一种用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器的制作方法

本实用新型涉及一种用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器，属于航空航天制造自动化装配领域。

背景技术：

在飞机活动翼面复合材料薄壁类组件装配过程中，铆接是最主要的连接方式，制孔和铆接占据了大部分工作量，铆接的质量直接影响到飞机组件的质量。传统的铆接方式仍以人工为主，孔的位置及中心法向位置靠工人经验保证，铆接质量差，效率低下，严重影响飞机的装配效率。而对于现在市场上的执行器大多功能比较单一仅有自动制孔和法向检测功能，仅能实现半自动化钻铆，使用现在市场上的执行器后均需要后续人工完成涂胶及铆接工作，如果是在复合材料装配环境下作业，复合材料的工艺环境对人体健康的危害很大，另外对不同规格孔径制孔采用手工换刀较为繁琐，影响装配效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有人工铆接质量差、效率低、工作环境恶劣的缺陷弥补现有自动化设备的功能单一不足的问题，提供一种定位精度高、装配效率高、功能全面的多功能自动钻铆执行器。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器，采用功能单元模块化设计，它包括单元切换模块、自动基准找正模块、压脚及法向自动检测模块、自动制孔模块、孔径探测及叠层厚度自动测量模块、自动送钉模块、自动涂胶模块、自动铆接模块和自动对刀模块等组成，其中自动基准找正模块、自动制孔模块、孔径探测及叠层厚度自动测量模块、自动送钉模块和自动铆接模块平行安装单元切换模块的滑台上，滑台通过导轨滑块与底座相连，通过伺服电机和精密滚珠丝杆副传动实现单元模块的位置切换；压脚及法向自动检测模块、自动涂胶模块、自动对刀模块固定在单元切换模块的底座上。

所述单元切换模块由底座、滑台、伺服电机、精密滚珠丝杆副、直线导轨、机器人法兰盘接口、光栅尺组成，其中滑台通过直线导轨与底座连接，伺服电机和精密滚珠丝杆副驱动，进行功能单元模块间切换。

所述自动基准找正模块由电动执行器、工业相机、镜头、光源、挡盖、翻转气缸及箱体组成，电动执行器固定于滑台上，上部设置有箱体内部安装有工业相机，镜头及光源等附件，在箱体的前端挡盖通过翻转气缸实现自动开合，对工业相机有防尘及保护的作用。

所述压脚及法向自动检测模块由压力脚、真空吸屑管、法向测量传感器、气缸、导轨组成，真空吸屑管安装在压力脚前端，压力脚两侧装有4个法向测量传感器，压力脚安装在导轨上通过气缸驱动实行前进和后退动作。

所述自动制孔模块由底座、制孔刀具、位置测量传感器、电主轴、伺服电机、精密滚珠丝杆副及直线导轨组成，电主轴通过直线导轨安装在底座上，伺服电机和精密滚珠丝杆副相连驱动电主轴前进和后退，制孔刀具安装在电主轴，通过位置测量传感器检测制孔时制孔刀具与压脚及法向检测模块的相对位置关系。

所述孔径探测及叠层厚度自动测量模块由转接座、摆动气缸、转轴、换刀座、刀柄、电子塞规、电动执行器、环规座、气缸及固定座组成。电动执行器上端设置有转接座，摆动气缸、转轴和换刀座固定在转接座上，转轴前端通过换刀座安装支撑，后端连接有摆动气缸刀柄前端夹持有电子塞规安装在转轴上，摆动气缸带动刀柄及电子塞规旋转运动，电动执行器实现电子塞规的前进和后退运动；在气缸上部安装有环规座内部安装有不同规格的校准环规，实现电子塞规头的自动校准。

所述自动送钉模块由电动缸、支座一、进气接头、推杆、气缸、支座二、输钉管、导向器、检测传感器、定心夹套、支座三、电动转台、转接座、气爪夹头、检测传感器、角座、检测传感器、不合板钉回收器及气动挡块组成。电动缸通过支座一与滑台侧面连接，电动缸前端固定有推杆，推杆为前端带有导向坡口的空心结构，侧方开有进气接头推杆前端插入导向器，导向器上端连接有输钉管，前端装有定心夹套，两侧设置有检测传感器，导向器下端与气缸连接，气缸通过支座二固定于滑台侧面，导向器在气缸的作用下实现铆钉夹持系统的前后运动，铆钉通过输钉管进入导向器被检测传感器检测到，压缩空气通过进气接头将铆钉输送至定心夹套，推杆在电动缸作用下将铆钉推至气爪夹头，同时通过电动缸的位置反馈测出铆钉长度；在气爪夹头侧面装有检测传感器固定在电动转台上，电动转台通过支座三与支撑座相连，支座三侧面装有检测传感器，用于检测铆钉直径；不合格钉回收器下端与环规连接，前端设置有气动挡块，检测到不合格后定心夹套携带铆钉运动至不合格钉回收器，气动挡块打开，废钉将被压缩空气吹入废钉回收器，同时气动挡块关闭，实现不合格钉的回收。

所述自动涂胶模块由涂胶器及转接座组成，涂胶器通过转接座固定在支座三上，铆钉通过自动送钉站位固定并旋转，涂胶器自动定量涂抹胶于钉杆一圈表面。

所述自动铆接模块由电动执行器、位置传感器、抽铆枪及缓冲器组成，电动执行器下端固定于滑台上，缓冲器固定在电动执行器上，缓冲器后端安装铆接动作位置传感器，上端设置有抽铆枪；通过铆接动作位置传感器对抽铆枪工作时缓冲器的位移变化自动判定铆接工作的过程。

所述自动对刀模块由刀具检测仪及支臂。支臂通过刀具检测站位支撑座安装接口固定在支撑座上，刀具检测仪固定在支臂上，将刀具移动到刀具检测仪径向触碰并旋转一圈，即可检测刀具直径及刀具是否有磨损，轴向触碰可以检测刀具长度。

本实用新型用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器，具有单元切换模块自动切换功能；具有根据飞机产品基准孔自动基准找正功能；具有压脚的压力大小及法向自动检测和调整功能；具有自动制孔并进行窝深精确控制功能；具有孔径及叠层厚度在线自动测量功能；具有自动送钉输送抽芯铆钉的功能；具有在抽芯铆钉自动涂胶的功能；具有抽芯铆钉自动铆接功能和具有自动对刀的功能。

用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器的对孔径探测及叠层厚度自动测量模块，可以同时完成孔径和叠层厚度的测量。

用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器的自动送钉模块，可以实现不同直径和长度的抽芯铆钉输送，并完成直径和长度的检测。

用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器的自动涂胶模块，采用抽芯铆钉钉杆旋转，自动将胶定量涂抹在抽芯铆钉钉杆表面一圈的方式。

用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器的自动铆接模块，针对抽芯铆钉航空紧固件采用自动抽铆的铆接方式。

本实用新型集成化程度较高，功能比较齐全，可以根据客户产品需求对各工位进行适当的组合以满足不同的需求。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果：

1)本实用新型可以一次完成飞机组件的基准孔找正—法向检测—制孔—孔径和叠层厚度检测—选送钉—涂胶—铆接等工序过程，无需人工干预或进行架外的其它工作，大大缩短了以往产品的装配周期；

2)通过自动铆接方式，铆接施力一致性好，对产品损伤小，产品质量稳定；

3)通过定量自动涂胶功能，避免涂胶的不均匀性。

4)简化以往人工划线、检验等工艺流程，降低人工劳动强度，。

5)通过与生产信息管理系统及自动化物流系统的集成，实现整个生产过程的数字化管理。

附图说明

图1是本实用新型自动钻铆执行器主视图。

图2是本实用新型自动钻铆执行器俯视图。

图3是本实用新型单元切换模块示意图。

图4是本实用新型自动基准找正模块示意图。

图5是本实用新型压脚及法向自动检测模块示意图。

图6是本实用新型自动制孔模块示意图。

图7是本实用新型孔径检测及叠层厚度自动检测模块示意图。

图8是本实用新型自动送钉模块示意图。

图9是本实用新型自动涂胶模块示意图。

图10是本实用新型自动铆接模块示意图。

图11是本实用新型自动对刀模块示意图。

图中：单元切换模块1、自动基准找正模块2、压脚及法向自动检测模块3、自动制孔模块4、孔径探测及叠层厚度自动测量模块5、自动送钉模块6、自动涂胶模块7、自动铆接模块8、自动对刀模块9、底座1-1、滑台1-2、伺服电机 1-3、精密滚珠丝杆副1-4、直线导轨1-5、机器人法兰盘接口1-6、光栅尺1-7、电动执行器2-1、工业相机2-2、镜头2-3、光源2-4、挡盖2-5、翻转气缸2-6、箱体2-7、压力脚3-1、真空吸屑管3-2、法向测量传感器3-3、气缸3-4、导轨 3-5、底座4-1、制孔刀具4-2、位置测量传感器4-3、电主轴4-4、伺服电机4-5、精密滚珠丝杆副4-6、直线导轨4-7、转接座5-1、摆动气缸5-2、转轴5-3、换刀座5-4、刀柄5-5、电子塞规5-6、电动执行器5-7、环规座5-8、气缸5-9、固定座5-10、电动缸6-1、支座一6-2、进气接头6-3、推杆6-4、气缸6-5、支座二6-6、输钉管6-7、导向器6-8、检测传感器6-9、定心夹套6-10、支座三6-11、电动转台6-12、转接座6-13、气爪夹头6-14、检测传感器6-15、角座6-16、检测传感器6-17、不合板钉回收器6-18、气动挡块6-19、涂胶器7-1、转接座(7-2)、电动执行器8-1、位置传感器8-2、抽铆枪8-3、缓冲器8-4、刀具检测仪9-1、支臂9-2。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器，由采用功能单元模块化设计，它包括单元切换模块1、自动基准找正模块2、压脚及法向自动检测模块3、自动制孔模块4、孔径探测及叠层厚度自动测量模块5、自动送钉模块6、自动涂胶模块7、自动铆接模块8和自动对刀模块9等组成，其中自动基准找正模块2、自动制孔模块4、孔径探测及叠层厚度自动测量模块5、自动送钉模块6和自动铆接模块8平行安装单元切换模块1的滑台1-2上，滑台1-2通过导轨滑块1-5与底座1-1相连，通过伺服电机1-3和精密滚珠丝杆副1-4传动实现单元模块的位置切换；压脚及法向自动检测模块3、自动涂胶模块7、自动对刀模块9固定在单元切换模块1的底座1-1上。

单元切换模块1由底座1-1、滑台1-2、伺服电机1-3、精密滚珠丝杆副1-4、直线导轨1-5、机器人法兰盘接口1-6、光栅尺1-7组成，其中滑台1-2通过直线导轨1-5与底座1-1连接，伺服电机1-3和精密滚珠丝杆副1-4驱动，进行功能单元模块间切换。

自动基准找正模块2由电动执行器2-1、工业相机2-2、镜头2-3、光源2-4、挡盖2-5、翻转气缸2-6及箱体2-7组成，电动执行器2-1固定于滑台1-2上，上部设置有箱体2-7内部安装有工业相机2-2，镜头2-3及光源2-4等附件，在箱体2-7的前端挡盖2-5通过翻转气缸2-6实现自动开合，对工业相机2-2有防尘及保护的作用。

压脚及法向自动检测模块3由压力脚3-1、真空吸屑管3-2、法向测量传感器3-3、气缸3-4、导轨3-5组成，真空吸屑管3-2安装在压力脚3-1前端，压力脚3-1两侧装有4个法向测量传感器3-3，压力脚3-1安装在导轨3-5上通过气缸3-4驱动实行前进和后退动作。

自动制孔模块4由底座4-1、制孔刀具4-2、位置测量传感器4-3、电主轴 4-4、伺服电机4-5、精密滚珠丝杆副4-6及直线导轨4-7组成，电主轴4-4通过直线导轨4-7安装在底座4-1上，伺服电机4-5和精密滚珠丝杆副4-6相连驱动电主轴4-4前进和后退，制孔刀具4-2安装在电主轴4-4，通过位置测量传感器4-3检测制孔时制孔刀具4-2与压脚及法向检测模块3的相对位置关系。

孔径探测及叠层厚度自动测量模块5由转接座5-1、摆动气缸5-2、转轴5-3、换刀座5-4、刀柄5-5、电子塞规5-6、电动执行器5-7、环规座5-8、气缸5-9 及固定座5-10组成。电动执行器5-7上端设置有转接座5-1，摆动气缸5-2、转轴5-3和换刀座5-4固定在转接座5-1上，转轴5-3前端通过换刀座5-4安装支撑，后端连接有摆动气缸5-2，刀柄5-5前端夹持有电子塞规5-6安装在转轴5-3上，摆动气缸5-2带动刀柄5-5及电子塞规5-6旋转运动，电动执行器 5-7实现电子塞规5-6的前进和后退运动；在气缸5-9上部安装有环规座5-8内部安装有不同规格的校准环规，实现电子塞规5-6测头的自动校准。

自动送钉模块6由电动缸6-1、支座一6-2、进气接头6-3、推杆6-4、气缸6-5、支座二6-6、输钉管6-7、导向器6-8、检测传感器6-9、定心夹套6-10、支座三6-11、电动转台6-12、转接座6-13、气爪夹头6-14、检测传感器6-15、角座6-16、检测传感器6-17、不合板钉回收器6-18及气动挡块6-19组成。电动缸6-1通过支座一6-2与滑台1-2侧面连接，电动缸6-1前端固定有推杆6-4，推杆6-4为前端带有导向坡口的空心结构，侧方开有进气接头6-3，推杆6-4前端插入导向器6-8，导向器6-8上端连接有输钉管6-7，前端装有定心夹套6-10，两侧设置有检测传感器6-9，导向器6-8下端与气缸6-5连接，气缸6-5通过支座二6-6固定于滑台1-2侧面，导向器6-8在气缸6-5的作用下实现铆钉夹持系统的前后运动，铆钉通过输钉管6-7进入导向器6-8被检测传感器6-9检测到，压缩空气通过进气接头6-3将铆钉输送至定心夹套6-10，推杆6-4在电动缸6-1作用下将铆钉推至气爪夹头6-14，同时通过电动缸6-1的位置反馈测出铆钉长度；在气爪夹头6-14侧面装有检测传感器6-15固定在电动转台6-12上，电动转台6-12通过支座三6-11与支撑座1-1相连，支座三6-11侧面装有检测传感器6-17，用于检测铆钉直径；不合格钉回收器6-18下端与环规5-8连接，前端设置有气动挡块6-19，检测到不合格后定心夹套6-10携带铆钉运动至不合格钉回收器6-18，气动挡块6-19打开，废钉将被压缩空气吹入废钉回收器6-18，同时气动挡块6-19关闭，实现不合格钉的回收

自动涂胶模块7由涂胶器7-1及转接座7-2成，涂胶器7-1通过转接座7-2 固定在支座三6-12上，铆钉通过自动送钉站位6固定并旋转，涂胶器7-1自动定量涂抹胶于钉杆一圈表面。

自动铆接模块8由电动执行器8-1、位置传感器8-2、抽铆枪8-3及缓冲器 8-4组成，电动执行器8-1下端固定于滑台1-2上，缓冲器8-4固定在电动执行器8-1上，缓冲器8-4后端安装铆接动作位置传感器8-2，上端设置有抽铆枪 8-3；通过铆接动作位置传感器8-2对抽铆枪8-3工作时缓冲器的位移变化自动判定铆接工作的过程。

自动对刀模块9由刀具检测仪9-1及支臂9-2。支臂9-2通过刀具检测站位支撑座安装接口1-10固定在支撑座1-1上，刀具检测仪9-1固定在支臂9-2上，将刀具移动到刀具检测仪9-1径向触碰并旋转一圈，即可检测刀具直径及刀具是否有磨损，轴向触碰可以检测刀具长度。

用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器，具有单元切换模块自动切换功能；具有根据飞机产品基准孔自动基准找正功能；具有压脚的压力大小及法向自动检测和调整功能；具有自动制孔并进行窝深精确控制功能；具有孔径及叠层厚度在线自动测量功能；具有自动送钉输送抽芯铆钉的功能；具有在抽芯铆钉自动涂胶的功能；具有抽芯铆钉自动铆接功能和具有自动对刀的功能。

用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器的孔径探测及叠层厚度自动测量模块5，可以同时完成孔径和叠层厚度的测量。

用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器的自动送钉模块6，可以实现不同直径和长度的抽芯铆钉输送，并完成直径和长度的检测。

飞机装配的多功能自动钻铆执行器的自动涂胶模块7，采用抽芯铆钉钉杆旋转，自动将胶定量涂抹在抽芯铆钉钉杆表面一圈的方式。

用于飞机装配的多功能自动钻铆执行器的自动铆接模块8，针对抽芯铆钉航空紧固件采用自动抽铆的铆接方式。

本实用新型针对以上现存弊端，采用高集成执行器实现飞机组件的全自动钻铆，尤其适用于飞机活动翼面复合材料薄壁类组件的装配，从制孔开始到最终紧固件的铆接完成采用全自动化方式，大大提高了产品装配质量的稳定性及产品装配效率；减少复合材料工艺环境下对操作工人人体健康的危害；提高了自动化设备在飞机组件装配的柔性化及自动化程度。

本实用新型可以与移动机器人或者专用设备集成，安装空间小、灵活性高、自动化程度高。且与自动钻铆机等设备相比较，本实用新型成本低、应用广泛，受零件形状及尺寸制约小。