[发明专利]机器人制孔末端执行器

说明书

技术领域

本发明属于自动化制孔领域，涉及一种适用于工业机器人的制孔末端执行器。

背景技术

目前，飞机装配已经成为我国飞机研制生产的瓶颈环节，智能制造装备的发展也将成为世界各国竞争的焦点。机械连接是一种重要的飞机装配手段，如承担787飞机部分生产任务的波音澳大利亚墨尔本分部，每月需加工28万个装配用孔，可见制孔质量和效率对提升飞机部件装配质量和装配效率，缩短整机装配周期有着重要意义。

机器人制孔系统具备可编程性和运动灵活性，能迅速适应产品的变化，且不会过分增加企业的投入，符合精益系统和精益制造的理念。国外已将这种智能制造装备应用于各类民用及军用飞机的装配用孔加工过程中。机器人制孔系统的出现很好地平衡了制孔质量、成本和效率，对提升企业的市场竞争力有重要意义，但是航空工业对产品质量的严要求也使它必须在性能上不断提高。另一方面，随着复合材料在飞机结构件上的大规模使用，飞机部件的装配将面临对碳纤维增强复合材料/铝合金、碳纤维增强复合材料/钛合金等叠层材料的孔加工。传统钻削方式加工叠层材料时，易引发孔径超差，孔壁粗糙度差，刀具磨损剧烈，层间毛刺、出口毛刺及复合材料分层、撕裂、纤维脱出、基体材料热损伤等缺陷。

自身性能的再提高和加工对象的改变决定了机器人制孔系统的进一步发展趋势是提高其精益制孔能力，而制孔末端执行器是机器人制孔系统的关键组件，其性能将直接影响到制孔质量、效率和成本。高精度、高性能、高速化的飞机装配发展趋势要求制孔末端执行器设计时应注重新的切削技术、新刀具、新的传动方式、先进测控技术等，同时在模块化设计的基础上，尝试进行物质流-能量流-信息流的耦合设计，即从集成科学的高度促进功能更为强大、性能更加优越的制孔末端执行器的发展。

发明内容

本发明的目的是针对叠层材料精益制孔需求，提供一种工业机器人用制孔末端执行器，该制孔末端执行器能为机器人提供三种安装方式，并能实现刀具与工件表面的垂直度检测、压紧、行星钻削和轴向切削力实时监测。

机器人制孔末端执行器包括切削单元、连接单元、进给单元、压紧单元和测量单元。

所述切削单元包括电主轴、接长刀柄、刀具、皮带、公转皮带轮、公转伺服电机支架、公转伺服电机、轨道调节主动齿轮、轨道调节伺服电机支架、轨道调节伺服电机、轨道调节从动齿轮、套筒座、外偏心套筒、滚动轴承和内偏心套筒。

刀具通过接长刀柄装夹在电主轴上，电主轴驱动刀具完成切削运动中的自转运动；电主轴固定在内偏心套筒内，由安装在外偏心套筒内的第一滚动轴承和第二滚动轴承来支承内偏心套筒，并由安装在套筒座内的第三滚动轴承和第四滚动轴承来支承外偏心套筒；轨道调节伺服电机通过轨道调节伺服电机支架固定在外偏心套筒上，固定在轨道调节伺服电机输出轴上的轨道调节主动齿轮将动力传递给固定在内偏心套筒上的轨道调节从动齿轮，内偏心套筒的旋转带动刀具公转半径调节；公转伺服电机通过公转伺服电机支架固定在套筒座上，固定在公转伺服电机输出轴上的公转皮带轮将动力经皮带传递给外偏心套筒，外偏心套筒的旋转驱动刀具完成切削运动中的公转运动。

所述连接单元包括悬挂连接板、侧面连接板、同轴连接板和工具快换装置。

悬挂连接板和同轴连接板以L型连接，侧面连接板的两条直角边分别贴合连接悬挂连接板和同轴连接板；悬挂连接板、侧面连接板和同轴连接板分别相连第一工具快换装置、第二工具快换装置和第三工具快换装置，实现了工业机器人和制孔末端执行器的三种安装方式及不同安装方式间的快速切换；导轨支座安装在悬挂连接板上。

所述进给单元包括后支板、滑动支座、直线导轨及滑块、前支板、导轨支座、丝杠支座、丝杠螺母副、螺母支架、进给电机支架、进给电机、同步带和带轮。

直线导轨固定在导轨支座上，每根直线导轨上安装有四个滑块；进给电机通过进给电机支架固定在后支板上，进给电机的输出轴与主动同步带轮连接，丝杠的一端穿过第一丝杠支座后与从动同步带轮连接，主动同步带轮与从动同步带轮间套接有同步带，丝杠上套接有螺母，螺母固定在螺母支架上，螺母支架与滑动支座相连，丝杠的另一端安装在第二丝杠支座上；滑动支座固定在第一滑块、第二滑块、第三滑块和第四滑块上，并与套筒座相连，进给电机通过同步带和带轮驱动丝杠螺母副实现切削单元沿直线导轨的进给运动；第一丝杠支座安装在后支板上，后支板固定在第五滑块和第六滑块上，第二丝杠支座安装在前支板上，前支板固定在第七滑块和第八滑块上。

所述压紧单元包括气缸、压管、气缸支杆、压板支座、弹性胶套、压头和压板。