[发明专利]一种带有调姿与快换的制孔末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种与工业机械臂结合使用的带有调姿与快换的制孔末端执行器，该末端执行器适用于飞机蒙皮装配制孔。

背景技术

大飞机制造业是建设创新性国家和拉动国民经济快速增长的战略性产业。发展大型客机项目，是党中央、国务院做出的重大战略决策，是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》确定的16个重大科技专项之一，是新时期建设创新型国家的标志性工程。然而我国大飞机制造中存在诸多问题：装配速度慢，可靠性差；精度低；自动化程度低，飞机装配中的连接方式仍以手工钻铆为主，质量稳定性较差，并且需要大量采用成套的专用型架，成本高，制孔效率低，与国外存在较大差距。这种落后状况与我国飞机批产、“四性”（安全性、经济性、舒适性和环保性）迫切需求间的矛盾突出。因此，迫切需要研制机器人的制孔系统。

现代飞机为了减轻飞机重量，轻质复合材料和钛合金在飞机中得到越来越多的应用。据报道，复合材料在波音787中的应用，与波音777飞机相比，复合材料在波音787中的占比有很大提升，达到50%，远超过铝所占的20%。而波音777中复合材料约占12%，铝占50%。波音公司对钛合金螺栓试验表明，当紧固件沿外载荷作用方向倾斜大于2°时，疲劳寿命降低约47%，倾斜大于5°时，疲劳寿命降低95%。而复合材料和钛合金都是难加工材料，对钻头的质量要求较高。一架大飞机大约有150～200万个铆接孔，如果采用高质量钻头，则会增加生产成本；如果使用一般的钻头，则需要频繁的更换钻头，这会降低制孔效率。

在制孔时，要求精确控制钻头的钻孔深度，特别是在叠层制孔中和制带有锪窝的孔，不同材料的钻削参数不同，飞机装配制孔要求，锪窝深度精度为0.5mm，因此，钻孔深度的精确控制是制孔过程中的一个难题。

发明内容

本发明针对制孔过程中的孔垂直度、频繁更换钻头和钻孔深度检测问题，发明了一种带有调姿和快换的制孔末端执行器，与工业机械臂结合，形成工业机器人制孔系统。

本发明可以通过以下技术方案实现。

一种带有调姿与快换的制孔末端执行器，包括主轴模块、调姿模块和快换模块。

所述的主轴模块包括：主轴电机、主轴电机固定壳、上端盖、下端盖和压力传感器；

主轴电机通过螺钉固定在下端盖上；上端盖和下端盖分别用螺钉安装到主轴电机固定壳的两端；压力传感器通过过盈配合安装在下端盖上。

所述的调姿模块包括：大偏心盘、小偏心盘、球铰、大偏心盘底座、调姿电机、小齿轮、大齿轮、球面副-上球面、球面副-下球面、球面副固定盖、外壳和转接板；

球铰安装在小偏心盘的偏轴心上；小偏心盘安装在大偏心盘的偏轴心上，小偏心盘与大偏心盘之间、大偏心盘与大偏心盘底座分别通过小钢珠配合，构成类似推力轴承结构的机构，可以使小偏心盘绕大偏心盘的偏轴心线自由转动，大偏心盘绕大偏心盘底座的中心轴线自由转动；大齿轮和小齿轮分别安装在调姿电机的输出轴上，大齿轮和小齿轮分别与小偏心盘和大偏心盘底座构成齿轮啮合；调姿电机安装在大偏心盘上；球面副-上球面和球面副-下球面构成一个球面副；大偏心盘底座和球面副-上球面分别通过固定环安装在外壳两端；外壳通过转接板与工业机械臂法兰盘相连；上端盖上的轴穿过球铰，当小偏心盘与大偏心盘转动时，可以带动主轴电机绕球面副的球心转动，实现主轴电机的姿态调整功能。

所述的快换模块包括：传动轴、弹簧固定座、快换固定环、快换楔形环、弹簧、快换轴、快换钢珠、钻卡头、快换连杆、快换连杆固定座、深沟球轴承、轴承固定座、钻头和推力轴承；

传动轴安装在主轴电机的输出轴上，二者之间键连接；弹簧固定座安装在传动轴上；快换固定环安装在弹簧固定座上；快换轴一端呈方形，与传动轴和弹簧固定座上的方形孔配合，实现主轴电机的转速传递；推力轴承安装在传动轴内部，与压力传感器接触；钻卡头安装在快换轴的另一端锥形体上；钻卡头夹持钻头；快换钢珠安装在快换轴的半圆槽上；快换楔形环套在快换轴上，一端由弹簧固定在弹簧固定座上；快换连杆通过螺纹与快换楔形环的另一端相连；快换连杆固定座安装在球面副固定盖上；深沟球轴承安装在传动轴上，轴承固定座安装在下端盖上，防止轴承的轴向窜动。

本发明存在以下特点：

（1）调姿。可以调整钻头姿态，确保孔的垂直度。

（2）快换。将快换部分模块化，可以快速实现钻头的更换，提高了制孔效率。

（3）轴向力检测。根据钻头轴向力的不同，实现钻削不同材料时及时更改钻削参数，确保制孔质量，轴向力还可应用于锪窝精度的控制。

附图说明