CN105772811B - 一种自主移动式螺旋铣制孔系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自主移动式螺旋铣制孔系统，包括由爬行机构和双摆平台构成的自主移动机构；其中，爬行机构包括上支撑板、下支撑板、轴承、旋转轴、矩形旋转板、第一滑轨、第一滑块、第一驱动装置以及三根外围电动伸缩杆；双摆平台包括第一摆动壳体、第二摆动壳体、第一齿轮轴、第三驱动装置、第二齿轮轴以及第四驱动装置。该自主移动式螺旋铣制孔系统采用在爬行机构的上支撑板与下支撑板之间设置旋转轴和第一丝杆副，实现了爬行机构的任意转向和平移运动，还可通过双摆平台来确保孔加工的位置精度。

Description

一种自主移动式螺旋铣制孔系统
技术领域
本发明涉及一种数字化装配自动制孔系统，具体涉及一种自主移动式螺旋铣制孔系统。
背景技术
为了满足现代飞机高寿命、高强度、密封、抗疲劳的要求，轻型自动制孔系统因其在效率、柔性和成本之间具有折中优势，正逐步推广到机身的装配制孔。目前，比较典型的轻型自动制孔系统主要有基于工业机器人自动制孔系统、柔性轨道自动制孔系统、自主移动式自动制孔系统三种。
工业机器人自动制孔系统是采用通用工业机器人装接相应的末端制孔执行器，尽管工业机器人具有灵活性好、精度及效率高、加工范围较广，但也存在关节刚度较低、绝对定位精度较低的不足。柔性轨道系统是采用吸附在产品表面上的柔性轨道，承载具有末端制孔执行器的移动小车，可实现较大范围的制孔，但其辅助工装仍然较为复杂。自主移动式自动制孔系统是基于爬行机器人平台，具有与柔性轨道系统类似的功能，但柔性更好。对此，中国申请(专利)号201510081803.9、201410137727.4分别公开一种用于自主移动式制孔系统的爬行机构，都实现了较大范围的自主移动，但仅能双向爬行，不具备任意转向的能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的自转移动式制孔系统转向能力差、针对不同工件表面法矢适应能力不强，不同孔径需要频繁换刀导致加工效率低等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自主移动式螺旋铣制孔系统，包括由爬行机构和双摆平台构成的自主移动机构；
爬行机构包括上支撑板、下支撑板、轴承、旋转轴、矩形旋转板、第一滑轨、第一滑块、第一驱动装置以及三根外围电动伸缩杆；轴承安装在上支撑板上，旋转轴竖直穿设固定在轴承上；第一驱动装置通过固定支架安装在上支撑板上，旋转轴的上端与第一驱动装置的输出轴相连，下端垂直安装在矩形旋转板上；在矩形旋转板的下方设有第一滑轨，在下支撑板的上方设有卡扣在第一滑轨上的第一滑块；在矩形旋转板的下方设有第二驱动装置，在第二驱动装置的输出轴上对接安装有第一丝杆；第一丝杆与下支撑板上的螺母相旋合，用于驱动第一滑块沿第一滑轨来回滑动；三根外围电动伸缩杆竖直安装在上支撑板的下方，且位于下板面的同一圆周上；在三根外围电动伸缩杆的下端均设有一个外围真空吸盘；在下支撑板的下方竖直安装有四根内部电动伸缩杆，在四根内部电动伸缩杆的下端均设有一个内部真空吸盘；
双摆平台包括第一摆动壳体、第二摆动壳体、第一齿轮轴、第三驱动装置、第二齿轮轴以及第四驱动装置；在下支撑板的下方还设有第一齿轮轴支架；在第一摆动壳体上设有第一弧形槽和第一弧形齿条；第一齿轮轴穿过第一弧形槽后两端转动式安装在第一齿轮轴支架上，使第一摆动壳体挂设在第一齿轮轴上；第一齿轮轴上的齿轮与第一弧形齿条相啮合，第三驱动装置的输出轴与第一齿轮轴相对接，用于驱动第一摆动壳体沿第一弧形槽摆动；在第一摆动壳体的下方设有第二齿轮轴支架；在第二摆动壳体上设有第二弧形槽和第二弧形齿条；第二齿轮轴穿过第二弧形槽后两端转动式安装在第二齿轮轴支架，使第二摆动壳体挂设在第二齿轮轴上；第二齿轮轴上的齿轮与第二弧形齿条相啮合，第四驱动装置的输出轴与第二齿轮轴相对接，用于驱动第二摆动壳体沿第二弧形槽摆动。
采用在爬行机构的上支撑板与下支撑板之间设置旋转轴和第一丝杆副，实现了爬行机构的任意转向和平移运动；采用双摆平台能够提高孔加工的位置精度。
作为本发明的进一步向限定方案，还包括一个由手持控制器和运动控制器构成的控制单元；运动控制器安装在矩形旋转板上，并与手持控制器无线通信连接；运动控制器与第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置以及第四驱动装置相连。采用控制单元能够实现各个驱动装置的协调工作。
作为本发明的进一步向限定方案，还包括一个安装在第二摆动壳体下方的螺旋铣制孔执行器；螺旋铣制孔执行器包括刀具的自转机构、调偏机构、公转机构以及进给机构；自转机构安装在公转机构的内部，用以带动刀具产生自转运动；调偏机构设置于自转机构与公转机构之间，用以实现刀具的偏心调节；公转机构用以带动自转机构和调偏机构产生公转；进给机构带动自转机构、调偏机构以及公转机构进行轴向进给；自转机构、调偏机构、公转机构以及进给机构均设有一个驱动装置。采用螺旋铣制孔执行器的设计，可以在线连续加工不同孔径。
作为本发明的进一步向限定方案，还包括一个压紧排屑机构；压紧排屑机构包括圆筒形压脚和排屑管道；圆筒形压脚安装在第二摆动壳体上，且刀具位于圆筒形压脚内；排屑管道安装在圆筒形压脚侧面，并与圆筒形压脚相连通。采用压紧排屑结构的设计，可提高本发明使用时加工稳定性。
作为本发明的进一步向限定方案，还包括一个与排屑管道相连的吸屑装置。采用吸屑装置能够主动吸除钢屑。
作为本发明的进一步向限定方案，还包括一个安装在圆筒形压脚内的寻法机构；寻法机构包括智能相机CCD、伸缩气缸以及三个压力传感器；智能相机CCD安装在伸缩气缸的活塞杆顶端，伸缩气缸的底座固定安装在圆筒形压脚的内壁上；三个压力传感器安装在圆筒形压脚外端面的同一圆周三等分点处。采用寻法机构的设计，能够进一步提高孔加工的位置精度。
作为本发明的进一步向限定方案，在轴承的端部装有轴承封盖。采用轴承封盖能够对轴承进行有效防护。
本发明的有益效果在于：(1)采用在爬行机构的上支撑板与下支撑板之间设置旋转轴和第一丝杆副，实现了爬行机构的任意转向和平移运动；(2)采用双摆平台能够提高孔加工的位置精度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的控制单元分布示意图；
图3为本发明的爬行机构分布示意图；
图4为本发明的爬行机构局部剖视图；
图5为本发明的双摆平台、螺旋铣制孔执行器、压紧排屑机构、寻法机构分布示意图；
图6为本发明的寻法机构分别示意图；
图7为本发明的螺旋铣制孔执行器、压紧排屑机构、寻法机构剖视图。
具体实施方式
如图1和2所示，本发明提供的自主移动式螺旋铣制孔系统包括由爬行机构1100和双摆平台1200构成的自主移动机构1000。
如图3和4所示，爬行机构1100包括上支撑板1101、下支撑板1102、轴承1103、旋转轴1104、矩形旋转板1105、第一滑轨1107、第一滑块1106、第一驱动装置1115以及三根外围电动伸缩杆1108；轴承1103安装在上支撑板1101上，旋转轴1104竖直穿设固定在轴承1103上；第一驱动装置1115通过固定支架1114安装在上支撑板1101上，旋转轴1104的上端与第一驱动装置1115的输出轴相连，下端垂直安装在矩形旋转板1105上；在矩形旋转板1105的下方设有第一滑轨1107，在下支撑板1102的上方设有卡扣在第一滑轨1107上的第一滑块1106；在矩形旋转板1105的下方设有第二驱动装置1113，在第二驱动装置1113的输出轴上对接安装有第一丝杆1112；第一丝杆1112与下支撑板1102上的螺母相旋合，用于驱动第一滑块1106沿第一滑轨1107来回滑动；三根外围电动伸缩杆1108竖直安装在上支撑板1101的下方，且位于下板面的同一圆周上；在三根外围电动伸缩杆1108的下端均设有一个外围真空吸盘1109；在下支撑板1102的下方竖直安装有四根内部电动伸缩杆1110，在四根内部电动伸缩杆1110的下端均设有一个内部真空吸盘1111；在轴承1103的端部装有轴承封盖1116。
如图5所示，双摆平台1200包括第一摆动壳体1201、第二摆动壳体1202、第一齿轮轴1204、第三驱动装置1206、第二齿轮轴1208以及第四驱动装置1210；在下支撑板1102的下方还设有第一齿轮轴支架1205；在第一摆动壳体1201上设有第一弧形槽和第一弧形齿条1203；第一齿轮轴1204穿过第一弧形槽后两端转动式安装在第一齿轮轴支架1205上，使第一摆动壳体1201挂设在第一齿轮轴1204上；第一齿轮轴1204上的齿轮与第一弧形齿条1203相啮合，第三驱动装置1206的输出轴与第一齿轮轴1204相对接，用于驱动第一摆动壳体1201沿第一弧形槽摆动；在第一摆动壳体1201的下方设有第二齿轮轴支架1209；在第二摆动壳体1202上设有第二弧形槽和第二弧形齿条1207；第二齿轮轴1208穿过第二弧形槽后两端转动式安装在第二齿轮轴支架1209，使第二摆动壳体1202挂设在第二齿轮轴1208上；第二齿轮轴1208上的齿轮与第二弧形齿条1207相啮合，第四驱动装置1210的输出轴与第二齿轮轴1208相对接，用于驱动第二摆动壳体1202沿第二弧形槽摆动。
如图1和2所示，还包括一个由手持控制器5001和运动控制器5002构成的控制单元5000；运动控制器5002安装在矩形旋转板1105上，并与手持控制器5001无线通信连接；运动控制器5002与第一驱动装置1115、第二驱动装置1113、第三驱动装置1206以及第四驱动装置1210相连。
如图5和7所示，还包括一个安装在第二摆动壳体1202下方的螺旋铣制孔执行器2000；螺旋铣制孔执行器2000包括刀具2001的自转机构、调偏机构、公转机构以及进给机构；自转机构安装在公转机构的内部，用以带动刀具2001产生自转运动；调偏机构设置于自转机构与公转机构之间，用以实现刀具2001的偏心调节；公转机构用以带动自转机构和调偏机构产生公转；进给机构带动自转机构、调偏机构以及公转机构进行轴向进给；自转机构、调偏机构、公转机构以及进给机构均设有一个驱动装置。
如图6和7所示，还包括一个压紧排屑机构3000；压紧排屑机构3000包括圆筒形压脚3001和排屑管道3002；圆筒形压脚3001安装在第二摆动壳体1202上，且刀具2001位于圆筒形压脚3001内；排屑管道3002安装在圆筒形压脚3001侧面，并与圆筒形压脚3001相连通；还包括一个与排屑管道3002相连的吸屑装置；还包括一个安装在圆筒形压脚3001内的寻法机构4000；寻法机构4000包括智能相机CCD4001、伸缩气缸4003以及三个压力传感器4002；智能相机CCD4001安装在伸缩气缸4003的活塞杆顶端，伸缩气缸4003的底座固定安装在圆筒形压脚3001的内壁上；三个压力传感器4002安装在圆筒形压脚3001外端面的同一圆周三等分点处。
本发明的具体工作流程如下：
(1)自主爬行时，利用手持控制器5001和运动控制器5002控制第一驱动装置1115和第二驱动装置1113，当四根内部电动伸缩杆1110通过内部真空吸盘1111吸住工件时，可带动上支撑板1101和三根外围电动伸缩杆1108进行转向和平移；当三根外围电动伸缩杆1108通过内部真空吸盘1111吸住工件时，可带动下支撑板1102和四根内部电动伸缩杆1110进行转向和平移，带动螺旋铣制孔执行器2000、压紧排屑机构3000以及寻法机构4000进行大范围内进行寻找待制孔点；
(2)寻找待制孔点法矢时，当自主移动机构1000带动螺旋铣制孔执行器2000、压紧排屑机构3000以及寻法机构4000进行大范围内接近待制孔点时，利用智能相机CCD 4001，实现刀具2001对中，然后由压紧排屑机构3000压紧工件，并根据三个压力传感器4002测力的插值，来控制双摆平台1200，使刀具2001到达待制孔点的法矢方向；
(3)螺旋铣制孔时，利用手持控制器5001和运动控制器5002控制螺旋铣制孔执行器2000，螺旋铣制孔执行器2000采用现有技术中的螺旋铣制孔器即可；根据刀具直径和待制直径，控制调偏机构的驱动装置，进行刀具2001公转半径调节；然后通过对自转机构、公转机构、进给机构的驱动装置协调控制，实现螺旋制孔。
以上所述仅为本发明涉及的自主移动式螺旋铣制孔系统的一个较佳实施案例，但本发明的实施范围并不局限于此例。

Claims (5)

1.一种自主移动式螺旋铣制孔系统，其特征在于：包括由爬行机构(1100)和双摆平台(1200)构成的自主移动机构(1000)；
爬行机构(1100)包括上支撑板(1101)、下支撑板(1102)、轴承(1103)、旋转轴(1104)、矩形旋转板(1105)、第一滑轨(1107)、第一滑块(1106)、第一驱动装置(1115)以及三根外围电动伸缩杆(1108)；轴承(1103)安装在上支撑板(1101)上，旋转轴(1104)竖直穿设固定在轴承(1103)上；第一驱动装置(1115)通过固定支架(1114)安装在上支撑板(1101)上，旋转轴(1104)的上端与第一驱动装置(1115)的输出轴相连，下端垂直安装在矩形旋转板(1105)上；在矩形旋转板(1105)的下方设有第一滑轨(1107)，在下支撑板(1102)的上方设有卡扣在第一滑轨(1107)上的第一滑块(1106)；在矩形旋转板(1105)的下方设有第二驱动装置(1113)，在第二驱动装置(1113)的输出轴上对接安装有第一丝杆(1112)；第一丝杆(1112)与下支撑板(1102)上的螺母相旋合，用于驱动第一滑块(1106)沿第一滑轨(1107)来回滑动；三根外围电动伸缩杆(1108)竖直安装在上支撑板(1101)的下方，且位于下板面的同一圆周上；在三根外围电动伸缩杆(1108)的下端均设有一个外围真空吸盘(1109)；在下支撑板(1102)的下方竖直安装有四根内部电动伸缩杆(1110)，在四根内部电动伸缩杆(1110)的下端均设有一个内部真空吸盘(1111)；
双摆平台(1200)包括第一摆动壳体(1201)、第二摆动壳体(1202)、第一齿轮轴(1204)、第三驱动装置(1206)、第二齿轮轴(1208)以及第四驱动装置(1210)；在下支撑板(1102)的下方还设有第一齿轮轴支架(1205)；在第一摆动壳体(1201)上设有第一弧形槽和第一弧形齿条(1203)；第一齿轮轴(1204)穿过第一弧形槽后两端转动式安装在第一齿轮轴支架(1205)上，使第一摆动壳体(1201)挂设在第一齿轮轴(1204)上；第一齿轮轴(1204)上的齿轮与第一弧形齿条(1203)相啮合，第三驱动装置(1206)的输出轴与第一齿轮轴(1204)相对接，用于驱动第一摆动壳体(1201)沿第一弧形槽摆动；在第一摆动壳体(1201)的下方设有第二齿轮轴支架(1209)；在第二摆动壳体(1202)上设有第二弧形槽和第二弧形齿条(1207)；第二齿轮轴(1208)穿过第二弧形槽后两端转动式安装在第二齿轮轴支架(1209)，使第二摆动壳体(1202)挂设在第二齿轮轴(1208)上；第二齿轮轴(1208)上的齿轮与第二弧形齿条(1207)相啮合，第四驱动装置(1210)的输出轴与第二齿轮轴(1208)相对接，用于驱动第二摆动壳体(1202)沿第二弧形槽摆动；
还包括一个安装在第二摆动壳体(1202)下方的螺旋铣制孔执行器(2000)；螺旋铣制孔执行器(2000)包括刀具(2001)的自转机构、调偏机构、公转机构以及进给机构；自转机构安装在公转机构的内部，用以带动刀具(2001)产生自转运动；调偏机构设置于自转机构与公转机构之间，用以实现刀具(2001)的偏心调节；公转机构用以带动自转机构和调偏机构产生公转；进给机构带动自转机构、调偏机构以及公转机构进行轴向进给；自转机构、调偏机构、公转机构以及进给机构均设有一个驱动装置；
在轴承(1103)的端部装有轴承封盖(1116)。
2.根据权利要求1所述的自主移动式螺旋铣制孔系统，其特征在于：还包括一个由手持控制器(5001)和运动控制器(5002)构成的控制单元(5000)；运动控制器(5002)安装在矩形旋转板(1105)上，并与手持控制器(5001)无线通信连接；运动控制器(5002)与第一驱动装置(1115)、第二驱动装置(1113)、第三驱动装置(1206)以及第四驱动装置(1210)相连。
3.根据权利要求2所述的自主移动式螺旋铣制孔系统，其特征在于：还包括一个压紧排屑机构(3000)；压紧排屑机构(3000)包括圆筒形压脚(3001)和排屑管道(3002)；圆筒形压脚(3001)安装在第二摆动壳体(1202)上，且刀具(2001)位于圆筒形压脚(3001)内；排屑管道(3002)安装在圆筒形压脚(3001)侧面，并与圆筒形压脚(3001)相连通。
4.根据权利要求3所述的自主移动式螺旋铣制孔系统，其特征在于：还包括一个与排屑管道(3002)相连的吸屑装置。
5.根据权利要求3所述的自主移动式螺旋铣制孔系统，其特征在于：还包括一个安装在圆筒形压脚(3001)内的寻法机构(4000)；寻法机构(4000)包括智能相机CCD(4001)、伸缩气缸(4003)以及三个压力传感器(4002)；智能相机CCD(4001)安装在伸缩气缸(4003)的活塞杆顶端，伸缩气缸(4003)的底座固定安装在圆筒形压脚(3001)的内壁上；三个压力传感器(4002)安装在圆筒形压脚(3001)外端面的同一圆周三等分点处。
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