[发明专利]被动式大摆角柔性定位固持装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种被动式大摆角柔性定位固持装置，为一种飞机蒙皮自动化钻铆的定位固持装置。

背景技术

飞机蒙皮作为构成飞机气动外形的关键零件，其外形复杂，尺寸范围变化大，刚度低，而且生产批量小。传统加工方法是将蒙皮固定在刚性夹具上，再进行钻铆，工作劳动强度大，钻孔精度低，铆接质量差。近年来，为了实现蒙皮的精确高效钻铆，提高制造质量，国外飞机制造厂商逐渐采用了基于柔性工装的数控钻铆工艺。自20世纪90年代初期开始，国外企业开发的柔性工装已被波音、空客、麦道等飞机制造商用于蒙皮、壁板、舱门、机翼等零件的加工制造过程以及飞机的数字化柔性装配，极大地提高了生产效率和加工质量。相比而言，我国在蒙皮数控钻铆及柔性工装的研发应用方面较为落后。

文献“丁韬.TORRESMILL_和TORRESTOOL_系统蒙皮切边钻铣床及柔性夹具装置[J].航空制造技术.2007(2)”中介绍了国外一种名为TORRESTOOL柔性夹具系统，这套系统最典型的结构是卧式三轴，它由若干个排架组成，每个排架在计算机程序指令控制下可沿X轴独立移动，每个排架上有若干个支撑杆，每个支撑杆可在指令控制下沿Y轴和Z轴方向独立移动。在国内方面，清华大学提出一种基于机器人集中驱动的用于大型薄壁件切削加工的智能柔性工装系统，其核心思想是通过专用机器人以外部集中驱动的方式取代内部独立驱动方式。这样，各单元只需实现Z向驱动，无需X、Y向驱动电机和传动装置，X、Y向运动由专用机器人统一驱动实现。TORRESTOOL柔性夹具系统和清华大学智能柔性工装系统都是很有价值的发明，但是它们作为主动式柔性定位固持装置，虽然有效地解决了飞机蒙皮加工柔性装夹的问题。但尚有一些不足：

1.TORRESTOOL柔性夹具系统驱动系统采用伺服电机驱动，所以内部传动系统较为复杂，成本高，属于主动式定位装置。

2.TORRESTOOL柔性夹具系统和清华大学智能柔性工装系统均使用了万向球吸盘。由于结构限制，万向球吸盘的最大摆角为45°，无法吸附某些大曲率蒙皮。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种能够根据蒙皮的构型调节动轴高度和摆头角度，并利用机器人或其他数控装备抓取进行精确定位的被动式大摆角柔性定位固持装置。

本发明通过以下技术方案实现：

一种被动式大摆角柔性定位固持装置，包括作动筒、在作动筒内转动和移动的动轴，以及安装在动轴顶端的摆头，摆头上设置吸盘，吸盘上设置辅助定位固持装置，摆头与吸盘之间设置摆头复位机构；所述作动筒上设置动轴锁紧装置，用于固定动轴位置；还包括动轴复位装置，用于动轴在非工作状态自动恢复初始位置。

所述被动式大摆角柔性定位固持装置，摆头复位机构包括短轴以及弹性部件，所述摆头上设置有两个突起结构，所述吸盘设置有一个突起结构，吸盘的突起机构设置在摆头的两个突起机构之间，突起机构上开设圆孔，短轴垂直设置在圆孔内，通过弹性部件固定短轴位置。

所述被动式大摆角柔性定位固持装置，所述动轴锁紧装置包括螺杆以及端盖，端盖卡设在螺杆两端，螺杆上套设上锁紧螺母，下锁紧螺母；还包括摆动气缸，该摆动气缸用于带动螺杆转动推动锁紧螺母，从而使得端盖运动锁紧或解锁动轴。

所述被动式大摆角柔性定位固持装置，所述辅助定位固持装置为至少3个带定位锥孔的螺栓。

所述被动式大摆角柔性定位固持装置，所述动轴复位装置包括上导向柱和下导向柱，下导向柱设置在作动筒上方，上导向柱设置在摆头下方。

本发明的有益效果为：

本发明在夹持蒙皮时，可以通过机器人抓取，使动轴的Z轴方向移动，具有较高的定位精度。动轴在作动筒中Z轴自由转动和摆头的大摆角摆动，使被动式大摆角柔性定位固持装置具有自动适应蒙皮表面的特性。作动筒内锁紧装置使用压缩空气，通过摆动气缸与螺纹组件，可产生60KG的轴向锁紧力，保证被动式大摆角柔性定位固持装置定位精度。整个系统均使用压缩空气，结构简单。

被动式大摆角柔性定位固持装置是为了解决飞机蒙皮自动钻铆所需柔性夹具。被动式大摆角柔性定位固持装置相较于TORRESTOOL柔性夹具系统的优点和技术改进如下：

第一，被动式大摆角柔性定位固持装置使用机器人抓取，压缩空气来锁紧动轴和吸附蒙皮。机器人在自动钻铆中就需要使用，压缩空气成本也较低，所以总成本较低。

第二，被动式大摆角柔性定位固持装置没有使用伺服电机，没有复杂的传动装置，使被动式大摆角柔性定位固持装置结构较简单，体积也较小。