[发明专利]一种适用于机器人关节快换安装的进给钻

说明书

技术领域

本发明涉及进给钻，尤其涉及一种适用于机器人关节快换安装的进给钻。

背景技术

在飞机的全部故障总数中，结构件损伤的故障数量一般占12％～13％，但是，因为机载成品在发生故障后能用新的成品代替，因此飞机结构件的寿命就决定了飞机的总寿命。目前飞机结构件采用的主要连接方法仍是机械连接，一架大型飞机上大约有150～200万个连接件。飞机的总寿命主要决定于机体的寿命，疲劳破坏是飞机丧失工作能力的根本原因，而据统计，75％～80％的疲劳破坏发生在机体结构的连接部位上，可见连接质量对飞机寿命有着重要的影响。传统的飞机装配中的制孔主要以风钻钻孔为主，工艺顺序为：划线——钻孔——粗铰(或扩孔)——精铰——分离清理。传统手工制孔通常的缺点在于：(1)易形成缺陷；(2)孔位精度差；(3)制孔步骤多；(4)需要二次装配；(5)人为因素影响无法避免。为了提高飞机寿命，可以通过改进飞机结构件的连接质量(配合形式，连接方式等)，这就需要通过自动化设备进行高速精密制孔，提高制质量，改进制孔的圆度、垂直度、内壁表面粗糙度、位置精度，减少制孔的残余应力、毛刺与切屑。

通过机器人技术解决自动制孔是航空制造领域的热门话题，目前国外已有成熟产品出现。如F-16、F-22、F-2和T-50等飞机的梁腹板，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。

我国自动制孔技术起步较晚，现在还没有成熟的自动制孔技术和系统。机器人自动制孔技术不仅能够快速准确完成钻、扩、铰孔等一系列制孔工艺，适合于重复性强、劳动强度大、环境恶劣的工作场合。由于机器人绝对定位精度不够高，严重影响了刀具和工件表面(特别是曲面)垂直度、制孔的位置精度，为此设计新型的自动进给钻，将激光跟踪仪与机器人集成起来，构成全闭环控制系统，能够大大提高刀具和工件表面(特别是曲面)垂直度、制孔的位置精度，并且施加预紧力，从而大大提高机器人的制孔质量。

发明内容

本发明的目的是针对机器人制孔刀具和工件表面(特别是曲面)垂直度、制孔的位置精度、预压紧问题，提供一种适用于机器人关节快换安装的进给钻。

适用于机器人关节快换安装的进给钻包括快换法兰、激光靶标法兰、自动进给机构、动力头、预压紧机构、切削液管、断屑处理机构；快换法兰一端安装在工业机器人法兰上，快换法兰另一端与激光靶标法兰一端相连，激光靶标法兰另一端与自动进给机构平台底板相连，动力头安装在自动进给机构导轨上，预压紧机构安装在自动进给机构的前端，切削液管和断屑处理机构安装在预压紧机构的压脚头上。

所述的动力头包括交流异步电机和装夹在交流异步电机上的刀具；通过交流异步电机带动刀具的旋转实现切削运动。

所述自动进给机构包括自动进给机构平台底板、交流伺服电机、滚珠丝杆、自动进给机构导轨、光栅尺、力控传感器、光电限位开关；交流伺服电机、滚珠丝杆、自动进给机构导轨、光栅尺、力控传感器、光电限位开关都安装在自动进给机构平台底板上；交流伺服电机驱动滚珠丝杆带动动力头在自动进给机构导轨上滑动实现进给运动，光栅尺反馈刀具位置状态信息，实现刀具位置的全闭环控制，力控传感器通过力信号控制交流伺服电机旋转运动，从而间接控制滚珠丝杠的进给运动，防止加工过程中动力头堵转时破坏工件，光电限位开关对进给运动实现正负软限位控制，通过自动进给机构驱动动力头进给，复合刀具的旋转实现制孔和锪窝。

所述预压紧机构包括压脚头、气缸、预压紧机构导轨、位移传感器；预压紧机构导轨和气缸、位移传感器安装在自动进给机构平台底板上，压脚头安装在预压紧机构导轨上；2个气缸驱动压脚头沿预压紧机构导轨滑动，使预压紧机构能够压紧蒙皮与结构框，消除蒙皮与结构框之间的间隙，并通过位移传感器测量压紧距离以便补偿加工位移。

所述激光靶标法兰通过激光跟踪仪调整机器人到理想位姿，使刀具与工件表面垂直，调姿精度达到0.004423°。

所述断屑处理机构，通过断屑挡板切断切屑，真空泵吸管将断屑吸走。

所述适用于机器人关节快换安装的进给钻的使用方法其特征在于它的步骤如下：

1)机器人到达每一个待加工件孔位时，根据激光跟踪仪测量3～6个靶标的实际位置，调整机器人到理想位姿，使刀具与工件表面垂直；

2)气缸驱动预压紧机构使压脚头压紧蒙皮与结构框，并通过位移传感器测量压紧距离以便加工位移补偿；

3)待预压紧完成后，接通动力头，用于制孔的主切削运动；