CN112025310A - 一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，主要用于装夹薄板件进行钻孔和铆接操作。此智能工装主要包括多点柔性翻转工装机械主体、感知模块和控制模块，主要通过N‑2‑1定位方式对蒙皮进行装夹，利用电动缸配装的拉线位移传感器反馈定位球头实际位置，测力传感器和真空压力传感器反馈实际定位点接触力和夹紧力大小，角度传感器检测翻转工作台的实际翻转角度；控制器通过数据采集模块收集实际装夹布局信息，并与上位机输入的最优装夹布局数据进行分析决策，由电动缸和气泵执行来自控制器的指令，对工装位置和夹持力大小进行调整。此智能可重构翻转工装适用于不同尺寸和曲率薄板件的铆装，且能够针对不同制孔和铆接位置，在加工间隙调整装夹布局，有效保证产品质量。

Description

一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具

技术领域

本发明属于工装设备技术领域，具体涉及一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具。

背景技术

航空航天、船舶和汽车制造业属于我国经济的重要产业，存在着大量具有重量轻、易造型等特点的薄板件，保证产品具有很好的空气动力特性。但尺寸较大的薄板件刚度差，且要进行制孔铆接装配，因此，难以保证其工艺加工要求。

传统的曲型薄板件钻孔铆接工装多采用刚性结构，通过卡板实现对多种不同种类、规格曲面薄板件的定位夹紧，需要制造多种大批量夹具。又因大多数工装在整个加工制造过程中需人工调整定位夹紧元件，无法满足产品更高的工艺要求，且效率低。另一方面，曲面薄板件受加工条件和空间约束，往往需要水平和竖直两种状态，而目前的夹具不具备这种功能。

随着越来越多的创新型结构的涌现，对夹具的使用性能和适应性提出了更高要求，研发一种具有感知分析功能、装夹布局可调的翻转式智能可重构钻孔铆接工装显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，适用于不同尺寸的薄板件水平制孔和竖直铆接状态的装夹，且能够感知装夹位置、定位点接触力和夹紧力的大小，加工间隙调整装夹布局，减少了工装数量和成本，节约了壁板件铆装的时间。

本发明所采用的技术方案是，一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，包括多点柔性翻转工装机械主体、感知模块和控制模块；感知模块、控制模块与多点柔性翻转工装机械主体电性连接；感知模块包括安装在多点柔性翻转工装机械主体上的测力传感器、真空压力传感器、电动缸配置的拉线位移传感器和用于反馈翻转工作台位置的角度传感器；控制模块包括上位机、控制器和数据采集模块，数据采集模块接收来自上述传感器反馈的工装布局和定位点接触力和夹紧力大小信息，控制器将反馈信息与上位机输入的不同钻孔、铆接位置最优装夹布局信息进行分析处理，控制电动缸和气泵调整夹具布局和吸附力大小。

本发明的特点还在于，

多点柔性翻转工装机械主体包括夹具安装底座、翻转工作台、蒙皮底面定位夹紧支撑装置、齿轮齿条传动机构组件、蒙皮侧边定位组件、长桁定位夹紧组件和翻转组件；翻转工作台与翻转轴焊接在一起，翻转轴过盈配合安装在翻转轴支撑座的轴承上，翻转轴支撑座利用螺栓固定在夹具安装底座上；

蒙皮底面定位夹紧支撑装置通过转接板a和转接板b安装在翻转工作台上；齿轮齿条传动机构通过主动齿条连接件和从动齿条与基础板b螺栓连接；

蒙皮侧边定位组件安装在翻转工作台的U型钢的腰型孔上；

长桁定位夹紧组件通过调整杆安装在翻转工作台的U型钢腰型孔上。

蒙皮底面定位夹紧支撑装置包括底面定位夹紧立柱组件、配有拉线位移传感器的Z向电动缸、基础板b和滑块导轨，转接板a的导轨安装台与Y轴正方向成60度夹角设计；底面定位夹紧立柱组件包括真空压力传感器、环形风琴吸盘、定位球头、测力传感器、吸盘底座；吸盘底座通过螺纹孔a固定在Z向电动缸的推杆上，测力传感器通过螺纹孔b安装在吸盘底座的凹槽内，定位球头通过测力传感器上面的螺纹孔连接在一起，环形风琴吸盘通过螺丝拧紧在吸盘底座的螺纹孔c上，真空压力传感器与吸盘底座的螺纹孔a配合。

齿轮齿条传动机构组件包括主动齿条连接件、从动齿条、从动齿轮、主动齿条、接头和配有拉线位移传感器的Y向电动缸；Y向电动缸通过支架安装在翻转工作台上；接头与主动齿条通过螺栓连接，主动齿条与主动齿条连接件螺栓固定连接，主动齿条连接件和滑块导轨上的基础板b螺栓连接；

主动齿条、从动齿轮和从动齿条通过啮合传动；从动齿条和基础板a通过螺栓固定连接；Z向电动缸安装在Z向电动缸支架上，通过Z向电动缸支架固定在基础板a和基础板b上，基础板a和基础板b固定安装在滑块导轨的滑块上，滑块导轨通过转接板a和转接板b安装在翻转工作台上；利用Y向电动缸带动齿轮齿条传动，实现底面定位夹紧立柱组件在XOY平面的位置调整。

测力传感器和真空压力传感器检测实际定位点的接触力和夹紧力大小，角度传感器检测翻转工作台实际翻转角度。

翻转组件包括角度传感器、气缸、水平调整支撑、翻转轴、竖直调平螺丝、翻转轴支撑座；水平调整支撑安装在夹具安装底座上调整翻转工作台水平，竖直调平螺丝通过螺栓固定连接在翻转轴支撑座上、调整翻转工作台处于竖直状态；角度传感器固定在轴承端盖上，并与翻转轴预制孔装配，检测翻转工作台的翻转角度；的轴承端盖通过螺纹孔安装在翻转轴支撑座上。

长桁定位夹紧组件包括长桁定位挡块、夹紧杆、调整杆；长桁定位夹紧组件用来定位夹紧长桁两端，采用3-2-1定位方式，利用长桁定位挡块进行定位，并通过螺母和夹紧杆夹紧，最终调整杆和螺母改变定位挡的位置，使长桁和蒙皮贴合。

蒙皮侧边定位组件包括蒙皮侧边定位挡块和金属粘性尺，金属粘性尺粘贴在蒙皮侧边定位挡块的旁边，能够确保定位挡块能够准确移动到指定位置，并保持正确位置，对蒙皮的侧面进行定位。

本发明的有益效果是，本发明提供的一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具与现有技术相比，(1)能够感知分析实际夹具状态信息，准确调整工装平台位置和装夹布局；(2)适用于壁板件钻孔铆接操作时的装夹；(3)在进行下个加工操作前，装夹布局对应壁板件不同的钻孔和铆装位置进行调整。这些特点使该智能工装更易于制造装配和控制，进一步提高了壁板件的制孔和铆接精度，可以广泛应用于航空航天、船舶和车辆等制造行业。

附图说明

图1为本发明翻转型薄板件智能可重构铆装夹具工作原理图；

图2为本发明的整体结构图；

图3为本发明的侧边定位挡块结构图；

图4为本发明的真空吸附组件剖视图；

图5(a)为本发明的齿轮齿条传动机构图；

图5(b)为图5(b)的局部放大图；

图6为本发明的配有位移传感器的电动缸结构图；

图7(a)为本发明的部分翻转组件结构图；

图7(b)为图7(a)的局部放大图；

图8为本发明的长桁定位夹紧组件图；

图9为本发明的夹具定位夹紧元件初始位置图；

图10为本发明的制孔时夹具水平状态夹持蒙皮长桁组件；

图11为本发明的铆接时夹具竖直状态夹持蒙皮长桁组件。

图中：1.夹具安装底座，2.翻转组件，3.翻转工作台，4.蒙皮底面定位夹紧支撑装置，41.底面定位夹紧立柱组件，5.齿轮齿条传动机构组件，6.蒙皮侧边定位组件，7.长桁定位夹紧组件，8.气缸，9.水平调整支撑，10.金属粘性尺，11.蒙皮侧边定位挡块，111.U型钢，12.真空压力传感器，13.环形风琴吸盘，14.定位球头，15.测力传感器，16.吸盘底座，17.主动齿条连接件，18.从动齿条，19.从动齿轮，20.主动齿条，21.接头a，22.Y向电动缸，221.支架，23.转接板a，24.基础板a，25.Z向电动缸，251.拉线位移传感器,26.Z向电动缸支架，27.基础板b，28.滑块导轨，29.转接板b，30.翻转轴，301.轴承端盖，302.角度传感器，31.竖直调整螺丝，32.翻转轴支撑座，321.轴承，33.蒙皮，34.长桁，35.长桁定位挡块，36.夹紧杆，37.调整杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

翻转型薄板件智能可重构铆装夹具总体设计工作原理是：见图1，一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具包括多点柔性翻转工装机械主体、感知模块和控制模块；感知模块、控制模块与多点柔性翻转工装机械主体电性连接通过N-2-1定位方式对蒙皮进行装夹；电动缸配置的拉线位移传感器251反馈定位点的实际位置，测力传感器15和真空压力传感器12检测实际定位点的接触力和夹紧力大小，角度传感器302检测翻转工作台3实际翻转角度；控制模块接收传感器的检测数据，以及上位机输入的最优装夹布局数据，经过分析处理检测数据和夹具布局优化数据，控制电动缸和气泵工作，完成对夹具布局、夹紧力大小和翻转工作台3翻转角度的调整；上位机能够对现场仪表和设备进行控制、监视和数据采集等。

感知模块包括安装在多点柔性翻转工装机械主体上的测力传感器15、真空压力传感器12和用于反馈转动位置的角度传感器302；控制模块包括上位机、控制器和数据采集模块，数据采集模块接收来自上述传感器反馈的工装布局和定位夹紧力信息，控制器将反馈信息与上位机输入的不同钻孔、铆接位置最优装夹布局信息进行分析处理，控制电动缸和气泵调整夹具布局和吸附力。

如图2所示，多点柔性翻转工装机械主体包括夹具安装底座1、翻转工作台3、蒙皮底面定位夹紧支撑装置4、齿轮齿条传动机构组件5、蒙皮侧边定位组件6、长桁定位夹紧组件7和翻转组件2；翻转工作台3与翻转轴30焊接在一起，翻转轴30过盈配合安装在翻转轴支撑座32的轴承321上，翻转轴支撑座32利用螺栓固定在夹具安装底座1上；

蒙皮底面定位夹紧支撑装置4通过转接板a23和转接板b29安装在翻转工作台3上；齿轮齿条传动机构组件5通过主动齿条连接件17和从动齿条18与基础板b27螺栓连接；

蒙皮侧边定位组件6安装在翻转工作台3的U型钢111的腰型孔上；

长桁定位夹紧组件7通过调整杆37安装在翻转工作台3的U型钢111腰型孔上。

如图5-6所示，蒙皮底面定位夹紧支撑装置4包括底面定位夹紧立柱41(如图4所示)、配有拉线位移传感器的Z向电动缸25、基础板b27和滑块导轨28，转接板a23的导轨安装台与Y轴正方向成60度夹角设计；底面定位夹紧立柱41包括真空压力传感器12、环形风琴吸盘13、定位球头14、测力传感器15、吸盘底座16；吸盘底座16通过螺纹孔a161固定在Z向电动缸25的推杆上，测力传感器15通过螺纹孔b162安装在吸盘底座16的凹槽内，定位球头14通过测力传感器15上面的螺纹孔连接在一起，环形风琴吸盘13通过螺丝拧紧在吸盘底座16的螺纹孔c163上，真空压力传感器12与吸盘底座16的螺纹孔a161配合。

齿轮齿条传动机构组件5包括主动齿条连接件17、从动齿条18、从动齿轮19、主动齿条20、接头21和配有拉线位移传感器的Y向电动缸22；Y向电动缸22通过支架221安装在翻转工作台3上；接头21与主动齿条20通过螺栓连接，主动齿条20与主动齿条连接件17螺栓固定连接，主动齿条连接件17和滑块导轨28上的基础板b27螺栓连接；

主动齿条20、从动齿轮19和从动齿条18通过啮合传动；从动齿条18和基础板a24通过螺栓固定连接；Z向电动缸25安装在Z向电动缸支架26上，通过Z向电动缸支架26固定在基础板a24和基础板b27上，基础板a24和基础板b27固定安装在滑块导轨28的滑块上，滑块导轨28通过转接板a23和转接板b29安装在翻转工作台3上；利用Y向电动缸22带动齿轮齿条传动，实现底面定位夹紧立柱组件41在XOY平面的位置调整。

测力传感器15和真空压力传感器12检测实际定位点的接触力和夹紧力大小，角度传感器302检测翻转工作台3实际翻转角度。

如图2和图7所示，翻转组件2包括角度传感器302、气缸8、水平调整支撑9、翻转轴30、竖直调平螺丝31、翻转轴支撑座32；水平调整支撑9安装在夹具安装底座1上，进行翻转工作台3的水平调整，竖直调平螺丝31的底座通过螺栓固定连接在翻转轴支撑座32上，调整翻转工作台3处于竖直状态；角度传感器302固定在轴承端盖301上，并与翻转轴30预制孔装配，检测翻转工作台3的实际翻转角度；轴承端盖301通过螺纹孔安装在翻转轴支撑座32上。

如图8所示，长桁定位夹紧组件包括长桁定位挡块35、夹紧杆36、调整杆37；长桁定位夹紧组件用来定位夹紧长桁34两端，采用3-2-1定位方式，利用长桁定位挡块35进行定位，并通过螺母和夹紧杆36夹紧，最终调整杆37和螺母改变定位挡35的位置，使长桁34和蒙皮33贴合。

如图3所示，蒙皮侧边定位组件6包括蒙皮侧边定位挡块11和金属粘性尺10，金属粘性尺10粘贴在蒙皮侧边定位挡块11的底座边缘，蒙皮侧边定位挡块11根据金属粘性尺10的刻度进行位置调整。

如图9所示，在进行壁板件定位之前，夹具布局处于初始位置。

图10为处于水平位置的夹具，当夹具对需钻孔操作的蒙皮33和长桁34进行装夹时，翻转工作台3应处于水平状态，控制模块根据角度传感器302反馈信息分析并确定翻转角度，控制气泵将翻转工作台3调整至水平；蒙皮33和长桁34进行铆接装配操作时，翻转工作台3转动至竖直，如图11所示。

本发明对蒙皮底面定位夹持位置动态调整的工作原理为：在对蒙皮长桁组件进行不同位置的钻孔和铆接前，传感器反馈实际位移数据，控制器分析检测数据和上位机输入的不同加工位置最优定位夹紧位置数据，并确定调整量，控制Y向电动缸22带动主动齿条20进行移动，主动齿条20与从动齿轮19啮合传动，从动齿轮19同时带动从动齿条18运动，主动齿条连接件17和从动齿条18螺栓连接基础板a24和基础板b27，调整4个底面定位夹紧立柱组件41在X、Y方向联动，然后控制Z向电动缸25调整底面定位夹紧立柱组件41Z向位移，实现每个定位球头达到空间指定的位置，对蒙皮33进行定位，并通过环形风琴吸盘13对蒙皮33进行夹紧；长桁定位夹紧组件7利用长桁定位挡块35对长桁34进行定位，并通过螺母和夹紧杆36夹紧，最终调整杆37和螺母改变定位挡块35的位置，使长桁34和蒙皮33贴合，完成对长桁34的装夹；夹具处于水平位置时，完成蒙皮33和长桁34的装夹，并对壁板组件进行制孔操作，然后调整夹具至竖直位置，完成蒙皮33和长桁34的铆接装配；进行下一个钻孔和铆接位置前，需对蒙皮33进行重新定位和夹紧，长桁37装夹状态保持不变，直到整个钻孔铆接过程完成。

Claims (8)

1.一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，其特征在于：包括多点柔性翻转工装机械主体、感知模块和控制模块；所述的感知模块、控制模块与多点柔性翻转工装机械主体电性连接；所述感知模块包括安装在多点柔性翻转工装机械主体上的测力传感器(15)、真空压力传感器(12)、配装在电动缸上的拉线位移传感器(251)和用于反馈转动位置的角度传感器(302)；所述控制模块包括上位机、控制器和数据采集模块，所述数据采集模块接收来自上述传感器反馈的工装布局和定位点接触力和夹紧力信息，控制器将反馈信息与上位机输入的不同钻孔、铆接位置最优装夹布局信息进行分析处理，控制电动缸和气泵调整夹具布局和吸附力大小。

2.根据权利要求1所述的一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，其特征在于：所述多点柔性翻转工装机械主体包括夹具安装底座(1)、翻转工作台(3)、蒙皮底面定位夹紧支撑装置(4)、齿轮齿条传动机构组件(5)、蒙皮侧边定位组件(6)、长桁定位夹紧组件(7)和翻转组件(2)；所述翻转工作台(3)与翻转轴(30)焊接在一起，所述翻转轴(30)过盈配合安装在翻转轴支撑座(32)的轴承(321)上，翻转轴支撑座(32)利用螺栓固定在夹具安装底座(1)上；

所述蒙皮底面定位夹紧支撑装置(4)通过转接板a(23)和转接板b(29)安装在翻转工作台(3)上；所述齿轮齿条传动机构(5)通过主动齿条连接件(17)和从动齿条(18)与基础板b(27)螺栓连接；

所述蒙皮侧边定位组件(6)安装在翻转工作台(3)的U型钢(111)的腰型孔上；

所述长桁定位夹紧组件(7)通过调整杆(37)安装在翻转工作台(3)的U型钢(111)腰型孔上。

3.根据权利要求2所述的一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，其特征在于：所述蒙皮底面定位夹紧支撑装置(4)包括底面定位夹紧立柱(41)、配有拉线位移传感器的Z向电动缸(25)、基础板b(27)和滑块导轨(28)，所述转接板a(23)的导轨安装台与Y轴正方向成60度夹角设计；所述底面定位夹紧立柱(41)包括真空压力传感器(12)、环形风琴吸盘(13)、定位球头(14)、测力传感器(15)、吸盘底座(16)；所述吸盘底座(16)通过螺纹孔a(161)固定在Z向电动缸(25)的推杆上，所述测力传感器(15)通过螺纹孔b(162)安装在吸盘底座(16)的凹槽内，所述定位球头(14)通过测力传感器(15)上面的螺纹孔连接在一起，所述环形风琴吸盘(13)通过螺丝拧紧在吸盘底座(16)的螺纹孔c(163)上，所述真空压力传感器(12)与吸盘底座(16)的螺纹孔a(161)配合。

4.根据权利要求1所述的一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，其特征在于：齿轮齿条传动机构组件(5)包括主动齿条连接件(17)、从动齿条(18)、从动齿轮(19)、主动齿条(20)、接头(21)和配有拉线位移传感器的Y向电动缸(22)；所述Y向电动缸(22)通过支架(221)安装在翻转工作台(3)上；所述接头(21)与主动齿条(20)通过螺栓连接，所述主动齿条(20)与主动齿条连接件(17)螺栓固定连接，所述主动齿条连接件(17)和滑块导轨(28上的基础板b(27)螺栓连接；

所述主动齿条(20)、从动齿轮(19)和从动齿条(18)通过啮合传动；所述从动齿条(18)和基础板a(24)通过螺栓固定连接；所述Z向电动缸(25)安装在Z向电动缸支架(26)上，通过Z向电动缸支架(26)固定在基础板a(24)和基础板b(27)上，所述基础板a(24)和基础板b(27)固定安装在滑块导轨(28)的滑块上，所述滑块导轨(28)通过转接板a(23)和转接板b(29)安装在翻转工作台(3)上；利用所述Y向电动缸(22)带动齿轮齿条传动，实现底面定位夹紧立柱组件(41)在XOY平面的位置调整。

5.根据权利要求3所述的一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，其特征在于：所述测力传感器(15)和真空压力传感器(12)检测实际定位点的接触力和夹紧力大小，所述角度传感器(302)检测翻转工作台(3)实际翻转角度。

6.根据权利要求3所述的一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，其特征在于：所述翻转组件(2)包括角度传感器(302)、气缸(8)、水平调整支撑(9)、翻转轴(30)、竖直调平螺丝(31)、翻转轴支撑座(32)；所述水平调整支撑(9)安装在夹具安装底座(1)上调整翻转工作台(3)水平，竖直调平螺丝(31)通过螺栓固定连接在翻转轴支撑座(32)上、调整翻转工作台(3)处于竖直状态；角度传感器(302)固定在轴承端盖(301)上，并与翻转轴(30)预制孔装配，检测翻转工作台(3)的翻转角度；所述的轴承端盖(301)通过螺纹孔安装在翻转轴支撑座(32)上。

7.根据权利要求1所述的一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，其特征在于：所述长桁定位夹紧组件包括长桁定位挡块(35)、夹紧杆(36)、调整杆(37)；所述长桁定位夹紧组件用来定位夹紧长桁(34)两端，采用3-2-1定位方式，利用长桁定位挡块(35)进行定位，并通过螺母和夹紧杆(36)夹紧，最终调整杆(37)和螺母改变定位挡(35)的位置，使长桁(34)和蒙皮(33)贴合。

8.根据权利要求1所述的一种翻转型薄板件智能可重构铆装夹具，其特征在于：所述蒙皮侧边定位组件(6)包括蒙皮侧边定位挡块(11)和金属粘性尺(10)，所述金属粘性尺(10)粘贴在蒙皮侧边定位挡块(11)底座边缘，蒙皮侧边定位挡块11根据金属粘性尺10的刻度进行位置调整。

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