CN113477969A - 一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，包括连接在旋转平台连接件上的角度传感器、安装在旋转平台上的光电位移传感器和真空吸盘支架上的真空压力传感器，以及数据采集装置和PLC；分析决策部分：上位机中的夹具布局分析模型和优化模型；执行部分：旋转联动装夹模块。此联动集群式薄板件可重构制孔夹具适用于多种规格薄板件的装夹，定位夹紧装置采用多个分度式联动机构集群组成，在每次钻孔前，以单个分度式联动机构为单元进行装夹布局的优化调整，保证了薄板件钻孔后的最终质量。

Description

一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具
技术领域
本发明属于制造装备技术领域，具体涉及一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具。
背景技术
薄板类零件因具有轻量化、高强度等优点，广泛应用于飞行器、船舶等制造业中，能够有效提高产品的性能，降低制造成本，但薄板件的尺寸和形状多样化，且在重力和加工载荷下易发生变形，传统的夹具难以控制其依次制多个孔后的变形，保证加工精度。
为了限制薄板件制孔后的变形，目前的柔性制孔夹具常采用“N-2-1”过约束定位方式对薄板件进行装夹，每个定位夹紧元件的空间位置坐标通过各方向的直线驱动机构进行调整，虽然，此类夹具能够定位夹紧一定范围内的不同规格薄板件，但是，每个方向均采用一组直线运动机构来调整夹具元件的位置，成本较高且控制复杂，而且在整个制孔过程中，针对不同的制孔位置不进行夹具布局的调整，难以满足薄板件制孔后的工艺要求。
为解决目前薄板件制孔夹具的不足，需设计一种高精度、低成本、易控制的联动集群式薄板件可重构制孔夹具，且具有能够根据不同制孔位置，实时检测和分析现场数据，动态优化调整装夹布局的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，适用于一定范围内不同尺寸和形状的薄板件，且能够装夹同一薄板件的不同位置，此外，当薄板件进行依次制多个孔时，在每次制孔前，夹具根据检测到的现场装夹布局和工件变形数据，分析、优化决策得到对应制孔位置的最优夹具布局，然后调整夹具布局至最优后进行制孔，更好地控制了薄板件钻多个孔后的变形，保证了工件的制孔精度。
本发明所采用的技术方案是：一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，包括钢架、分析决策模块和控制模块，钢架底部安装有调平地脚，上面铺设有工作台，工作台上装配有组阵列布置的旋转联动装夹模块、侧边定位组件，组侧边定位组件分别布置在工作台相邻的两个边上；分析决策模块位于上位机中，包括用于分析薄板件制孔位置对应的不同夹具布局分析模型和针对制孔位置优化决策最优装夹布局方案的优化模型；控制模块用于接收并处理实际装夹布局数据和最佳装夹布局数据、输出控制指令、控制夹具元件位置和吸附力大小调整到最优；
控制模块包括数据采集装置和PLC，数据采集装置与上位机连接，不断将现场夹具布局信息输入至上位机中，上位机又与PLC连接，PLC处理来自上位机的不同制孔位置最优装夹布局信息和实时感知信息，进而在制孔间隙控制调整实际装夹布局至最优。
本发明的特点还在于，
旋转联动装夹模块包括旋转组件、旋转平台和升降支撑组件，旋转组件通过中空旋转平台减速机上的螺纹孔安装在工作台上，旋转平台通过圆锥销孔和螺纹孔安装在旋转平台连接件上，升降支撑组件通过加长型法兰轴套和电机支架安装在旋转平台上。
旋转平台上安装有升降支撑组件，升降支撑组件包括定位吸附组件、光电位移传感器、升降电机和消隙齿轮；定位吸附组件通过圆齿条套装在加长型法兰轴套上，加长型法兰轴套安装在旋转平台上；光电位移传感器通过光电位移传感器支架固定在旋转平台上；升降电机利用电机支架安装在旋转平台上，且电机轴上安装有消隙齿轮，消隙齿轮与圆齿条啮合传动。
定位吸附组件包括遮光板，遮光板通过圆腰形孔安装在圆齿条上部，圆齿条顶部螺纹连接有真空吸盘支架，真空吸盘支架上安装有真空吸盘，真空吸盘支架顶部加工有定位球头，真空吸盘支架上还通过预制孔安装有真空压力传感器，光电位移传感器用于检测定位球头上升的高度，真空压力传感器用于反馈真空吸盘实际的吸附力大小。
旋转平台底部安装有旋转组件，旋转组件包括旋转电机和中空旋转平台减速机；旋转电机固定安装在中空旋转平台减速机上，中空旋转平台减速机上连接有旋转平台连接件，旋转平台连接件通过联轴器连接有角度传感器，角度传感器安装在角度传感器支架上，角度传感器支架固定在工作台上；角度传感器能够感知旋转平台实际的转动角度。
侧边定位组件包括导轨，导轨安装在工作台上，导轨上设置有滑块，滑块上固定有竖直朝上的定位挡块；定位挡块通过螺栓连接在两个滑块上，滑块上配套设置有止动螺杆，止动螺杆能够顶紧导轨、确保滑块以及定位挡块能够始终处于指定位置。
旋转联动装夹模块可根据薄板件的尺寸大小进行增加或减少数目，同样可根据薄板件的轮廓形状不同调整安装排列方式。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具与现有技术相比，(1)多个联动装夹模块构成所有定位夹紧点；(2)每个联动装夹模块中的4个定位夹紧点周向同步调整；(3)适用于一定范围内不同规格薄板件的装夹，以及同一薄板件不同位置的装夹；(4)能够反馈和分析薄板件制不同孔位时的装夹布局，并决策最优夹具布局方案，在每次制孔前，将夹具布局调整至最佳。
附图说明
图1为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的工作原理图；
图2为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的初始布局整体结构图；
图3为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的旋转联动装夹模块图；
图4为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的升降支撑组件图；
图5为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的定位吸附组件图；
图6为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的旋转组件图；
图7为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的侧边定位组件图；
图8为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的不同尺寸和曲率薄板件装夹方案图；
图9为本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具的同一薄板件不同装夹方案图；
图中：1.调平地脚，2.钢架，3.工作台，4.旋转联动装夹模块，5.侧边定位组件，6.旋转组件，7.旋转平台，8.升降支撑组件，9.光电位移传感器支架，10.光电位移传感器，11.加长型法兰轴套，12.定位吸附组件，13.消隙齿轮，14.升降电机，15.电机支架，16.圆齿条，17.遮光板，18.真空吸盘支架，19.真空吸盘，20.定位球头，21.真空压力传感器，22.旋转电机，23.中空旋转平台减速机，24.旋转平台连接件，25.角度传感器支架，26.联轴器，27.角度传感器，28.导轨，29.滑块，30.定位挡块，31.止动螺杆。
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。
本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，本夹具装置对薄板件智能装夹的工作原理如图1所示，采用“N-2-1”定位方式对工件进行定位，在薄板件每次钻孔前，需对夹具的定位元件位置和夹紧力大小进行调整。角度传感器检测旋转平台的实际转动量，并通过光电位移传感器和遮光板确定定位球头的升降高度，真空吸盘支架上安装的真空压力传感器进行吸附力大小的监测；上位机接收来自传感器的检测数据，并决策最优的夹具布局，PLC接收来自上位机的检测数据和最优装夹布局信息，并分析确定各个机构的调整量，最后发出控制指令使电机工作，进而调整夹具元件位置和吸附力大小至最优。
本发明一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，如图2所示，包括钢架2、分析决策模块和控制模块，钢架2底部安装有调平地脚1，上面铺设有工作台3，工作台3上装配有6组阵列布置的旋转联动装夹模块4、3侧边定位组件5，3组侧边定位组件5分别布置在工作台3相邻的两个边上；分析决策模块位于上位机中，包括用于分析薄板件制孔位置对应的不同夹具布局分析模型和针对制孔位置优化决策最优装夹布局方案的优化模型；控制模块用于接收并处理实际装夹布局数据和最佳装夹布局数据、输出控制指令、控制夹具元件位置和吸附力大小调整到最优；
控制模块包括数据采集装置和PLC，数据采集装置与上位机连接，不断将现场夹具布局信息输入至上位机中，上位机又与PLC连接，PLC处理来自上位机的不同制孔位置最优装夹布局信息和实时感知信息，进而在制孔间隙控制调整实际装夹布局至最优。
如图3所示，旋转联动装夹模块4包括旋转组件6、旋转平台7和升降支撑组件8，旋转组件6通过中空旋转平台减速机23上的螺纹孔安装在工作台3上，旋转平台7通过圆锥销孔和螺纹孔安装在旋转平台连接件24上，升降支撑组件8通过加长型法兰轴套11和电机支架15安装在旋转平台7上。
旋转平台7上安装有升降支撑组件8(如图4所示)，升降支撑组件8包括定位吸附组件12、光电位移传感器10、升降电机14和消隙齿轮13。定位吸附组件12通过圆齿条16套装在加长型法兰轴套11上，加长型法兰轴套11安装在旋转平台7上；光电位移传感器10通过光电位移传感器支架9固定在旋转平台7上；升降电机14利用电机支架15安装在旋转平台7上，且电机轴上安装有消隙齿轮13，消隙齿轮13与圆齿条16啮合传动。
如图5所示，定位吸附组件12包括遮光板17，遮光板17通过圆腰形孔安装在圆齿条16上部，圆齿条16顶部螺纹连接有真空吸盘支架18，真空吸盘支架18上安装有真空吸盘19，真空吸盘支架18顶部加工有定位球头20，真空吸盘支架18上还通过预制孔安装有真空压力传感器21，光电位移传感器10用于检测定位球头20上升的高度，真空压力传感器21用于反馈真空吸盘实际的吸附力大小。
如图6所示，旋转平台7底部安装有旋转组件6，旋转组件6包括旋转电机22和中空旋转平台减速机23；旋转电机22固定安装在中空旋转平台减速机23上，中空旋转平台减速机23上连接有旋转平台连接件24，旋转平台连接件24通过联轴器26连接有角度传感器27，角度传感器27安装在角度传感器支架25上，角度传感器支架25固定在工作台3上；角度传感器27能够感知旋转平台7实际的转动角度。
光电位移传感器10、真空压力传感器21和角度传感器27作为感知模块，真空压力传感器21用于反馈实际的吸附力大小；光电位移传感器10可检测定位球头20上升的高度；角度传感器27能够感知旋转平台7实际的转动角度。
如图7所示，侧边定位组件5包括导轨28，导轨28安装在工作台3上，导轨28上设置有滑块29，滑块29上固定有竖直朝上的定位挡块30；定位挡块30通过螺栓连接在两个滑块29上，滑块29上配套设置有止动螺杆31，止动螺杆31能够顶紧导轨28、确保滑块以及定位挡块30能够始终处于指定位置。
如图8所示，本夹具装置定位夹紧不同尺寸和曲率的曲面薄板件。
图9为本夹具装置定位夹紧同一薄板件的不同位置。在对薄板件下一个位置进行制孔前，需调整夹具元件位置，使每个定位球头20与薄板件重新贴合，并调节吸附力大小进行夹紧，保证在对薄板件不同位置钻孔时对应的夹具布局最佳。
本发明的具体工作原理：
1.薄板件的长边和短边分别通过两个定位挡块和一个定位挡块进行定位，定位挡块可根据不同尺寸的薄板件利用滑块导轨进行调整；薄板件的底面由多个定位球头进行定位，并利用真空吸盘吸附夹紧。
2.旋转组件中的角度传感器检测旋转平台实际转动角度，升降支撑组件的光电位移传感器反馈定位球头的实际高度，安装在真空吸盘支架上的真空压力传感器反馈吸附力大小，数据采集模块接收来自传感器反馈的定位布局和吸附力大小，并将反馈信息传递给上位机，上位机将钻孔位置对应的最优夹具布局数据和实时监测数据输入至PLC，PLC通过对数据进行对比分析，确定电机转动量，进而调整夹具定位布局和夹紧力大小至最优。
3.薄板件的底面定位夹紧机构由6个旋转联动装夹模块组成，每个旋转联动装夹模块包括1个旋转组件和4个升降支撑组件，每个联动模块中的4个定位夹紧点周向同步调整在XOY平面上的位置，而Z向位置可单独进行调整，此装置采用联动机构模块化的方式，在实现能够装夹一定范围内的不同规格薄板件和同一薄板件不同位置的基础上，减少了每个定位夹紧点的自由度，降低了制造成本。
4.在薄板件依次制多个孔时，针对每个制孔位置，需对薄板件的底面进行重新定位夹紧，保证制不同孔位时的装夹布局最优，由于底面定位夹紧机构有6个旋转联动装夹模块，在其它装夹模块进行调整时，还未调整的装夹模块可以保持薄板件的准确位置，避免了薄板件的装卸操作。

Claims (7)

1.一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，其特征在于，包括钢架(2)、分析决策模块和控制模块，所述钢架(2)底部安装有调平地脚(1)，上面铺设有工作台(3)，工作台(3)上装配有6组阵列布置的旋转联动装夹模块(4)、3组侧边定位组件(5)，3组侧边定位组件(5)分别布置在工作台(3)相邻的两个边上；所述分析决策模块位于上位机中，包括用于分析薄板件制孔位置对应的不同夹具布局分析模型，以及针对制孔位置优化决策最优装夹布局方案的优化模型；控制模块用于接收并处理实际装夹布局数据和最佳装夹布局数据、输出控制指令、控制夹具元件位置和吸附力大小调整到最优；
控制模块包括数据采集装置和PLC，数据采集装置与上位机连接，不断将现场夹具布局信息输入至上位机中，上位机又与PLC连接，PLC处理来自上位机的不同制孔位置最优装夹布局信息和实时感知信息，进而在制孔间隙控制调整实际装夹布局至最优。
2.根据权利要求1所述的一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，其特征在于：所述旋转联动装夹模块(4)包括旋转组件(6)、旋转平台(7)和升降支撑组件(8)，所述旋转组件(6)通过中空旋转平台减速机(23)上的螺纹孔安装在工作台(3)上，所述旋转平台(7)通过圆锥销孔和螺纹孔安装在旋转平台连接件(24)上，所述升降支撑组件(8)通过加长型法兰轴套(11)和电机支架(15)安装在旋转平台(7)上。
3.根据权利要求2所述的一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，其特征在于：所述旋转平台(7)上安装有升降支撑组件(8)，所述升降支撑组件(8)包括定位吸附组件(12)、光电位移传感器(10)、升降电机(14)和消隙齿轮(13)；所述定位吸附组件(12)通过圆齿条(16)套装在加长型法兰轴套(11)上，所述加长型法兰轴套(11)安装在旋转平台(7)上；所述光电位移传感器(10)通过光电位移传感器支架(9)固定在旋转平台(7)上；所述升降电机(14)利用电机支架(15)安装在旋转平台(7)上，且电机轴上安装有消隙齿轮(13)，所述消隙齿轮(13)与圆齿条(16)啮合传动。
4.根据权利要求3所述的一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，其特征在于：所述定位吸附组件(12)包括遮光板(17)，所述遮光板(17)通过圆腰形孔安装在圆齿条(16)上部，所述圆齿条(16)顶部螺纹连接有真空吸盘支架(18)，所述真空吸盘支架(18)上安装有真空吸盘(19)，所述真空吸盘支架(18)顶部加工有定位球头(20)，所述真空吸盘支架(18)上还通过预制孔安装有真空压力传感器(21)，所述光电位移传感器(10)用于检测定位球头(20)上升的高度，所述真空压力传感器(21)用于反馈真空吸盘实际的吸附力大小。
5.根据权利要求2所述的一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，其特征在于：所述旋转平台(7)底部安装有旋转组件(6)，所述旋转组件(6)包括旋转电机(22)和中空旋转平台减速机(23)；所述旋转电机(22)固定安装在中空旋转平台减速机(23)上，所述中空旋转平台减速机(23)上连接有旋转平台连接件(24)，所述旋转平台连接件(24)通过联轴器(26)连接有角度传感器(27)，所述角度传感器(27)安装在角度传感器支架(25)上，所述角度传感器支架(25)固定在工作台(3)上；所述角度传感器(27)能够感知旋转平台(7)实际的转动角度。
6.根据权利要求1所述的一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，其特征在于：所述侧边定位组件(5)包括导轨(28)，所述导轨(28)安装在工作台(3)上，所述导轨(28)上设置有滑块(29)，所述滑块(29)上固定有竖直朝上的定位挡块(30)；所述定位挡块(30)通过螺栓连接在两个滑块(29)上，所述滑块(29)上配套设置有止动螺杆(31)，所述止动螺杆(31)能够顶紧导轨(28)、确保滑块以及定位挡块(30)能够始终处于指定位置。
7.根据权利要求1所述的一种联动集群式薄板件智能可重构制孔夹具，其特征在于：所述旋转联动装夹模块(4)可根据薄板件的尺寸大小进行增加或减少数目，同样可根据薄板件的轮廓形状不同调整安装排列方式。
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