4为第二Z向线性模块，提供压装动力，控制压装时间，完成压装并快速撤回；5为定位夹具，用于精确定位固定壳体；6为Y轴移载机构，用于压装前通过移载机构，将定位夹具从加热容器内移动至加热容器外部实现壳体的安装和拆卸；7为加热容器，用于加热壳体；8为操作面板，用于压装时间、预压力、压装过程负载等参数设置和显示；9为电控柜；10为防护机构，主要包括地板防护机构、主体结构防护网。

更具体地，第一Z向线性模块2的活动端设有第一卡槽201，第二Z向线性模块4的活动端设有第二卡槽401，机械手的顶部设有与卡槽配合的卡键24；所述机械手靠近X向线性模块的一侧设有限位块23，X向线性模块的活动部分设有与限位块配合的锁止缸21和止动块22。当需要驱使机械手沿X向运动时，锁止缸伸出，推动止动块22伸入限位块23下方，将机械手托起，此时可通过X向线性模块驱使机械手沿X向运动。当需要驱使机械手沿Z向运动时，控制相应卡槽与卡键24对接，并使得止动块22缩进，脱离限位块下方，即可通过Z向线性模块实现机械手的Z向运动。

本实施方式中，衬筒的长度为520mm，内径为108mm，外径为110mm。

本发明的主要工作原理是：

根据图1、图2、图3所示，预先向冷却容器1中注入液氮；将衬筒13安装在Z向定位芯轴14上，Z向定位芯轴14通过夹具12（三爪夹具）抓紧定位于机械手下方，通过X向线性模块3、第二Z向线性模块4和第一Z向线性模块2将衬筒放入液氮中进行冷却；壳体15通过抱箍16、底座17、侧向定位板18、支撑轴19和定位芯轴20固定在定位夹具5上，定位夹具安装在Y向移载机构6上，通过Y向移载机构推入加热容器7内，关闭门并按下按钮，加热壳体；通过操作面板9，设置自动压装程序，明确移动速率、压力、保压时间等参数后，待衬筒深冷、壳体加热时间到后，启动程序。首先，通过第一Z向线性模块2将衬筒提升，以离开冷却容器，在X向线性模块3作用下将衬筒移动至压装位置，启动第二Z向线性模块4，将衬筒压入壳体中，保持一段时间后，在第二Z向线性模块4的作用下将定位装夹机构11提升至安全位置，完成压装。

通过大量的工艺试验和验证，压装过程安全可靠，装配效率高。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.大规格衬筒的安装装置，其特征在于，包括X向线性模块（3），所述X向线性模块（3）的上方设有相互平行的第一Z向线性模块（2）和第二Z向线性模块（4），X向线性模块（3）的下方设有用于对待安装衬筒（13）进行冷却的冷却容器（1）和用于对待安装壳体（15）进行加热的加热容器（7），加热容器（7）内设有加热元件和用于装夹壳体（15）的定位夹具（5），所述冷却容器（1）的位置与第一Z向线性模块（2）的位置相对应，所述加热容器的位置与第二Z向线性模块（4）的位置相对应；

所述X向线性模块（3）上活动地安装有机械手，所述机械手可在X向线性模块（3）的驱动下沿X向运动，所述机械手可在第一Z向线性模块（2）、第二Z向线性模块（4）之一的驱动下沿Z向运动；

还包括定位装夹机构（11），该定位装夹机构包括Z向定位轴芯（14），所述Z向定位轴芯（14）的上端可通过夹具（12）与机械手固定连接。

2.根据权利要求1所述的大规格衬筒的安装装置，其特征在于，所述X向线性模块（3）为伺服机构；所述第一Z向线性模块（2）为提升缸；所述第二Z向线性模块（2）为压力伺服机构。

3.根据权利要求1所述的大规格衬筒的安装装置，其特征在于，所述冷却容器（1）包括用于盛装液氮的压力容器。

4.根据权利要求1所述的大规格衬筒的安装装置，其特征在于，所述加热容器（7）的顶部开口，该开口处设有闭合门。

5.根据权利要求1所述的大规格衬筒的安装装置，其特征在于，所述夹具（12）为三爪夹具。

6.根据权利要求1所述的大规格衬筒的安装装置，其特征在于，所述定位夹具（5）包括底座（17），底座（17）上设有沿Z向延伸的支撑轴（19），支撑轴（19）的上端设有用于固定壳体（15）的抱箍（16）。

7.根据权利要求6所述的大规格衬筒的安装装置，其特征在于，所述底座（17）上设有用于限制支撑轴（19）在X向自由度的定位轴芯（20）和用于限制支撑轴（19）在Y向自由度的侧向定位板（18）。

8.根据权利要求1-7任一项所述的大规格衬筒的安装装置，其特征在于，所述加热容器内设有Y向移载机构（6），所述定位夹具（5）通过Y向移载机构（6）安装于加热容器内。

9.根据权利要求1-7任一项所述的大规格衬筒的安装装置，其特征在于，所述衬筒的长度为450-600mm，衬筒的内径为95-120mm，外径为97-122mm。

10.一种大规格衬筒的安装装置的安装方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任一项所述的安装装置进行，包括如下步骤：

S1、将待安装衬筒安装到Z向定位轴芯（14）上，将待安装壳体安装到定位夹具（5）上，使得壳体的中心轴线与第二Z向线性模块的中心轴线重合；

通过X向线性模块将衬筒送至冷却容器的正上方，然后启动第一Z向线性模块，将衬筒送入冷却容器内，充分冷却；

通过加热容器对壳体进行加热；

S2、待衬筒、壳体符合装配条件后，通过第一Z向线性模块将定位装夹机构（11）提起，并通过X向线性模块将定位装夹机构（11）送至加热容器的上方，使得衬筒的中心轴线与壳体的中心轴线重合；然后，通过第二Z向线性模块将衬筒压入壳体中。