机器人智能工装系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于飞行器薄壁曲面零件加工的机器人智能工装系统，属于制造工程技术领域，具体涉及飞机蒙皮制造的柔性工艺装备技术。
【背景技术】
[0002]航空、航天制造的一大难题是:飞行器大型蒙皮采用“先成型后加工”工艺时，成型后的半成品为刚度极差的弹性薄壁件且其表面轮廓为自由曲面，传统的针对刚性体的六点定位原理和相应的工艺装备技术已不能适用这类零件的高效高精度加工，由此严重影响产品总装质量和效率。面对这一问题，必须进一步研究新的针对弹性体的曲面定位方法以及所涉及的关键技术。
[0003]在弹性体曲面定位环境下，工件与工装将以曲面相接触，工装的定位、支承和夹紧(固定)功能将融为一体，工件在加工空间中的位置与姿态不能仅靠六个定位点来确定，而需由整个定位/支承曲面来确定。因此，为根据弹性体曲面定位原理实现弹性曲面类零件的加工，必须首先解决如何生成定位/支承曲面这一关键问题。这可通过刚性和柔性两条途径来解决。刚性途径需通过机械加工等手段在工装上加工出与工件表面(曲面)相对应的定位/支承曲面，由此实现工件的定位、支承和加工。由于按此得到的工装定位/支承曲面不具有可变性，因此一种工装只能用于一种零件，从而将大幅度降低制造柔性。与此相反，柔性途径则是通过人工调整、自动控制等手段来动态生成所需的工装定位/支承曲面，因此一种工装用于不同零件的加工，从而大幅度提高了制造柔性。
[0004]实现柔性途径，必须解决工装定位/支承曲面的快速自动生成方法和相关的技术实现问题。
[0005]虽然现有组合工装可以根据蒙皮表面轮廓的设计和工艺要求，通过人工调整得到相对应的工装定位/支承曲面，具有一定柔性，但这类工装需人工操作，不仅调试繁琐、精度差、效率低、劳动强度大，而且对工作人员技术水平要求高。这些缺陷使得组合工装难以满足飞行器薄壁曲面零件高效高精加工的要求。
[0006]另一方面，虽然可以通过全电动逐点驱动方案构成自动化的柔性工装，但由于飞行器薄壁曲面零件加工所需的定位、支承数量众多(数十个至数百个)，由此造成需要进行驱动和控制的环节将高达数百个以上，这就使得按照全电动驱动方案实现柔性工装将使整个工装系统的结构过于复杂，不仅设计、制造、驱动、控制难度大，而且成本太高，难以满足航空航天器制造企业的实际需求。此外，这一方案还存在定位、支承环节体积大、难以保证在有效范围内布置较多的定位、支承点，以提高薄壁曲面工件的支承密度和支承刚度，从而减小工件变形、提高加工精度等问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对现有工艺装备技术的不足，通过技术创新，提供一种能够根据工件的CAD/CAM信息，快速精确实现飞行器大型蒙皮的定位、支承与固定的新型机器人智能工装系统，从而实现新的“先成型后加工”工艺，有效提高飞行器薄壁曲面零件的加工效率和加工质量。
[0008]本发明的特征在于:该系统是一种用于飞行器薄壁曲面零件加工的机器人智能工装系统，含有:基座部件、动梁部件、滑鞍部件、伸缩单元、万向真空吸头、左机器人、右机器人，以及控制计算机，其中:
[0009]基座部件，是由工字型基座及两侧安装的精密导轨和齿条构成，在分别位于左、右机器人上的两台控制计算机的控制下，各机器人上的第I伺服电机通过一个齿轮-齿条式传动机构，驱动各机器人在所述精密导轨上同步运动，所述齿轮与该第I伺服电机同轴，齿条则在基座部件上；
[0010]动梁部件，有多个，其主体为工字型横梁、横梁两端装有对接销钉、两端下部装有锁紧机构，该锁紧机构由丝杠、螺母斜块、锁紧斜块及与横梁固定的锁紧座构成，并以垂直于所述精密导轨的方向滑套在基座部件上，且沿平行于精密导轨的方向移动;在该动梁部件面对机器人的侧面下部有一个动梁锁紧接口，供机器人的锁紧机械手从水平方向插入并带着丝杠转动，随着丝杠的旋转螺母斜块移动进而推动在动梁部件与基座部件交界面处的锁紧斜块，最终将动梁部件锁紧在基座部件上;在该动梁部件面对机器人的侧面上部，装有所述的对接销钉，供该机器人的叉型对接机械手从水平方向插入，使机器人和动梁部件实现精准对接，把机器人的同步运动转变为动梁部件的同步驱动；
[0011 ]滑鞍部件，有多个，分别滑套在各动梁部件上，含有上滑座、下滑座、滑鞍油盒、下油路，并与伸缩单元共用一套液压机构，该液压机构含有:液压电机、液压丝杠、液压螺母、液压活塞、液压油缸，该液压电机与液压丝杠同轴连接，该液压螺母与液压丝杠同轴螺纹连接，液压活塞固定在液压螺母上，液压活塞在液压油缸内滑动，下油路一端与液压油缸相通，另一端与滑鞍油盒相通，所述滑鞍油盒位于滑鞍部件与动梁部件的交界面处，液压电机通过液压丝杠和液压螺母带动液压活塞运动，再通过下油路把有一定压力的液压油传送到滑鞍油盒中，使滑鞍油盒膨胀，从而把滑鞍部件锁紧在动梁部件上；
[0012]伸缩单元，有多个，均分别同轴地固定在滑鞍部件上，含有:导向套筒、伸缩柱、伸缩油盒、上油路、伸缩丝杠-伸缩螺母副、上、下支撑座、伸缩电机、小齿形带轮、齿形带、大齿形带轮、液压机构；导向套筒一内侧装有上、下支撑座，而伸缩丝杠位于上、下支撑座之间，伸缩螺母同轴地与伸缩丝杠螺纹连接，并被固定在伸缩柱上，而伸缩柱可在导向套筒内上下滑动，导向套筒另一内侧下部装有伸缩电机，伸缩电机的轴上同轴地装着小齿形带轮，通过齿形带啮合于同轴地连接在伸缩丝杠一端的大齿形带轮，小齿形带轮、齿形带、大齿形带轮组成了齿形带轮传动机构，而在这一侧的上部装有液压机构，该液压机构与滑鞍部件共用，上油路一端与液压油缸相通，另一端与伸缩油盒相通，伸缩油盒位于所述导向套筒与伸缩柱的交界面处，在所述控制计算机控制下，伸缩电机转过设定的角度，即可使伸缩柱产生相应的位移，当伸缩柱移动到位后，同样在计算机的控制下，液压机构中的液压电机通过液压丝杠和液压螺母使液压活塞运动，对液压油加压，再通过上油路把有一定压力的液压油传送到伸缩油盒中，使伸缩油盒膨胀，从而把伸缩柱锁定在导向套筒内某一个位置上；
[0013]万向真空吸头，通过可拆卸装置由定位销定位而固定在伸缩单元的伸缩柱上；
[0014]左、右机器人，在与导轨接触的下表面，装有四个滑块及与齿条啮合的齿轮，该齿轮与第I伺服电机同轴，在所述第I伺服电机的驱动下，机器人沿基座部件上的导轨作X方向运动，在面对动梁部件的一侧，从上到下分别装有由电机驱动可伸缩的对接机械手和锁紧机械手，分别完成机器人对动梁部件的对接和锁紧，在机器人的前外侧面，装有主机械手，由大臂、小臂、手掌、手指组成，其中大臂由正、反转电机通过齿轮驱动，小臂滑动地套在大臂内，通过第II伺服电机驱动丝杠螺母，使小臂作往复伸缩运动，手掌又滑套在小臂内，由第III伺服电机通过丝杠螺母驱动，手指位于手掌上，由第IV伺服电机通过齿轮驱动使手指作垂直于手掌移动方向的伸缩，从而实现抓取动作，在所述控制计算机控制下，大臂先旋转至IJY方向，再伸出小臂，使小臂中的手掌移动到希望调整位置的滑鞍部件和伸缩单元附近，使小臂内的手掌和手指对准伸缩单元，再通过手指抓住滑鞍部件上的伸缩单元，把伸缩单元连同滑鞍部件一起移动到Y方向指定的位置上。
[0015]本发明具有以下显著优点和效果: