[發(fā)明專利]機(jī)器人制孔末端執(zhí)行器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310656352.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN103639471A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁杰;張興華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B41/00
• 分類號(hào): B23B41/00;B23B19/02;B23B41/06;B23B47/20;B23B47/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)化制孔領(lǐng)域，涉及一種適用于工業(yè)機(jī)器人的制孔末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)

目前，飛機(jī)裝配已經(jīng)成為我國(guó)飛機(jī)研制生產(chǎn)的瓶頸環(huán)節(jié)，智能制造裝備的發(fā)展也將成為世界各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。機(jī)械連接是一種重要的飛機(jī)裝配手段，如承擔(dān)787飛機(jī)部分生產(chǎn)任務(wù)的波音澳大利亞墨爾本分部，每月需加工28萬個(gè)裝配用孔，可見制孔質(zhì)量和效率對(duì)提升飛機(jī)部件裝配質(zhì)量和裝配效率，縮短整機(jī)裝配周期有著重要意義。

機(jī)器人制孔系統(tǒng)具備可編程性和運(yùn)動(dòng)靈活性，能迅速適應(yīng)產(chǎn)品的變化，且不會(huì)過分增加企業(yè)的投入，符合精益系統(tǒng)和精益制造的理念。國(guó)外已將這種智能制造裝備應(yīng)用于各類民用及軍用飛機(jī)的裝配用孔加工過程中。機(jī)器人制孔系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地平衡了制孔質(zhì)量、成本和效率，對(duì)提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義，但是航空工業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)要求也使它必須在性能上不斷提高。另一方面，隨著復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件上的大規(guī)模使用，飛機(jī)部件的裝配將面臨對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/鋁合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/鈦合金等疊層材料的孔加工。傳統(tǒng)鉆削方式加工疊層材料時(shí)，易引發(fā)孔徑超差，孔壁粗糙度差，刀具磨損劇烈，層間毛刺、出口毛刺及復(fù)合材料分層、撕裂、纖維脫出、基體材料熱損傷等缺陷。

自身性能的再提高和加工對(duì)象的改變決定了機(jī)器人制孔系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)是提高其精益制孔能力，而制孔末端執(zhí)行器是機(jī)器人制孔系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，其性能將直接影響到制孔質(zhì)量、效率和成本。高精度、高性能、高速化的飛機(jī)裝配發(fā)展趨勢(shì)要求制孔末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重新的切削技術(shù)、新刀具、新的傳動(dòng)方式、先進(jìn)測(cè)控技術(shù)等，同時(shí)在模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，嘗試進(jìn)行物質(zhì)流-能量流-信息流的耦合設(shè)計(jì)，即從集成科學(xué)的高度促進(jìn)功能更為強(qiáng)大、性能更加優(yōu)越的制孔末端執(zhí)行器的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)疊層材料精益制孔需求，提供一種工業(yè)機(jī)器人用制孔末端執(zhí)行器，該制孔末端執(zhí)行器能為機(jī)器人提供三種安裝方式，并能實(shí)現(xiàn)刀具與工件表面的垂直度檢測(cè)、壓緊、行星鉆削和軸向切削力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

機(jī)器人制孔末端執(zhí)行器包括切削單元、連接單元、進(jìn)給單元、壓緊單元和測(cè)量單元。

所述切削單元包括電主軸、接長(zhǎng)刀柄、刀具、皮帶、公轉(zhuǎn)皮帶輪、公轉(zhuǎn)伺服電機(jī)支架、公轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、軌道調(diào)節(jié)主動(dòng)齒輪、軌道調(diào)節(jié)伺服電機(jī)支架、軌道調(diào)節(jié)伺服電機(jī)、軌道調(diào)節(jié)從動(dòng)齒輪、套筒座、外偏心套筒、滾動(dòng)軸承和內(nèi)偏心套筒。

刀具通過接長(zhǎng)刀柄裝夾在電主軸上，電主軸驅(qū)動(dòng)刀具完成切削運(yùn)動(dòng)中的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電主軸固定在內(nèi)偏心套筒內(nèi)，由安裝在外偏心套筒內(nèi)的第一滾動(dòng)軸承和第二滾動(dòng)軸承來支承內(nèi)偏心套筒，并由安裝在套筒座內(nèi)的第三滾動(dòng)軸承和第四滾動(dòng)軸承來支承外偏心套筒；軌道調(diào)節(jié)伺服電機(jī)通過軌道調(diào)節(jié)伺服電機(jī)支架固定在外偏心套筒上，固定在軌道調(diào)節(jié)伺服電機(jī)輸出軸上的軌道調(diào)節(jié)主動(dòng)齒輪將動(dòng)力傳遞給固定在內(nèi)偏心套筒上的軌道調(diào)節(jié)從動(dòng)齒輪，內(nèi)偏心套筒的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀具公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)；公轉(zhuǎn)伺服電機(jī)通過公轉(zhuǎn)伺服電機(jī)支架固定在套筒座上，固定在公轉(zhuǎn)伺服電機(jī)輸出軸上的公轉(zhuǎn)皮帶輪將動(dòng)力經(jīng)皮帶傳遞給外偏心套筒，外偏心套筒的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)刀具完成切削運(yùn)動(dòng)中的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述連接單元包括懸掛連接板、側(cè)面連接板、同軸連接板和工具快換裝置。

懸掛連接板和同軸連接板以L型連接，側(cè)面連接板的兩條直角邊分別貼合連接懸掛連接板和同軸連接板；懸掛連接板、側(cè)面連接板和同軸連接板分別相連第一工具快換裝置、第二工具快換裝置和第三工具快換裝置，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人和制孔末端執(zhí)行器的三種安裝方式及不同安裝方式間的快速切換；導(dǎo)軌支座安裝在懸掛連接板上。

所述進(jìn)給單元包括后支板、滑動(dòng)支座、直線導(dǎo)軌及滑塊、前支板、導(dǎo)軌支座、絲杠支座、絲杠螺母副、螺母支架、進(jìn)給電機(jī)支架、進(jìn)給電機(jī)、同步帶和帶輪。

直線導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌支座上，每根直線導(dǎo)軌上安裝有四個(gè)滑塊；進(jìn)給電機(jī)通過進(jìn)給電機(jī)支架固定在后支板上，進(jìn)給電機(jī)的輸出軸與主動(dòng)同步帶輪連接，絲杠的一端穿過第一絲杠支座后與從動(dòng)同步帶輪連接，主動(dòng)同步帶輪與從動(dòng)同步帶輪間套接有同步帶，絲杠上套接有螺母，螺母固定在螺母支架上，螺母支架與滑動(dòng)支座相連，絲杠的另一端安裝在第二絲杠支座上；滑動(dòng)支座固定在第一滑塊、第二滑塊、第三滑塊和第四滑塊上，并與套筒座相連，進(jìn)給電機(jī)通過同步帶和帶輪驅(qū)動(dòng)絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)切削單元沿直線導(dǎo)軌的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；第一絲杠支座安裝在后支板上，后支板固定在第五滑塊和第六滑塊上，第二絲杠支座安裝在前支板上，前支板固定在第七滑塊和第八滑塊上。

所述壓緊單元包括氣缸、壓管、氣缸支桿、壓板支座、彈性膠套、壓頭和壓板。