CN201833217U - 一种三维定位器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三维定位器，包括自上而下依次连接的定位端、双摆角机构以及固定端；所述双摆角机构与所述定位端和固定端之间分别通过一水平旋转轴和一竖直旋转轴相连接；此外，所述三维定位器上还设置有针对上述两个旋转轴的标尺及锁紧机构。在飞机蒙皮的加工过程中，应用该三维定位器可使蒙皮在柔性夹持工装与五坐标高速切削设备的坐标系中快速而精确地定位，从而有效提高加工效率和加工精度，进而实现蒙皮类零件生产的高度自动化。

Description

一种三维定位器

技术领域

本实用新型涉及飞机蒙皮的制造技术领域，具体地，涉及一种在蒙皮加工过程中用于使蒙皮在空间进行定位的三维定位器。

背景技术

随着科技不断进步，国内的飞机制造水平也在不断提高。其中，飞机蒙皮类零件的制造工艺是一项非常关键的技术，因为蒙皮作为飞机机翼和机身的覆盖件，是构成飞机气动外形的关键零件。但是，对飞机蒙皮类零件的生产仍然延用传统的手工方式，具体操作为：先利用定位销将蒙皮类零件固定在实体模具上，然后手工进行切边、打磨等工艺以将其加工成所需的形状。上述蒙皮加工工艺需要人工定位及加工，不但生产准备周期长，而且产品精度质量差，成品表面的光洁度也不高，在一定程度上影响飞机的整体性能。

为此，技术人员开发出一种新的蒙皮加工方法。该方法结合柔性夹持工装与五坐标高速切削设备来对蒙皮进行切削，从而实现高速、自动化生产，同时大幅度提高了蒙皮加工的精度和质量。

上述柔性夹持工装与五坐标高速切削设备的结合应用，关键技术在于如何使二者的坐标系形成统一，同时还要使蒙皮类零件在二者的坐标系之间精确定位。其中，如何使蒙皮类零件在上述柔性夹持工装与五坐标高速切削设备的坐标系中进行精确定位具有决定性的意义，如果蒙皮的定位不够精确，在切削过程中就无法保证刀具与零件表面的精度和垂直度，也就无法保证蒙皮外形的加工精度，进而将影响多块蒙皮之间的装配精度。因此，亟需一种能够实现将蒙皮类零件在上述柔性夹持工装和五坐标高速切削设备的坐标系中进行精确定位的定位装置。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种三维定位器，其能够在飞机蒙皮的制造过程中为将蒙皮零件在柔性夹持工装和五坐标高速切削设备的坐标系中精确地定位，从而实现对蒙皮类零件的快速、精确加工。

为此，本实用新型提供一种三维定位器，包括自上而下依次连接的定位端、双摆角机构以及固定端；所述双摆角机构与所述定位端和固定端之间分别通过一水平旋转轴和一竖直旋转轴相连接；所述三维定位器上还设置有分别表示所述双摆角机构相对于所述定位端和固定端旋转角度的标尺，以及分别使所述定位端和固定端与所述双摆角机构相互锁紧或松开的锁紧机构。

其中，设所述水平旋转轴为A轴、竖直旋转轴为C轴；所述固定端包括用于连接其它设备的底座和设置在所述底座上的C摆角定子；所述双摆角机构包括与所述C摆角定子相配合并绕C轴旋转的C摆角转子、在所述C摆角转子上部设置有用于安装所述定位端的A摆角定子；所述定位端包括与所述A摆角定子配合连接的A摆角转子、固定在所述A摆角转子上的销座、与所述销座配合连接的定位销及定位盖。

其中，所述C摆角定子和C摆角转子均为圆形结构，所述C摆角转子叠置在C摆角定子上部并可相对C摆角定子做圆周旋转运动，二者中心的旋转轴即为C轴。

其中，所述锁紧机构包括A摆角锁紧机构和C摆角锁紧机构，所述A摆角锁紧机构包括锁紧螺栓和锁紧螺母，所述C摆角锁紧机构包括摩擦片。

其中，所述A摆角定子包括A摆角导轨和A摆角支架；所述A摆角转子的底部具有与所述A摆角导轨相配合的圆弧型面，所述圆弧型面的圆心线即为A轴；同时，所述A摆角转子还设置有与所述圆弧型面同心的圆弧形通孔，所述锁紧螺栓贯穿所述圆弧形通孔而将所述A摆角转子连接在所述A摆角支架上。

其中，所述标尺包括A摆角标尺和C摆角标尺，所述A摆角标尺包括设置在所述A摆角支架上的刻度和设置在所述A摆角转子上的基准线，所述C摆角标尺包括设置在所述C摆角定子上刻度和设置在所述C摆角转子上的基准线。

其中，所述销座上设置有固定所述定位销的紧固顶丝。

其中，所述定位盖上设置有可拆装地套接在所述定位销上端的插孔。

优选地，所述A摆角的旋转范围为0°～±35°。所述C摆角的旋转范围为0°～360°。

本实用新型具有下述有益效果：

本实用新型提供的三维定位器包括依次连接的定位端、双摆角机构以及固定端；所述固定端与柔性夹持工装固定连接，从而可确定出定位器所处位置的xyz坐标，然后将所述定位端与蒙皮类零件的定位孔相连接，调整上述双摆角机构中两个旋转轴的角度，使蒙皮类零件的定位孔处的法向矢量与三维定位器的定位端相垂直，此时即可从双摆角机构的标尺中读出上述蒙皮零件的定位孔位置处在柔性夹持工装坐标系中的空间夹角；然后根据上述xyz坐标及双摆角机构的标尺读数即可得到蒙皮零件在柔性夹持工装和五坐标高速切削设备的坐标系中的空间位置，从而利用上述高速切削设备即可实现对蒙皮类零件的快速、精确地自动化加工，并且可有效缩短蒙皮零件的生产周期、降低制造成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的三维定位器的结构示意图；

图2为图1所示的三维定位器的分解图；

图3为图1所示的三维定位器中的销座的结构示意图；以及

图4为图1所示的三维定位器与蒙皮类零件相连接的工作示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的三位定位装置主要是在蒙皮类零件的成形、化铣刻线、立体精确切边等工艺过程中与铣削设备、柔性工装配套使用，其能够大幅度提高零件的定位精度、夹持精度，以及提高零件的制造精度和整体部件的装配精度。

本实用新型提供的三维定位器，包括自上而下依次连接的定位端、双摆角机构以及固定端；所述双摆角机构与所述定位端和固定端之间分别通过一水平旋转轴和一竖直旋转轴相连接；所述三维定位器上还设置有分别表示双摆角机构相对于定位端和固定端旋转角度的标尺，以及分别使所述定位端和固定端与所述双摆角机构相互锁紧或松开的锁紧机构。

这里，所说的水平旋转轴和竖直旋转轴为一对相对的概念，即为了表示两旋转轴之间相互垂直的关系。为进一步便于描述本实用新型提供的三位定位器的结构，设所述水平旋转轴为A轴、竖直旋转轴为C轴，并且设定定位端与双摆角机构相对旋转的轴为A轴，固定端与双摆角机构相对旋转的轴为C轴。

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型提供的三维定位器进行详细描述。

请一并参阅图1和图2，为本实用新型提供的三维定位器的结构示意图和零件分解图。其中，所述固定端包括用于连接其它设备的底座11和设置在所述底座11上的C摆角定子12。

所述双摆角机构包括C摆角转子31和A摆角定子。C摆角转子31与所述C摆角定子12相配合并可绕C轴旋转；A摆角定子固定地设置在所述C摆角转子31上部，其用于安装所述定位端上的A摆角转子21，具体地，所述A摆角定子包括A摆角导轨和A摆角支架。A摆角导轨33与C摆角转子31一体成型，A摆角支架32用螺钉固定在A摆角导轨33的两侧。

在定位端和固定端与双摆角机构之间设置有分别使所述定位端和固定端与所述双摆角机构相互锁紧或松开的锁紧机构，具体地，在定位端和双摆角机构之间设置A摆角锁紧机构，在固定端和双摆角机构之间设置C摆角锁紧机构，所述A摆角锁紧机构包括锁紧螺栓36和锁紧螺母37，所述C摆角锁紧机构包括摩擦片32。

所述C摆角定子12和C摆角转子31均为圆形结构，所述C摆角转子31叠置在C摆角定子12上部并可相对C摆角定子12做圆周旋转运动，二者中心的旋转轴即为C轴。在实际应用中，可以采用中心轴承作为上述C轴使用。

所述定位端包括A摆角转子21、销座22、定位销23及定位盖24。其中，A摆角转子21与双摆角机构上的所述A摆角支架34、35和A摆角导轨33配合连接；销座22固定在所述A摆角转子21上端面、定位销23及定位盖24与所述销座22配合连接。所述A摆角转子21的底部具有与所述A摆角导轨33相配合的圆弧型面，所述圆弧型面的圆心线即为A轴。这里，所述圆弧型面具有这样的特征：其是由一条圆弧沿水平方向平移形成的，圆弧的圆心同样平移成一条轴线，该轴线即为上述的圆心线，也是所谓的A轴，本实施例中，A轴线经过销座22的中心并与销座22上表面共面。此外，所述A摆角转子21上还设置有与所述圆弧型面同心的圆弧形通孔211，所述锁紧螺栓36依次贯穿A摆角支架34、圆弧形通孔221、A摆角支架35而与锁紧螺母37相互配合拧紧，从而将A摆角转子21连接在双摆角机构上。所述定位盖24上设置有可拆装地套接在所述定位销23上端的插孔。

此外，在定位端和固定端与双摆角机构之间设置有分别表示双摆角机构相对于定位端和固定端旋转角度的标尺。所述标尺包括A摆角标尺和C摆角标尺，所述A摆角标尺包括设置在所述A摆角支架上的刻度和设置在所述A摆角转子上的基准线，所述C摆角标尺包括设置在所述C摆角定子上刻度和设置在所述C摆角转子上的基准线。具体地，所述标尺可以是分度盘。在实际应用中，所述A摆角的旋转范围为0°～±35°。所述C摆角的旋转范围为0°～360°。

请参阅图3，为图1所示的三维定位器中的销座的结构示意图。销座22与A摆角转子21的端面通过螺钉固定，所述销座22上设置有固定所述定位销23的紧固顶丝221，使其具有较强的互换性，可用于安装不同定位销23。

请参阅图4，为本实用新型提供的三维定位器与蒙皮相连接的工作示意图。在定位操作时，首先将定位销23插入销座22上的销孔中，并拧紧紧固顶丝221使定位销与销座22固定连接，然后将定位销23的上端穿过蒙皮零件的定位孔中，最后将定位盖24套装在定位销23的上端，该定位盖24的插孔中具有弹性夹紧结构，可快速地夹紧或脱离定位销23的上端部。如图所示，三维定位器的定位端相对于固定端进行了A摆角及C摆角的运动，通过标尺的读数可以分别得到A、C两摆角的旋转角度，也就是三维定位器的定位销所在的矢量在柔性夹持工装坐标系中的空间角度。再加上三位定位器本身的x、y、z坐标，则蒙皮上与三维定位器的连接点的空间坐标已经全部得到，也就是说，三维定位器上的定位销可以实现五自由度的移动，从而可如实反映出多曲率蒙皮类零件上任意点的法向矢量。将上述连接点的空间坐标代入柔性夹持工装和五坐标高速切削设备的坐标系统中，即可得知此时蒙皮零件上所有点的空间位置，从而五坐标高速切削设备即可开始对蒙皮的自动化加工。

下面结合柔性夹持工装与五坐标高速切削设备来详细说明本实用新型提供的三维定位器的工作原理及过程。

首先，通过激光跟踪仪标定柔性夹持工装与五坐标高速切削设备之间的相互空间关系，建立二者坐标原点的协调关系，从而使柔性夹持工装的坐标系处于切削设备坐标系的加工范围之内。

然后，通过控制软件，对切削设备与柔性夹持工装的坐标系进行分析、计算，使二者坐标系进一步得到统一，并对其坐标偏移进行补偿。

最后，通过三维定位器的双摆角机构的偏转角度值来计算蒙皮类零件在五坐标高速切削设备中所处的空间位置点，在NC程序的工艺编程中，可以把每一种零件的真空吸附点和三维定位器定位点的空间布置做出定义和规划，此信息通过通信介质传递给控制系统，可保证加工的精确性。

由上述描述可知，三维定位器的应用大大提高了蒙皮在柔性夹持工装和五坐标高速切削设备的坐标系中进行精确定位的精度和效率，使得系统可全方位获知蒙皮零件各点的空间信息，从而使得蒙皮类零件的生产真正实现了高度自动化、精确化以及高速化。

需要指出的是，本实用新型提供的三维定位器还可以应用于其它领域中的定位，例如：在测量机中检测零件时，可以应用柔性夹持工装代替实体模具，并借助三维定位器实现测量机与工装坐标的统一，从而实现完全意义上的数字化测量。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种三维定位器，其特征在于，包括自上而下依次连接的定位端、双摆角机构以及固定端；

所述双摆角机构与所述定位端和固定端之间分别通过一水平旋转轴和一竖直旋转轴相连接；

所述三维定位器上还设置有分别表示所述双摆角机构相对于所述定位端和固定端旋转角度的标尺，以及分别使所述定位端和固定端与所述双摆角机构相互锁紧或松开的锁紧机构。

2.根据权利要求1所述的三维定位器，其特征在于，设所述水平旋转轴为A轴、竖直旋转轴为C轴；

所述固定端包括用于连接其它设备的底座和设置在所述底座上的C摆角定子；

所述双摆角机构包括与所述C摆角定子相配合并绕C轴旋转的C摆角转子、在所述C摆角转子上部设置有用于安装所述定位端的A摆角定子；

所述定位端包括与所述A摆角定子配合连接的A摆角转子、固定在所述A摆角转子上的销座、与所述销座配合连接的定位销及定位盖。

3.根据权利要求2所述的三维定位器，其特征在于，所述C摆角定子和C摆角转子均为圆形结构，所述C摆角转子叠置在C摆角定子上部并可相对C摆角定子做圆周旋转运动，二者中心的旋转轴即为C轴。

4.根据权利要求2所述的三维定位器，其特征在于，所述锁紧机构包括A摆角锁紧机构和C摆角锁紧机构，所述A摆角锁紧机构包括锁紧螺栓和锁紧螺母，所述C摆角锁紧机构包括摩擦片。

5.根据权利要求4所述的三维定位器，其特征在于，所述A摆角定子包括A摆角导轨和A摆角支架；所述A摆角转子的底部具有与所述A摆角导轨相配合的圆弧型面，所述圆弧型面的圆心线即为A轴；同时，所述A摆角转子还设置有与所述圆弧型面同心的圆弧形通孔，所述锁紧螺栓贯穿所述圆弧形通孔而将所述A摆角转子连接在所述A摆角支架上。

6.根据权利要求2所述的三维定位器，其特征在于，所述标尺包括A摆角标尺和C摆角标尺，所述A摆角标尺包括设置在所述A摆角支架上的刻度和设置在所述A摆角转子上的基准线，所述C摆角标尺包括设置在所述C摆角定子上刻度和设置在所述C摆角转子上的基准线。

7.根据权利要求2所述的三维定位器，其特征在于，所述销座上设置有固定所述定位销的紧固顶丝。

8.根据权利要求2所述的三维定位器，其特征在于，所述定位盖上设置有可拆装地套接在所述定位销上端的插孔。

9.根据权利要求2所述的三维定位器，其特征在于，所述A摆角的旋转范围为0°～±35°。

10.根据权利要求2所述的三维定位器，其特征在于，所述C摆角的旋转范围为0°～360°。

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