[发明专利]单侧柔性吸附式自动钻孔机器人

说明书

技术领域

本发明一般涉及自动制孔技术和机器人技术，更具体地说，本发明涉及振动制孔技术、带有单侧柔性轨道的制孔机器人和钻模自动定位和调姿系统。

背景技术

现代飞机的安全使用寿命要求日益提高，干线飞机寿命分别要求达到50000飞行小时以上，世界上许多先进的飞机的疲劳寿命已经达到80000飞行小时，而现在飞机结构采用的主要连接方法是机械连接，一架大型飞机上大约有150～200万个连接孔，飞机所承载荷通过连接部位传递，形成连接处应力集中。据统计，而飞机机体疲劳失效事故的70％是源于结构连接部位，其中80％的疲劳裂纹产生于连接孔处，因此连接质量极大地影响着飞机的寿命，而手工铆接难以保证寿命要求，在飞机的装配过程中会导致机构连接的不稳定，为满足现代飞机高寿命的要求需要使用先进的自动化制孔设备来提高连接孔的质量。

在现代飞机的设计中，为了增加飞机结构的强度，提高疲劳寿命，同时减轻飞机的重量，采用了大量的钛合金结构、高温合金和复合材料结构。由于这些材料的使用工作时的钻孔噪音和后座力大幅度增加，使得工人难以忍受，因此要想使现代的大型飞机达到高的安全指标，就必须大量采用先进的自动化钻孔技术。国外先进的飞机制造商广泛采用自动化制孔和装配技术，大大提高了机体结构的疲劳寿命。而在我国大飞机制造中存在着诸多问题：自动化程度低，连接孔加工速度慢，可靠性差；精度低；智能化程度低，飞机装配制孔多依赖于手动工具制孔，总体精度水平为H9，国际已达到H8，严重制约了抗疲劳性和安全使用寿命。我国飞机的质量稳定性较差且效率低，与国外存在较大差距，原因在于我国装配制孔的工艺与装备技术水平较低。

机器人技术已经在航空制造领域逐步开始应用，目前在自动制孔方面已有成熟产品出现。如F-16、F-22、F-2和T-50等飞机的垂尾壁板，C-130飞机的梁腹板，波音F/A-18E/F超级大黄蜂后沿襟翼F-35飞机机翼上壁板，波音B-747、C-17等飞机的机舱地板，A380机翼壁板等均采用了机器人自动制孔技术。被加工材料涉及钛合金、铝合金、碳纤维复合材料等。工业机器人在航空制造领域的应用将会是今后的一个发展趋势。

本发明结合国情和国际的机器人发展趋势，基于微力精密超声加工技术和机器人制孔技术，建立超声振动机器人制孔柔性系统，为装配制孔“H8工程”提供精确加工平台。

发明内容

本发明提供了一种单侧柔性吸附式自动钻孔机器人，适用于飞机机翼、机身部位的钻孔、铰孔、锪窝等操作，可实现对钛合金(Ti)、复合材料(CPRF)等难加工材料的加工。其利用真空发生器提供的气源通过真空吸盘使机器人固定在预期的加工区域，柔性轨道可根据不同的曲率适应不同的加工曲面。根据钻模板实现钻孔的定位和钻头垂直度的调节。机器人主轴采用气动主轴，结合超声振动加工技术提高了加工的质量和效率，降低了加工难度。在制孔过程中可以实时的进行进给方向的电流检测，实现对加工过程的保护和精确控制。

一种单侧柔性吸附式自动钻孔机器人，其特征在于：该机器人包括：柔性轨道组件、XY-移动载体组件、X-运动驱动组件、执行器进给模块、主轴组件、定位组件和气源组件。

优选地，所述柔性轨道组件包括：柔性轨道、转换立柱、真空吸盘、导气换向管、90度连接气管、过滤干燥器；

工作时，在起源供气情况下，柔性轨道可很据被加工曲面的曲率自适应于工件表面，其牢固的吸附在工件上，为机器人在X方向上运动和末端执行器提供一个坚实的平台。

优选地，所述XY-移动载体组件包括：滚轮底座、滚轮、滚轮偏心轴、Y轨道挡块、直线滑轨、滑块；

XY-移动载体组件固定有X-运动驱动组件，为末端执行器在Y方向上运动提供一个运动平台，并且XY-移动载体组件可以沿柔性轨道滑动，实现不同位置的制孔作业。

优选地，所述X-运动驱动组件包括：驱动电机、减速器、齿轮轴承座扣盖、从动轴承座、滚动轴承、传动轴、齿轮、传动轴压盖；

X-运动驱动组件由电机提供动力，经减速器和传动轴将动力传递给齿轮，X-运动驱动组件和柔性轨道之间通过齿轮齿条传动方式实现X方向的精确移动。

优选地，所述执行器进给模块包括：顶座、带轮、传动轴承、导轮心轴、丝杠固定顶座、滚珠丝杠、丝杠螺母、转接板、底座、丝杠固定底座、进给电机、同步带；

进给电机固定在顶座上提供动力，同步带绕过带轮和传动轴承，实现传动作用，并且保证第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的同步转动；两个滚珠丝杠平行配合，将旋转运动转换为直线运动；通过丝杠螺母上固定的转接板带动主轴制孔。