CN117163313A - 一种用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于飞机装配制造技术领域，涉及一种用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构及其使用方法。本发明真空吸盘机构通过可控弹簧伸缩组件和顶紧螺钉机构提供法向加载力，保证了复材蒙皮结构在制造公差范围内可完全贴合框、梁骨架结构，良好的保证了复材壁板结构最终装配后的气动外形；复材壁板结构中蒙皮与框、梁等骨架结构的紧密贴合可减少由于装配间隙带来的使用固体或液体垫片填充间隙的方法，在提高装配效率的同时，也节省了固体或液体垫片材料成本；对于壁板自身变形过大，可利用手动拧紧螺钉进行手工压紧。
Description
技术领域
本发明属于飞机装配制造技术领域，涉及一种用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构及其使用方法。
背景技术
复合材料壁板是飞机上一种典型承力结构部件，因其各项优异的性能以及超高的比强度和比刚度，使得复合材料应用于飞机上时可以减轻重量，提高飞机安全性可经济型，因此，复合材料壁板正逐渐呈现出取代传统铝合金壁板的趋势，例如机身桶段、机翼、中央翼盒等部位越来越多的复合材料壁板结构，大型客机复合材料结构用量也作为衡量飞机先进性的重要指标之一。
通常，复材壁板装配定位采用骨架工装与壁板工装分别定位并对合的方式进行，即骨架工装定位复合材料的肋、框等零件，壁板工装利用外形卡板和压紧器压紧蒙皮零件，通过两套工装的对合，完成整个壁板结构的对合定位，进而进行铆接。
上述方案为目前各飞机装配车间采用普遍的方法。采用上述方法将存在以下问题：
(1)采用外形卡板和压紧器压紧蒙皮零件时，在与骨架工装对接过程中由于零件制造误差，导致蒙皮零件无法准确压紧定位，同时定位后蒙皮与骨架(框、梁零件)之间常常存在间隙、导致需使用固体或液体垫片填充间隙，操作复杂，影响装配效率；
(2)为了保证蒙皮与骨架结构的贴合，需使用外力辅助进行压紧，所施加外力大小无法测量，是否满足工程设计要求无法得知，无法评估零件超差时施加外力对结构产生的影响；
(3)此外，固体或液体垫片的使用提高了飞机制造成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构及其使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种适用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构，其特征在于，包括基座组件、手动螺纹顶紧机构、可控伸缩弹簧组件、定位吸盘组件。其中所述基座组件固定于在蒙皮外形卡板上，用于吸附复材壁板结构蒙皮；所述手动螺纹顶紧机构为进给量可调节组件；所述可控伸缩弹簧组件为轴向可收缩的自适应调节活动组件；所述定位吸盘组件直接与蒙皮吸附，抽取真空后通过负压完成与蒙皮之间的吸附压紧。上述组件按照定位压紧需求安装与外形卡板上，通过整个机构的自适应调节以及手动螺纹顶紧机构的调节完成复材壁板与骨架结构的定位贴合。
如图3所示，所述基座组件其主承力结构为支座，其特征为底部通过2个螺栓、2个圆柱销与外形卡板连接，支座侧面开圆形通槽，用以安装手动螺纹顶紧机构；所述基座组件其上方开2个圆形孔，用以安装弹簧卡死螺钉以及限位销，所述弹簧卡死螺钉其特征为尖端为V型。
如图4-图7所示，所述手动螺纹顶紧机构由顶紧螺钉、圆盘、挡块、导向销以及套筒组成，所述顶紧螺钉其特征为在手动压紧旋钮一端每隔90度开一个M5螺纹孔，便于适配测力计工具测量手动拧紧力矩大小；所述圆盘其特征为圆盘中心开M8螺纹孔，其内螺纹孔径与顶紧螺钉外螺纹大小相等，圆盘偏离圆心一侧开圆形通过孔安装导向销；所述挡块其特征为中心开一个圆形通过孔，通过孔孔径与顶紧螺钉前端直径按H7/f6公差配合；所述套筒其特征为通过两个螺钉与挡块连接，套筒在偏离圆心对应位置开圆形孔，便于安装导向销，套筒上侧开长圆形键槽，便于安装限位块。
如图8所示，可控伸缩弹簧组件由耳叉组件、连接螺栓、限位块以及弹簧组成。所述耳叉组件一端为耳叉型，另一端为套筒结构，所述套筒一端中心位置开M8螺纹孔，用以安装连接螺栓，套筒侧面开长圆形键槽，用以安装限位块，所述耳叉结构柱面开V型槽，用以配合弹簧卡死螺钉。具体地说，通过02-04导向销、限位销保证了顶紧螺钉机构02仅能在轴向方向移动，限位块配合套筒内键槽保证了整个可控伸缩弹簧组件仅能在轴向进行伸缩。上述功能的实现有效地保证了整个结构的自适应压紧调节功能；所述弹簧其特征为弹簧每伸缩1mm，提供压紧力为25N力，便于蒙皮零件厚度超差时的自适应调节。
如图11所示，所述定位吸盘组件有真空吸盘、连接盒体、真空管嘴组成，所述真空吸盘和真空管嘴通过内置在连接盒体内的管路相连接；所述连接盒体其特征为在连接盒体两侧开两个螺纹孔，便于用螺栓连接可控伸缩弹簧组件内耳叉组件。
以下通过具体使用方法对本自适应吸盘机构做进一步详细说明。
如图12所示，在复材骨架零件制造过程中，外形公差通常取0～+0.2mm，以消除由于骨架型面过低造成的贴合面间隙过大；同时，将真空吸盘设定为气动外形向内-2mm的位置，以保证每个吸附点对壁板都能够施加一定的力；外形卡板形面按正方向增加一定的偏移值，并利用检验量规测量卡板与定位后的壁板之间的间隙，判断外形是否满足要求。此容差分配为减小贴合面间隙提供了前提条件。
如图13所示，理论状态下，在复材零件制造无公差情况弹簧伸缩2mm，恰好与复材框零件贴合，此时弹簧收缩行程2mm，弹簧压紧力为50N，关闭弹簧卡死螺钉，完成后续壁板与骨架工装对合即可。
如图14所示，实际情况，复材零件通常存在制造误差，当复材壁板制造公差+2mm时，此时打开弹簧卡死螺钉后，自适应吸盘机构通过弹簧收缩行程调节，自动吸收2mm公差，实现自适应调节吸附压紧功能，最大收缩行程为4mm，法向最大压紧力为150N。
自适应吸盘保证了当复材壁板在0-4mm制造公差范围内均能够自动调节，保证了壁板的压紧和定位，特别地，如图15所示，当复材壁板正确定位后，复材蒙皮与复材框之间如存在间隙，利用自适应吸盘机构的手动螺纹顶紧机构，通过调节手工拧紧螺钉旋钮，可最大提供5.5mm行程，确保复材蒙皮与复材框的紧密贴合，此时利用测力计测量手工拧紧螺钉上的拧紧力矩，提交工程设计部门确认，评估超差情况影响。
通过上述方法，对所有自适应真空吸盘机构进行调节，可保证复材蒙皮与复材框架的紧密贴合，完成壁板与骨架的正确定位，为后续铆接安装做好准备。
本发明的有益效果是：
(1)真空吸盘机构通过可控弹簧伸缩组件和顶紧螺钉机构提供法向加载力，保证了复材蒙皮结构在制造公差范围内可完全贴合框、梁骨架结构，良好的保证了复材壁板结构最终装配后的气动外形；
(2)复材壁板结构中蒙皮与框、梁等骨架结构的紧密贴合可减少由于装配间隙带来的使用固体或液体垫片填充间隙的方法，在提高装配效率的同时，也节省了固体或液体垫片材料成本；
(3)对于壁板自身变形过大，可利用手动拧紧螺钉进行手工压紧，拧紧螺钉可通过每隔90度开一个M5螺纹孔方便测量出拧紧力矩，便于向设计工程部门提供加载压力数据，为复材壁板结构的后续维修提供参考依据。
附图说明
图1自适应吸盘整体结构剖视图；
图2是自适应吸盘整体结构等轴测视图；
图3(a)是自适应吸盘基座组件等轴测视图；
图3(b)是弹簧卡死螺钉等轴测视图；
图4(a)是导向销结构示意图；
图4(b)是自适应吸盘顶紧螺钉结构示意图；
图5(a)是顶紧螺钉安装过程示意图；
图5(b)是挡块结构示意图；
图6(a)是顶紧螺钉安装过程示意图；
图6(b)是套筒结构示意图；
图7是顶紧螺钉结构示意图；
图8是可控伸缩弹簧组件结构示意图；
图9(a)是可控伸缩弹簧组件安装过程示意图；
图9(b)是限位块示意图；
图10是可控伸缩弹簧组件安装过程示意图；
图11是定位吸盘组件结构示意图；
图12是伸缩式吸盘自然状态(位置-2mm，弹簧行程0，弹簧力＝0)；
图13是理论0位状态(位置0mm，弹簧行程2mm，弹簧力＝50N)；
图14是弹簧收缩极限状态(位置-4mm，弹簧行程6mm，弹簧力＝150N)；
图15是手工拧紧示意图。
图中：01基座组件；02手动螺纹顶紧机构；03可控伸缩弹簧组件；04定位吸盘组件；01-03支座；01-04弹簧卡死螺钉；01-05限位销；02-01顶紧螺钉；02-02圆盘；02-03挡块；02-04导向销；02-05套筒；03-01耳叉组件；03-02连接螺栓；03-03限位块；03-04弹簧；04-01真空吸盘；04-02连接盒体；04-03真空管嘴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，本实施例是以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的实现过程，但是本发明的保护范围不限于下述实施实例。
如图1所示，一种适用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构由4部分组成，包括基座组件01、手动螺纹顶紧机构02、可控伸缩弹簧组件03、定位吸盘组件04。其中所述基座组件01固定于在蒙皮外形卡板上，用于吸附复材壁板结构蒙皮；所述手动螺纹顶紧机构02为进给量可调节组件；所述可控伸缩弹簧组件03为轴向可收缩的自适应调节活动组件；所述定位吸盘组件04直接与蒙皮吸附，抽取真空后通过负压完成与蒙皮之间的吸附压紧。上述组件按照定位压紧需求安装与外形卡板上，通过整个机构的自适应调节以及手动螺纹顶紧机构的调节完成复材壁板与骨架结构的定位贴合。
如图3所示，所述基座组件01其主承力结构为支座01-03，其特征为底部通过2个螺栓01-01、2个圆柱销01-02与外形卡板连接，01-03支座侧面开圆形通槽，用以安装手动螺纹顶紧机构02；所述基座组件其上方开2个圆形孔，用以安装弹簧卡死螺钉01-04以及限位销01-05，所述弹簧卡死螺钉01-04其特征为尖端为V型。
如图4-图7所示，所述手动螺纹顶紧机构02由顶紧螺钉02-01、圆盘02-02、挡块02-03导向销02-04以及套筒02-05组成，所述顶紧螺钉02-01其特征为在手动压紧旋钮一端每隔90度开一个M5螺纹孔，便于适配测力计工具测量手动拧紧力矩大小；所述圆盘02-02其特征为圆盘中心开M8螺纹孔，其内螺纹孔径与顶紧螺钉02-01外螺纹大小相等，圆盘02-02偏离圆心一侧开圆形通过孔安装导向销02-04；所述挡块02-03其特征为中心开一个圆形通过孔，通过孔孔径与顶紧螺钉02-01前端直径按H7/f6公差配合；所述02-05套筒其特征为通过两个螺钉与挡块02-03连接，套筒在偏离圆心对应位置开圆形孔，便于安装导向销02-04，套筒上侧开长圆形键槽，便于安装限位块。
如图8所示，可控伸缩弹簧组件03由耳叉组件03-01、连接螺栓03-02、限位块03-03以及弹簧03-04组成。所述耳叉组件03-01一端为耳叉型，另一端为套筒结构，所述套筒一端中心位置开M8螺纹孔，用以安装连接螺栓03-02，套筒侧面开长圆形键槽，用以安装限位块03-03，所述耳叉结构柱面开V型槽，用以配合弹簧卡死螺钉01-04。具体地说，通过02-04导向销、限位销01-05(如图1、图6所示)保证了顶紧螺钉机构02仅能在轴向方向移动，限位块03-03配合套筒02-05内键槽(如图6所示)保证了整个可控伸缩弹簧组件仅能在轴向进行伸缩。上述功能的实现有效地保证了整个结构的自适应压紧调节功能；所述弹簧03-04其特征为弹簧每伸缩1mm，提供压紧力为25N力，便于蒙皮零件厚度超差时的自适应调节。
如图11所示，所述定位吸盘组件04有真空吸盘04-01、连接盒体04-02、真空管嘴04-03组成，所述真空吸盘04-01和真空管嘴04-03通过内置在04-02连接盒体内的管路相连接；所述04-02连接盒体其特征为在连接盒体两侧开两个螺纹孔，便于用螺栓连接可控伸缩弹簧组件内03-01耳叉组件。
以下通过具体使用方法对本自适应吸盘机构做进一步详细说明。
如图12所示，在复材骨架零件制造过程中，外形公差通常取0～+0.2mm，以消除由于骨架型面过低造成的贴合面间隙过大；同时，将真空吸盘设定为气动外形向内-2mm的位置，以保证每个吸附点对壁板都能够施加一定的力；外形卡板形面按正方向增加一定的偏移值，并利用检验量规测量卡板与定位后的壁板之间的间隙，判断外形是否满足要求。此容差分配为减小贴合面间隙提供了前提条件。
如图13所示，理论状态下，在复材零件制造无公差情况弹簧伸缩2mm，恰好与复材框零件贴合，此时弹簧收缩行程2mm，弹簧压紧力为50N，关闭弹簧卡死螺钉01-04，完成后续壁板与骨架工装对合即可。
如图14所示，实际情况，复材零件通常存在制造误差，当复材壁板制造公差+2mm时，此时打开弹簧卡死螺钉后，自适应吸盘机构通过弹簧收缩行程调节，自动吸收2mm公差，实现自适应调节吸附压紧功能，最大收缩行程为4mm，法向最大压紧力为150N。
自适应吸盘保证了当复材壁板在0-4mm制造公差范围内均能够自动调节，保证了壁板的压紧和定位，特别地，如图15所示，当复材壁板正确定位后，复材蒙皮与复材框之间如存在间隙，利用自适应吸盘机构的手动螺纹顶紧机构02，通过调节手工拧紧螺钉旋钮，可最大提供5.5mm行程，确保复材蒙皮与复材框的紧密贴合，此时利用测力计测量手工拧紧螺钉上的拧紧力矩，提交工程设计部门确认，评估超差情况影响。
通过上述方法，对所有自适应真空吸盘机构进行调节，可保证复材蒙皮与复材框架的紧密贴合，完成壁板与骨架的正确定位，为后续铆接安装做好准备。
Claims (5)
1.一种适用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构，其特征在于，包括基座组件(01)、手动螺纹顶紧机构(02)、可控伸缩弹簧组件(03)、定位吸盘组件(04)；其中所述基座组件(01)固定于在蒙皮外形卡板上，用于吸附复材壁板结构蒙皮；所述手动螺纹顶紧机构(02)为进给量可调节组件；所述可控伸缩弹簧组件(03)为轴向可收缩的自适应调节活动组件；所述定位吸盘组件(04)直接与蒙皮吸附，抽取真空后通过负压完成与蒙皮之间的吸附压紧；上述组件按照定位压紧需求安装与外形卡板上，通过整个机构的自适应调节以及手动螺纹顶紧机构的调节完成复材壁板与骨架结构的定位贴合；
所述基座组件(01)其主承力结构为支座(01-03)，其特征为底部通过2个螺栓(01-01)、2个圆柱销(01-02)与外形卡板连接，支座(01-03)侧面开圆形通槽，用以安装手动螺纹顶紧机构(02)；所述基座组件(01)其上方开2个圆形孔，用以安装弹簧卡死螺钉(01-04)以及限位销(01-05)；
所述手动螺纹顶紧机构(02)由顶紧螺钉(02-01)、圆盘(02-02)、挡块(02-03)、导向销(02-04)以及套筒(02-05)组成，所述圆盘(02-02)其特征为圆盘中心开M8螺纹孔，其内螺纹孔径与顶紧螺钉(02-01)外螺纹大小相等，圆盘(02-02)偏离圆心一侧开圆形通过孔安装导向销(02-04)；所述挡块(02-03)其特征为中心开一个圆形通过孔，通过孔孔径与顶紧螺钉(02-01)前端直径按H7/f6公差配合；所述套筒(02-05)其特征为通过两个螺钉与挡块(02-03)连接，套筒在偏离圆心对应位置开圆形孔，便于安装导向销(02-04)，套筒上侧开长圆形键槽，便于安装限位块；
可控伸缩弹簧组件(03)由耳叉组件(03-01)、连接螺栓(03-02)、限位块(03-03)以及弹簧(03-04)组成；所述耳叉组件(03-01)一端为耳叉型，另一端为套筒结构，所述套筒一端中心位置开M8螺纹孔，用以安装连接螺栓(03-02)，套筒侧面开长圆形键槽，用以安装限位块(03-03)，所述耳叉结构柱面开V型槽，用以配合弹簧卡死螺钉(01-04)；具体地说，通过导向销(02-04)、限位销(01-05)保证了手动螺纹顶紧机构(02)仅能在轴向方向移动，限位块(03-03)配合套筒(02-05)内键槽保证了整个可控伸缩弹簧组件仅能在轴向进行伸缩；
所述定位吸盘组件(04)有真空吸盘(04-01)、连接盒体(04-02)、真空管嘴(04-03)组成，所述真空吸盘(04-01)和真空管嘴(04-03)通过内置在连接盒体(04-02)内的管路相连接；所述连接盒体(04-02)其特征为在连接盒体两侧开两个螺纹孔，便于用螺栓连接可控伸缩弹簧组件内耳叉组件(03-01)。
2.如权利要求1所述的一种适用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构，其特征在于，所述弹簧卡死螺钉(01-04)的尖端为V型。
3.如权利要求1或2所述的一种适用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构，其特征在于，所述弹簧(03-04)每伸缩1mm，提供压紧力为25N力，便于蒙皮零件厚度超差时的自适应调节。
4.如权利要求1或2所述的一种适用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构，其特征在于，所述顶紧螺钉(02-01)其特征为在手动压紧旋钮一端每隔90度开一个M5螺纹孔，便于适配测力计工具测量手动拧紧力矩大小。
5.如权利要求3所述的一种适用于飞机复合材料结构壁板装配的自适应吸盘机构，其特征在于，所述顶紧螺钉(02-01)其特征为在手动压紧旋钮一端每隔90度开一个M5螺纹孔，便于适配测力计工具测量手动拧紧力矩大小。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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