CN114055105B - 球头入位装置及大部件对接调姿系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球头入位装置及大部件对接调姿系统，该球头入位装置包括：球窝座和夹紧机构，夹紧机构包括夹紧销和驱动件，球窝座上开设有通孔，通孔与球窝座的球窝连通，夹紧销穿过通孔部分插入球窝座内，夹紧销上开设有入位槽，夹紧销具有入位槽与球窝相对的入位工位和入位槽与球窝错开的防逃逸工位，驱动件设置在球窝座上，且驱动件与夹紧销连接，驱动件能够为夹紧销提供驱动力，使夹紧销能够在入位工位和防逃逸工位之间切换。上述的球头入位装置具有结构简单、成本低廉且使用方便的有益效果，能够实现飞机大部件高精度、高效率、低成本装配。相应地，本发明还提供一种大部件对接调姿系统。

Description

球头入位装置及大部件对接调姿系统

技术领域

本发明涉及飞机制造领域，尤其涉及一种球头入位装置及大部件对接调姿系统。

背景技术

随着国内航空产业的迅猛发展，数控定位器广泛应用于飞机大部件对接调姿使用。球头入位装置是一种数字化装备工艺接头，是连接飞机产品与数控定位器的衔接点，球头入位装置与数控定位器配合使用，能够可靠地完成调姿、对接等动作。一般地，球头入位装置具有松开、防逃逸和锁紧三种状态，传统球头入位装置普遍采用插销式防逃逸结构或球头周向卡爪式防逃逸结构。然而，采用插销式防逃逸结构的球头入位装置使用中经常出现插销插不进的情况，影响对接调姿的效率和精度，进而影响飞机大部件的装配精度及装配效率；而采用球头周向卡抓式防逃逸结构的球头入位装置结构复杂、体积较大，使得使用成本高昂且使用不方便，一定程度上影响飞机大部件的装配成本和装配效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种结构简单、成本低廉且使用方便的球头入位装置及大部件对接调姿系统，能够实现飞机大部件高精度、高效率、低成本装配。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种球头入位装置，包括：球窝座和夹紧机构，所述夹紧机构包括夹紧销和驱动件，所述球窝座上开设有通孔，所述通孔与所述球窝座的球窝连通，所述夹紧销穿过所述通孔部分插入所述球窝座内，所述夹紧销上开设有入位槽，所述夹紧销具有所述入位槽与所述球窝相对的入位工位和所述入位槽与所述球窝错开的防逃逸工位，所述驱动件设置在所述球窝座上，且所述驱动件与所述夹紧销连接，所述驱动件能够为所述夹紧销提供驱动力，使所述夹紧销能够在所述入位工位和所述防逃逸工位之间切换。

在其中一个实施例中，所述入位槽为梯形槽。

在其中一个实施例中，所述入位槽的槽口的最大宽度根据所述球窝座的开口半径及所述球窝座开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定；所述入位槽的槽口深度的最小值根据所述球窝座的开口半径及所述球窝座开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定，所述入位槽的槽口深度的最大值根据所述夹紧销的半径确定。

在其中一个实施例中，所述入位槽为弧形槽。

在其中一个实施例中，所述入位槽的槽口的最大宽度根据所述球窝座的开口半径及所述球窝座开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定；所述入位槽的半径的最小值根据所述球窝座的半径确定，所述入位槽的半径的最大值根据所述球窝座的半径、所述夹紧销的半径，以及所述球窝座开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定。

在其中一个实施例中，所述球窝座包括第一半球座和第二半球座，所述第一半球座和所述第二半球座围设形成所述球窝，所述第一半球座和所述第二半球座之间通过紧固件连接。

在其中一个实施例中，所述球头入位装置还包括：入位检测开关，所述入位检测开关设置在所述球窝座侧面且伸入所述球窝内。

在其中一个实施例中，所述球头入位装置还包括：控制器，所述控制器分别与所述入位检测开关和所述驱动件连接。

在其中一个实施例中，所述球头入位装置还包括：位置检测开关，所述位置检测开关设置在所述球窝座上用于检测所述夹紧销的位置，且所述位置检测开关与所述控制器连接。

在其中一个实施例中，所述入位槽的槽口宽度为：

在其中一个实施例中，所述入位槽的槽口深度为：

另一方面，本发明还提供一种大部件对接调姿系统，包括上述任一项所述的球头入位装置。

上述的球头入位装置使用时安装在调姿定位器顶部，初始状态时夹紧销处于入位工位，入位槽与球窝相对设置，此时可以将连接有飞机部件的球头置入球窝内，球头入位合格后，启动驱动件驱动夹紧销运动，使入位槽与球窝错开设置，夹紧销处于防逃逸状态，夹紧销与球头抵接将球头夹紧固定实现球头防逃逸，此时，可以对机身进行六个方位的姿态调整，当机身姿态调整完毕后整个调姿工作完毕。

上述的球头入位装置采用具有入位槽的夹紧销既能实现球头防逃逸，又不会在圆周方向进行锁紧，球头在防逃逸状态下可在球窝座内自由转动，可以释放调姿时数控定位器与壁板间应力，实现低应力的飞机大部件对接装配，有助于提高飞机大部件的装配精度。并且，夹紧销结构设计精巧，球头入位装置结构简单、体积小且防逃逸效果稳定可靠，能够有效克服插销式防逃逸结构插销插不进及卡抓式防逃逸结构体积大、结构复杂的技术问题，能够提高飞机大部件的装配效率并有助于节约装配成本。因此，上述的球头入位装置具有结构简单、成本低廉且使用方便的有益效果，能够实现飞机大部件高精度、高效率、低成本装配。

上述的大部件对接调姿系统通过应用上述的球头入位装置，能够实现飞机大部件高精度、高效率、低成本装配。

附图说明

图1是一个实施例中球头入位装置的结构示意图；

图2是图1中沿A-A向的结构剖视图；

图3是一个实施例中夹紧销处于入位工位时沿图1中B-B向球头入位装置的结构剖视图；

图4是一个实施例中夹紧销处于防逃逸工位时沿图1中B-B向球头入位装置的结构剖视图；

图5是另一个实施例中球头入位装置的结构剖视图。

附图标记说明：

10-球窝座，21-夹紧销，22-驱动件，211-入位槽，30-球头，40-入位检测开关，50-位置检测开关。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

请同时参阅图1至图5，一实施例的球头入位装置包括球窝座10和夹紧机构。夹紧机构包括夹紧销21和驱动件22，球窝座10上开设有通孔，通孔与球窝座10的球窝连通，夹紧销21穿过通孔部分插入球窝座10内，夹紧销21上开设有入位槽211，夹紧销21具有入位槽211与球窝相对的入位工位和入位槽211与球窝错开的防逃逸工位，驱动件22设置在球窝座10上，且驱动件22与夹紧销21连接，驱动件22能够为夹紧销21提供驱动力，使夹紧销21能够在入位工位和防逃逸工位之间切换。

上述的球头入位装置使用时安装在调姿定位器顶部，初始状态时夹紧销21处于入位工位，入位槽211与球窝相对设置，此时可以将连接有飞机部件的球头30置入球窝内，球头30入位合格后，启动驱动件22驱动夹紧销21运动，使入位槽211与球窝错开设置，夹紧销21处于防逃逸状态，夹紧销21与球头30抵接将球头30夹紧固定实现球头防逃逸，此时，可以对机身进行六个方位的姿态调整，当机身姿态调整完毕后整个调姿工作完毕。

上述的球头入位装置采用具有入位槽211的夹紧销21既能实现球头防逃逸，又不会在圆周方向进行锁紧，球头30在防逃逸状态下可在球窝座内自由转动，可以释放调姿时数控定位器与壁板间应力，实现低应力的飞机大部件对接装配，有助于提高飞机大部件的装配精度。并且，夹紧销21结构设计精巧，球头入位装置结构简单、体积小且防逃逸效果稳定可靠，能够有效克服插销式防逃逸结构插销插不进及卡抓式防逃逸结构体积大、结构复杂的技术问题，能够提高飞机大部件的装配效率并有助于节约装配成本。因此，上述的球头入位装置具有结构简单、成本低廉且使用方便的有益效果，能够实现飞机大部件高精度、高效率、低成本装配。

在一个实施例中，如图3、图4所示，入位槽211为梯形槽，夹紧销21处于入位工位时，梯形槽对准球窝，释放球窝座10的空间，使球头30可进入球窝座10内。在一个实施例中，夹紧销21上于入位槽211的槽口边缘处设置有圆弧倒角，设计圆弧倒角能够避免夹紧销21与球头30之间发生运动干涉，确保夹紧销21运动顺畅可靠。

本实施例中，入位槽211为梯形槽。具体地，在一个实施例中，入位槽211的槽口的最大宽度根据球窝座10的开口半径及球窝座10开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定，具体满足以下关系：b＞2Rsinθ；其中，b为入位槽211的槽口最大宽度；R为球窝座10的开孔半径；θ为球窝座10开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线夹角。进一步地，在一个实施例中，入位槽211的槽口深度的最小值根据球窝座10的开口半径及球窝座10开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定，入位槽211的槽口深度的最大值根据夹紧销21的半径确定，具体满足以下关系：R-Rcosθ＜h≤r；其中，h为入位槽211的槽口深度，R为球窝座10的开孔半径；r为夹紧销21的半径；θ为球窝座10开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线夹角。

上述实施例中，入位槽211为梯形槽。需要说明的是，入位槽211并不仅限于为梯形槽，任何大于球头30的圆弧尺寸，能够使球头30可以自由进入球窝且不影响夹紧销21的结构强度的形状的槽均可，如图5所示，在另一个实施例中，入位槽211为弧形槽。具体地，在一个实施例中，入位槽211的槽口的最大宽度根据球窝座10的开口半径及球窝座10开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定，具体满足以下关系：b＞2Rsinθ；其中，b为入位槽211的槽口最大宽度；R为球窝座10的开孔半径；θ为球窝座10开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线夹角。进一步地，在一个实施例中，入位槽211的半径的最小值根据球窝座10的半径确定，入位槽211的半径的最大值根据球窝座10的半径、夹紧销21的半径，以及球窝座10开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定，具体满足以下关系：R＜d＜r+Rcosθ；其中，d为入位槽211的半径；R为球窝座10的开孔半径；r为夹紧销21的半径；θ为球窝座10开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线夹角。

在一个实施例中，为方便对球窝座10进行加工，球窝座10包括第一半球座11和第二半球座12，第一半球座11和第二半球座12围设形成球窝，第一半球座11和第二半球座12之间通过紧固件连接。具体地，紧固件可以但不局限为螺栓。

在一个实施例中，球头入位装置还包括：入位检测开关40，入位检测开关40设置在球窝座10侧面，且入位检测开关40伸入球窝内。具体地，入位检测开关40用于检测球头30是否入位合格。本实施例中个，入位检测开关40设置在第二半球座12侧面，不影响后续力传感器的安装，不会增加整个球头30的高度，能够减少悬臂量，提高工艺球头刚度。

在一个实施例中，球头入位装置还包括控制器(未示出)，控制器分别与入位检测开关40和驱动件22连接。具体地，控制器根据入位检测开关40的检测结果控制驱动件22运动，当入位检测开关40检测到球头30入位合格后发送入位合格信号至控制器，控制器接收到入位合格信号后启动驱动件22，驱动件22驱动夹紧销21运动到防逃逸工位，实现夹紧销21由入位工位至防逃逸工位自动切换。

进一步地，在一个实施例中，球头入位装置还包括位置检测开关50，位置检测开关50设置在球窝座10上用于检测夹紧销21的位置，且位置检测开关50与控制器连接。具体地，位置检测开关50用于检测夹紧销21切换到防逃逸工位后是否运动到位，当位置检测开关50检测到夹紧销21运动到位后发送运动到位信号至控制器，控制器接收到运动到位信号后控制驱动件22关闭，将夹紧销21锁紧在防逃逸工位。

上述的球头入位装置通过设置入位检测开关40和位置检测开关50能够实现夹紧销21由入位工位至防逃逸工位自动切换及防逃逸位置自动锁紧，能够满足飞机部件自动化装配、智能化装配的发展需求。具体地，在一个实施例中，驱动件22为气缸，气缸通气时夹紧销21处于入位工位，气缸断气时夹紧销21处于防逃逸工位。驱动件22采用气缸，且气缸断气时将夹紧销21锁紧在防逃逸工位，锁紧安全稳固，不会出现突然断气引起球头松开的现象、防逃逸稳定可靠。

另一方面，本发明还提供一种大部件对接调姿系统，包括上述的球头入位装置。在一个实施例中，大部件对接调姿系统包括调姿定位器和上述的球头入位装置，具体地，调姿定位器可以但不局限为具有沿直角三坐标系X、Y、Z三个方向平移自由度的三坐标数控调姿定位器，球头入位装置设置在三坐标数控调姿定位器顶部。球头入位装置通过球窝与球头配合，实现连接支撑飞机大部件托架的安装座能够多角度自由转动，同时配合三坐标数控定位器一起使用，能够进一步通过计算机协同控制三坐标数控调姿定位器组对机身位姿进行调整和对接，有助于进一步提高调姿精度和调姿效率，进而提高飞机大部件的装配精度和装配效率。本实施例的大部件对接调姿系统通过应用上述的球头入位装置，能够实现飞机大部件高精度、高效率、低成本装配，可广泛应用于飞机机身大部件对接调姿装配，同时，对于船舶、航天器等大部件对接调姿也具有参考意义。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种球头入位装置，其特征在于，包括：球窝座(10)和夹紧机构，所述夹紧机构包括夹紧销(21)和驱动件(22)，所述球窝座(10)上开设有通孔，所述通孔与所述球窝座(10)的球窝连通，所述夹紧销(21)穿过所述通孔部分插入所述球窝座(10)内，所述夹紧销(21)上开设有入位槽(211)，所述夹紧销(21)具有所述入位槽(211)与所述球窝相对的入位工位和所述入位槽(211)与所述球窝错开的防逃逸工位，所述驱动件(22)设置在所述球窝座(10)上，且所述驱动件(22)与所述夹紧销(21)连接，所述驱动件(22)能够为所述夹紧销(21)提供驱动力，使所述夹紧销(21)能够在所述入位工位和所述防逃逸工位之间切换；

所述入位槽(211)为梯形槽；

所述入位槽(211)的槽口的最大宽度根据所述球窝座(10)的开口半径及所述球窝座(10)开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定，具体满足以下关系：b＞2Rsinθ；所述入位槽(211)的槽口深度的最小值根据所述球窝座(10)的开口半径及所述球窝座(10)开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定，所述入位槽(211)的槽口深度的最大值根据所述夹紧销(21)的半径确定；具体满足以下关系：R-Rcosθ＜h≤r；其中，b为入位槽(211)的槽口最大宽度；R为球窝座(10)的开孔半径；r为夹紧销(21)的半径；h为入位槽(211)的槽口深度；θ为球窝座(10)开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线夹角。

2.根据权利要求1所述的球头入位装置，其特征在于，所述入位槽(211)为弧形槽。

3.根据权利要求2所述的球头入位装置，其特征在于，所述入位槽(211)的槽口的最大宽度根据所述球窝座(10)的开口半径及所述球窝座(10)开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定；所述入位槽(211)的半径的最小值根据所述球窝座(10)的半径确定，所述入位槽(211)的半径的最大值根据所述球窝座(10)的半径、所述夹紧销(21)的半径，以及所述球窝座(10)开孔边缘点和孔心的连线与竖直中心线的夹角确定。

4.根据权利要求1所述的球头入位装置，其特征在于，所述球窝座(10)包括第一半球座和第二半球座，所述第一半球座和所述第二半球座围设形成所述球窝，所述第一半球座和所述第二半球座之间通过紧固件连接。

5.根据权利要求1所述的球头入位装置，其特征在于，所述球头入位装置还包括：入位检测开关(40)，所述入位检测开关(40)设置在所述球窝座(10)侧面且伸入所述球窝内。

6.根据权利要求5所述的球头入位装置，其特征在于，所述球头入位装置还包括：控制器，所述控制器分别与所述入位检测开关(40)和所述驱动件(22)连接。

7.根据权利要求6所述的球头入位装置，其特征在于，所述球头入位装置还包括：位置检测开关(50)，所述位置检测开关(50)设置在所述球窝座(10)上用于检测所述夹紧销(21)的位置，且所述位置检测开关(50)与所述控制器连接。

8.一种大部件对接调姿系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的球头入位装置。