一种用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构的制作方法

[0001]
本发明属于机械设计与制造技术领域，尤其涉及一种用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构。


背景技术：

[0002]
复合材料具有质量轻、较高的比强度和比模量是制造飞机，火箭等航空航天飞行器的理想材料。太阳能无人机广泛采用复合材料制造机身以及机翼，由于太阳能无人机需要在机翼上安装大量的太阳能电池来提供所需的动力。在保证性能的前提下，通过减少结构重量可以减少飞机的能耗，从而延长太阳能飞机续航时间，进而导致制造机翼的复合材料需要尽可能的减重，这就导致了复合材料的制作的翼肋等部件刚度减小，从而增加了装配过程的难度，导致装配工期很长，严重影响无人机的产能。
[0003]
目前这种机翼的翼展一般从20-50米，采用分段装配的方式，每段长度可达15米，每段机翼上的翼肋可达30多片，每片翼肋需要保证外形的前提下，与主梁副梁进行粘胶处理，这种复杂的工艺在保证装配精度的前提下，装配时间很长，严重制约着太阳能无人机的产能。
[0004]
除此之外，常规布局无人机，航空飞机等同类弱刚度复杂零件装配过程中都存在类似的问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构，提高大型机翼的装配精度与效率。
[0006]
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构，包括：施压电机、第一导轨、绳索、主梁、压板、上型面板、翼肋、副梁、主梁涂胶机器人、第二导轨、副梁涂胶机器人、第三导轨、主梁支撑、环形涂胶器、第四导轨、副梁支撑、下型面板、锁紧螺杆、第五导轨、龙门架、横梁、连接板、力传感器；其中，第二导轨、第三导轨、第四导轨、第五导轨均与地面固接；主梁涂胶机器人安装于第二导轨上，能够沿第二导轨进行滑动；副梁涂胶机器人安装在第五导轨上，能够沿第五导轨进行滑动；下型面板的底边的一端安装在第三导轨的一个滑轨上，下型面板的底边的另一端安装在第四导轨的一个滑轨上，下型面板能够沿第三导轨与第四导轨进行滑动；锁紧螺杆位于下型面板的两端，可通过转动锁紧螺杆使锁紧螺杆下降，与地面接触，为下型面板提供定位；上型面板与下型面板通过压板进行固定，为翼肋提供装夹的型面支撑；主梁支撑安装于第三导轨的另外一个滑轨上，能够沿第三导轨进行滑动；副梁支撑安装于第四导轨的另外一个滑轨的滑块上，能够沿第四导轨进行滑动；主梁支撑和副梁支撑分别为机翼上的主梁和副梁提供支撑；施压电机与横梁固接，绳索由施压电机末端释放，绳索通过力传感器与连接板固接，施压电机旋转能够调节绳索释放的长度，进而调节上型面板与翼肋的接触力；连接板与上型面板连接；两座龙门架与地面固接，为横梁提供支撑；两组第一导轨与两座龙门架固接，横梁安装在第一导
轨的滑块上。
[0007]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，第一导轨包括两个第一滑轨，两个第一滑轨并行排列，每个第一滑轨设置有若干个滑块。
[0008]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，第三导轨包括两个第三滑轨，两个第三滑轨并行排列，每个第三滑轨设置有若干个滑块。
[0009]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，第四导轨包括两个第四滑轨，两个第四滑轨并行排列，每个第四滑轨设置有若干个滑块。
[0010]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，第五导轨包括两个第五滑轨，两个第五滑轨并行排列，每个第五滑轨设置有若干个滑块。
[0011]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，所述连接板开设有绳索开孔，绳索的一端通过力传感器与连接板的绳索开孔固接。
[0012]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，连接板与上型面板通过螺栓进行连接。
[0013]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，两个第三滑轨的间隔与两个第一滑轨的间隔相等。
[0014]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，两个第三滑轨的间隔与两个第四滑轨的间隔相等。
[0015]
上述用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构中，两个第五滑轨的间隔与两个第四滑轨的间隔相等。
[0016]
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
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(1)本发明所设计的弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构，适用于不同长度以及不同型面的机翼，通用性强。
[0018]
(2)本发明所设计的弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构，采用上下型面板与压板配合使用，为翼肋提供精准定位。
[0019]
(3)本发明所设计的弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构，使用力传感器作为压紧力的反馈，施压电机根据反馈进行调节，为翼肋提供合适的压紧力。
[0020]
(4)本发明所设计的弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构，使用机械臂与环形涂胶器进行自动化涂胶操作，实现涂胶自动化。
[0021]
(5)本发明所设计的弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构，翼肋压紧装置采用柔性绳索进行缓冲，增加了系统的柔性，提高了压紧操作的鲁棒性。
[0022]
(6)本发明所设计的弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构，多个部件都可以导轨进行移动，大大提高装备的适用性。
附图说明
[0023]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0024]
图1为本发明实施例刚柔耦合装夹机构正视图；
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图2为本发明实施例刚柔耦合装夹机构侧视图；
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图3为本发明实施例刚柔耦合装夹机构立体图；
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图4为本发明实施例刚柔耦合装夹机构完整组合图。
具体实施方式
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下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0029]
图1为本发明实施例刚柔耦合装夹机构正视图；图2为本发明实施例刚柔耦合装夹机构侧视图；图3为本发明实施例刚柔耦合装夹机构立体图；图4为本发明实施例刚柔耦合装夹机构完整组合图。如图1-图4所示，该用于弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构包括：施压电机1、第一导轨2、绳索3、主梁4、压板5、上型面板6、翼肋7、副梁8、主梁涂胶机器人9、第二导轨10、副梁涂胶机器人11、第三导轨12、主梁支撑13、环形涂胶器14、第四导轨15、副梁支撑16、下型面板17、锁紧螺杆18、第五导轨19、龙门架20、横梁21、连接板22、力传感器23；其中，
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第二导轨10、第三导轨12、第四导轨15、第五导轨19各需两组，间隔适当宽度平行布置，皆与地面固接，导轨上的滑块数量按需求进行配置。主梁涂胶机器人9安装于第二导轨10的两组滑块上，可沿第二导轨10进行滑动。副梁涂胶机器人11安装在第五导轨19的两组滑块上，可沿第五导轨19进行滑动。涂胶机器人数量根据需求进行配置。下型面板17安装在第三导轨12与第四导轨15的一个滑块上，可沿第三导轨12与第四导轨15进行滑动。锁紧螺杆18位于下型面板17两端，可通过转动锁紧螺杆18使锁紧螺杆18下降，与地面接触，为下型面板17提供定位。上型面板6与下型面板17可通过压板5进行固定，为翼肋7提供装夹的型面支撑，上下型面板数量可根据需求进行配置。主梁支撑13安装于第三导轨12另外一根滑轨的滑块上，可沿第三导轨12进行滑动。副梁支撑16安装于第四导轨15另外一根滑轨的滑块上，可沿第四导轨15进行滑动。主副梁支撑为机翼上的主梁4和副梁8提供支撑，主副梁支撑数量根据需求进行配置。施压电机1与横梁21固接，绳索3由施压电机1末端释放，通过力传感器23与连接板22上绳索开孔进行固接，施压电机1旋转可调节绳索3释放的长度，进而调节上型面板6与翼肋7的接触力。连接板22与上型面板6可通过螺栓进行连接。两座龙门架20与地面固接，为横梁21提供支撑。龙门架20长度可按需求进行配置。两组第一导轨2与两座龙门架20固接，横梁21安装在第一导轨2的滑块上，可沿导轨21进行滑动，横梁数量根据需要进行配置。
[0031]
龙门架立在底板上，其上安装有第一导轨，横梁可在第一导轨上进行移动。横梁上安装有施压电机，施压电机上连接有绳索，绳索另一端与连接板相连。
[0032]
上型面板与连接板相连，为翼肋的上型面板提供支撑。连接板与绳索连接，在电机的带动下，可以进行上下移动，利用上型面板与连接板的自重结合电机的扭矩为翼肋与梁胶合时提供压紧力。力传感器可以将压紧力进行反馈，用于电机转矩的调节。
[0033]
下型面板安装在底板上的第三导轨上，用于翼肋的下型面的支撑，并且可以沿着导轨移动。下型面板两端安装有两套锁紧螺杆，可以手动旋转螺杆进行锁紧。
[0034]
压板安装在上型面板与下型面板上，与上下型面板使用螺钉连接，将上下型面板固定在同一平面上，保证翼肋与水平面的垂直度。压板的位置可以进行上下微调。
[0035]
主梁和副梁分别使用两个支撑装置进行支撑，主梁支撑和副梁支撑可以上下调整高度，主副梁的支撑装置分别安装在第三导轨和第四导轨上，可以沿导轨进行支撑位置调整。
[0036]
主梁和副梁分别使用两个机械臂进行涂胶操作，环形涂胶器安装在机械臂上。主梁机械臂安装在到第二导轨上，可沿导轨进行移动，到位后机械臂下降，环形涂胶器进行涂胶操作，涂胶完成后抬起，可运动到下一个位置进行涂胶。副梁机械臂和主梁机械臂工作方式类似，只是尺寸略小，不再赘述。
[0037]
横梁、机械臂以及下型面板都安装在导轨上，并且使用两个导轨进行支撑，可以使用丝杠滑块以及电机进行驱动，也可以手动移动位置。
[0038]
上型面板与连接板使用螺钉进行连接，间距根据要求进行调整。
[0039]
整套机构可以针对不同长度的机翼进行调整龙门架、导轨长度以及零件数量，增加通用性(如图4所示)。型面板的外形也可以根据不同机翼的型面进行制作。
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弱刚度复杂零件的刚柔耦合装夹机构采用龙门架固定的形式，实际操作时，先将主梁和副梁安放在主梁和副梁支撑上，通过调整主梁和副梁支撑的高度，保证主梁和副梁的水平度。
[0041]
然后将下型面沿导轨移动到合适的位置，使用锁紧螺杆进行锁紧。
[0042]
横梁移动到合适的位置，将上型面板移动到与下型面板相同的位置，并且将上型面板与连接板相连。连接板通过绳索与电机相连。
[0043]
将压板安装在下型面板上，为翼肋提供竖直方向的定位。
[0044]
然后主梁涂胶机器人与副梁涂胶机器人运动到合适的位置，机械臂下降到主梁与副梁合适位置，环形涂胶器开始工作，在主梁和翼肋连接部位以及副梁与翼肋连接部位进行涂胶。涂胶完毕后，机械臂抬起，运动到安装第二片翼肋需要涂胶的位置，进行涂胶。
[0045]
等待合适时间后。将第一片翼肋与主梁和副梁进行对接，并将翼肋安放在下型面板上，利用下型面板和压板为翼肋与主梁和副梁固定提供定位。安装完毕后，进行第二片翼肋的安装，安装方式与第一片相同。
[0046]
当安装完4片翼肋后，4个上型面板上也与连接板相连，连接板通过绳索与施压电机相连，电机转动带动连接板与上型面板向下运动。当下型面板与翼肋上部接触以后，在力传感器的反馈下，利用型面板自重与和电机转矩，对压紧力进行控制微调，完成对4片翼肋的压紧操作。压紧力调整完毕后，压板与上型面板进行连接固定，保证翼肋与主梁和副梁的定位要求。如果存在4片翼肋压紧力不同的情况，可通过上型面板与连接板之间的连接位置进行微调。
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翼肋安装可以每4片为一个单位，每安装4片进行一次压紧操作。保证每次压紧力相同。也可以多片作为一个单位。
[0048]
下型面板、主梁支撑、副梁支撑、涂胶机器人以及横梁都可以沿着导轨进行水平方向的移动，方便位置的调整。
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上下型面板、主梁支撑、副梁支撑、涂胶机器人以及横梁都可以根据要求的数量进行布置，图4为装配一个15米的机翼所布置的机构图。
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本发明适合大尺寸的弱刚度的复杂机翼的装配，利用上下型面板实现翼肋准确定位，采用涂胶机器人实现涂胶自动化操作，利用力传感器反馈与电机控制，为翼肋与主副梁提供合适的压紧力，采用柔索进行连接，增加提供的柔性和鲁棒性。
[0051]
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。