專利名稱：被動式大擺角柔性定位固持裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種被動式大擺角柔性定位固持裝置，為一種飛機蒙皮自動化鉆鉚的定位固持裝置。
背景技術：
飛機蒙皮作為構成飛機氣動外形的關鍵零件，其外形復雜，尺寸范圍變化大，剛度低，而且生產(chǎn)批量小。傳統(tǒng)加工方法是將蒙皮固定在剛性夾具上，再進行鉆鉚，工作勞動強度大，鉆孔精度低，鉚接質(zhì)量差。近年來，為了實現(xiàn)蒙皮的精確高效鉆鉚，提高制造質(zhì)量，國外飛機制造廠商逐漸采用了基于柔性工裝的數(shù)控鉆鉚工藝。自20世紀90年代初期開始， 國外企業(yè)開發(fā)的柔性工裝已被波音、空客、麥道等飛機制造商用于蒙皮、壁板、艙門、機翼等零件的加工制造過程以及飛機的數(shù)字化柔性裝配，極大地提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。相比而言，我國在蒙皮數(shù)控鉆鉚及柔性工裝的研發(fā)應用方面較為落后。文獻“丁韜.T0RRESMILL_和T0RREST00L_系統(tǒng)蒙皮切邊鉆銑床及柔性夾具裝置 [J].航空制造技術.2007(2) ”中介紹了國外一種名為T0RREST00L柔性夾具系統(tǒng)，這套系統(tǒng)最典型的結構是臥式三軸，它由若干個排架組成，每個排架在計算機程序指令控制下可沿X 軸獨立移動，每個排架上有若干個支撐桿，每個支撐桿可在指令控制下沿Y軸和Z軸方向獨立移動。在國內(nèi)方面，清華大學提出一種基于機器人集中驅(qū)動的用于大型薄壁件切削加工的智能柔性工裝系統(tǒng)，其核心思想是通過專用機器人以外部集中驅(qū)動的方式取代內(nèi)部獨立驅(qū)動方式。這樣，各單元只需實現(xiàn)Z向驅(qū)動,無需X、Y向驅(qū)動電機和傳動裝置，X、Y向運動由專用機器人統(tǒng)一驅(qū)動實現(xiàn)。T0RREST00L柔性夾具系統(tǒng)和清華大學智能柔性工裝系統(tǒng)都是很有價值的發(fā)明，但是它們作為主動式柔性定位固持裝置，雖然有效地解決了飛機蒙皮加工柔性裝夾的問題。但尚有一些不足
I.T0RREST00L柔性夾具系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)采用伺服電機驅(qū)動，所以內(nèi)部傳動系統(tǒng)較為復雜，成本高，屬于主動式定位裝置。2. T0RREST00L柔性夾具系統(tǒng)和清華大學智能柔性工裝系統(tǒng)均使用了萬向球吸盤。 由于結構限制，萬向球吸盤的最大擺角為45°，無法吸附某些大曲率蒙皮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術不足，提供一種能夠根據(jù)蒙皮的構型調(diào)節(jié)動軸高度和擺頭角度，并利用機器人或其他數(shù)控裝備抓取進行精確定位的被動式大擺角柔性定位固持裝置。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)
一種被動式大擺角柔性定位固持裝置，包括作動筒、在作動筒內(nèi)轉動和移動的動軸，以及安裝在動軸頂端的擺頭，擺頭上設置吸盤，吸盤上設置輔助定位固持裝置，擺頭與吸盤之間設置擺頭復位機構；所述作動筒上設置動軸鎖緊裝置，用于固定動軸位置；還包括動軸復位裝置，用于動軸在非工作狀態(tài)自動恢復初始位置。所述被動式大擺角柔性定位固持裝置，擺頭復位機構包括短軸以及彈性部件，所
3述擺頭上設置有兩個突起結構，所述吸盤設置有一個突起結構，吸盤的突起機構設置在擺頭的兩個突起機構之間，突起機構上開設圓孔，短軸垂直設置在圓孔內(nèi)，通過彈性部件固定短軸位置。所述被動式大擺角柔性定位固持裝置，所述動軸鎖緊裝置包括螺桿以及端蓋，端蓋卡設在螺桿兩端，螺桿上套設上鎖緊螺母，下鎖緊螺母；還包括擺動氣缸，該擺動氣缸用于帶動螺桿轉動推動鎖緊螺母，從而使得端蓋運動鎖緊或解鎖動軸。所述被動式大擺角柔性定位固持裝置，所述輔助定位固持裝置為至少3個帶定位錐孔的螺栓。所述被動式大擺角柔性定位固持裝置，所述動軸復位裝置包括上導向柱和下導向柱，下導向柱設置在作動筒上方，上導向柱設置在擺頭下方。本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明在夾持蒙皮時，可以通過機器人抓取，使動軸的Z軸方向移動，具有較高的定位精度。動軸在作動筒中Z軸自由轉動和擺頭的大擺角擺動，使被動式大擺角柔性定位固持裝置具有自動適應蒙皮表面的特性。作動筒內(nèi)鎖緊裝置使用壓縮空氣，通過擺動氣缸與螺紋組件，可產(chǎn)生60KG的軸向鎖緊力，保證被動式大擺角柔性定位固持裝置定位精度。整個系統(tǒng)均使用壓縮空氣，結構簡單。被動式大擺角柔性定位固持裝置是為了解決飛機蒙皮自動鉆鉚所需柔性夾具。被動式大擺角柔性定位固持裝置相較于T0RREST00L柔性夾具系統(tǒng)的優(yōu)點和技術改進如下
第一，被動式大擺角柔性定位固持裝置使用機器人抓取，壓縮空氣來鎖緊動軸和吸附蒙皮。機器人在自動鉆鉚中就需要使用，壓縮空氣成本也較低，所以總成本較低。第二，被動式大擺角柔性定位固持裝置沒有使用伺服電機，沒有復雜的傳動裝置， 使被動式大擺角柔性定位固持裝置結構較簡單，體積也較小。第三，被動式大擺角柔性定位固持裝置體積較小，所以能夠密集放置，所提供的支撐點也較多，能夠提高鉆鉚質(zhì)量。第四，被動式大擺角柔性定位固持裝置驅(qū)動系統(tǒng)采用機器人驅(qū)動，由于機器人在蒙皮鉆鉚中也要使用，所以整個鉆鉚加工過程中僅使用了機器人自身的控制系統(tǒng)。第五，被動式大擺角柔性定位固持裝置使用了單獨設計的擺動副，吸盤擺角較大， 可吸附大曲度蒙皮，適用范圍較廣。


圖I為本發(fā)明被動式大擺角柔性定位固持裝置結構示意圖2為本發(fā)明被動式大擺角柔性定位固持裝置動軸鎖緊裝置；
圖3為本發(fā)明被動式大擺角柔性定位固持裝置定位固持裝置示意圖4為本發(fā)明被動式大擺角柔性定位固持裝置剖面示意圖5為本發(fā)明被動式大擺角柔性定位固持裝置局部放大示意圖。圖中1，底板；2,擺動氣缸；3,作動筒；4，下導向柱；5,動軸；6，上導向柱；7,擺頭；8，短軸；9，彈簧；10，吸盤；11，螺桿；12，上鎖緊螺母；13，擋圈；14，下鎖緊螺母；15，端蓋；16，吸盤螺栓；17，動軸鎖緊裝置。
具體實施例方式如圖I、圖2、圖3所示，夾持飛機蒙皮用以自動化鉆鉚的被動式大擺角柔性定位固持裝置，包括帶有動軸鎖緊裝置的作動筒3，以及與作動筒3相連的動軸5和安裝在動軸上的擺頭7。機器人與擺頭的卡槽組成了動軸5的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置使動軸Z軸方向移動，其可調(diào)整范圍為400mm以上，且具有很高的定位精度，可滿足不同種類蒙皮的定位固持要求。動軸鎖緊裝置在作動筒3內(nèi)腔內(nèi)，當擺動氣缸2通氣帶動螺桿11轉動，通過螺紋配合使上鎖緊螺母12，下鎖緊螺母14反向運動，鎖緊或解鎖動軸5，這套鎖緊裝置的鎖緊力可達50KG以上。作動筒3上的下導向柱4和擺頭上的上導向柱6，這兩個共軛組件組成動軸復位裝置，當動軸5沿Z軸下降時，引導動軸5恢復初始狀態(tài)。動軸頂端的擺頭7，吸盤10 和短軸8組成一套能大擺角擺動的轉動副，其擺動角大于等于50°。短軸8與擺頭7之間的彈簧與短軸9與擺頭8組成擺頭復位機構，能在非工作狀態(tài)自動恢復初始位置。吸盤10 的螺栓16中心有定位錐孔，其他設備的定位銷通過接觸這些定位錐孔來定位。其中，擺頭7上有兩個突起的有圓孔的耳型結構，而吸盤10同樣有一個有圓孔的耳型結構，而且吸盤10的耳型突起安裝在擺頭7兩個耳型突起之間，短軸8通過他們的圓孔，以此形成一個轉動副。短軸8上一端使用卡簧阻擋，另一端使用彈簧9使短軸固定。本發(fā)明中，擺頭7，吸盤10和短軸8之間的轉動副的調(diào)整范圍大于等于50° ;動軸5在作動筒 3內(nèi)的轉動副的調(diào)整范圍為0° 360°。本發(fā)明的工作過程如下首先，按照飛機蒙皮型面調(diào)整動軸位置，機器人接觸吸盤 10中螺栓16的定位錐孔后，抓取擺頭7帶動動軸5運動。機器人先帶動動軸Z軸方向移動到達指定位置，接著帶動動軸沿Z軸轉動，使動軸5到達所需的工作狀態(tài)。然后，動軸鎖緊裝置17中的擺動氣缸2進氣，帶動螺桿11轉動，使鎖緊螺母同時向內(nèi)運動，鎖緊動軸。機器人松開擺頭，移出工作區(qū)域。飛機蒙皮移入，在重力作用下擺頭7與吸盤10之間的轉動副隨蒙皮型面轉動，自適應蒙皮形狀，接著吸盤10吸氣吸附蒙皮，開始鉆鉚。最后，鉆鉚結束，吸盤停止吸氣，松開蒙皮。擺頭復位機構帶動吸盤10恢復初始位置。動軸鎖緊裝置的擺動氣缸2反向進氣，帶動上、下鎖緊螺母松開動軸。機器人推壓擺頭，并由動軸復位裝置引導動軸5恢復初始狀態(tài)。
權利要求
1.一種被動式大擺角柔性定位固持裝置，其特征在于包括作動筒、在作動筒內(nèi)轉動和移動的動軸，以及安裝在動軸頂端的擺頭，擺頭上設置吸盤，吸盤上設置輔助定位固持裝置，擺頭與吸盤之間設置擺頭復位機構；所述作動筒上設置動軸鎖緊裝置，用于固定動軸位置；還包括動軸復位裝置，用于動軸在非工作狀態(tài)自動恢復初始位置。
2.如權利要求I所述被動式大擺角柔性定位固持裝置，其特征在于擺頭復位機構包括短軸以及彈性部件，所述擺頭上設置有兩個突起結構，所述吸盤設置有一個突起結構，吸盤的突起機構設置在擺頭的兩個突起機構之間，突起機構上開設圓孔，短軸垂直設置在圓孔內(nèi)，通過彈性部件固定短軸位置。
3.如權利要求I或2所述被動式大擺角柔性定位固持裝置，其特征在于所述動軸鎖緊裝置包括螺桿以及端蓋，端蓋卡設在螺桿兩端，螺桿上套設上鎖緊螺母，下鎖緊螺母；還包括擺動氣缸，該擺動氣缸用于帶動螺桿轉動推動鎖緊螺母，從而使得端蓋運動鎖緊或解鎖動軸。
4.如權利要求3所述被動式大擺角柔性定位固持裝置，其特征在于所述輔助定位固持裝置為至少3個帶定位錐孔的螺栓。
5.如權利要求4所述被動式大擺角柔性定位固持裝置，其特征在于所述動軸復位裝置包括上導向柱和下導向柱，下導向柱設置在作動筒上方，上導向柱設置在擺頭下方。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種被動式大擺角柔性定位固持裝置，包括作動筒，以及在作動筒內(nèi)轉動和移動的動軸，安裝在動軸頂端的擺頭。作動筒上裝有固定整個被動式大擺角柔性定位固持裝置的底板和動軸鎖緊裝置，擺頭上裝有擺動復位裝置和吸盤。吸盤所用氣管通過動軸、擺頭、短軸、吸盤座中的通孔接通吸盤。吸盤上裝有四個帶定位錐孔的螺栓，作為被動式大擺角柔性定位固持裝置的定位裝置。動軸復位裝置分別安裝在作動筒和擺頭上，當動軸復位時引導動軸回復初始狀態(tài)。本發(fā)明中，動軸能夠Z軸方向自由移動和轉動，且能在輔助設備的幫助下精確定位；吸盤能大擺角擺動，且能自動復位，實現(xiàn)對不同蒙皮的自適應柔性定位固持功能。
文檔編號B25B11/00GK102581794SQ201210075989
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權日2012年3月21日
發(fā)明者廖文和, 沈建新, 王瑋, 王繼虎, 田威, 龔星如 申請人:南京航空航天大學