具有直线运动轴双驱动结构的五轴联动数控钻铆设备

摘要

本发明公开一种具有直线运动轴双驱动结构的五轴联动数控钻铆设备，包括底座，沿底座在X向滑动的X轴托板，固定在X轴托板上的支架，沿支架升降的Z轴托板，安装在Z轴托板上且具有Y向自由度的Y轴滑枕。底座上设有X轴齿条，X轴托板安装有两个X轴伺服电机及减速器组件，两个X轴伺服电机及减速器组件分别驱动有与X轴齿条啮合的齿轮；支架上安装有用于Z轴托板在Z方向升降的两个Z轴进给滚动丝杠螺母组件；所述Z轴托板上安装有用于Y轴滑枕在Y方向进行直线运动的第一Y轴进给滚动丝杠螺母组件和第二Y轴进给滚动丝杠螺母组件，且两个Y轴进给滚动丝杠螺母组件分别位于Y轴滑枕两侧上下错位的对角边上。

说明书

技术领域

本发明涉及飞机装配技术与装备领域，尤其涉及一种具有直线运动轴 双驱动结构的五轴联动数控钻铆设备。

背景技术

铆接技术是航空制造业中普遍使用的一项机械连接技术，其加工工艺 相对简单，铆接质量易于控制，并具有重量轻、强度高的优势，在航空制 造领域得到广泛的应用。传统的铆接产品质量受工人个体因素的影响比较 大，因此难以确保稳定、高质高效的连接。为了保证飞机的装配质量、提 高飞机装配效率，发展自动钻铆技术，使用自动钻铆设备进行自动化钻铆 是一种必然的趋势。

五轴联动数控钻铆设备的直线运动轴驱动机构是数控钻铆机的核心 功能部件，它是一个集机械、电气等于一体的高度集成系统。传统的五轴 联动数控机床运动轴驱动部件承载能力较小，针对五轴联动数控钻铆设 备，无法满足设备高承载能力，高加工精度的要求。当前国内外数控加工 设备正朝着大型化方向发展。机床的高承载能力，加工的高精度，广泛的 加工范围已成为大型数控机床的显著特点。因此研发一种精度高、承载能 力大的五轴联动数控设备直线运动轴双驱动方法及结构，满足五轴联动数 控钻铆设备及大负载五轴联动数控机床X、Y、Z方向直线运动的功能需求 具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提供一种具有直线运动轴双驱动结构的五轴联动数控钻铆设 备，可以实现X、Y、Z三个方向的直线运动，定位精度高，运行平稳，保 证工作安全、稳定、可靠；作为基础核心模块，通过合理的配置可以构成 满足不同工作性能要求的五轴联动数控钻铆设备。

本发明的具体技术方案如下：

一种具有直线运动轴双驱动结构的五轴联动数控钻铆设备，包括底 座，沿底座在X向滑动的X轴托板，固定在X轴托板上的支架，沿支架升降 的Z轴托板，安装在Z轴托板上且具有Y向自由度的Y轴滑枕；

所述底座上设有X轴齿条，X轴托板安装有第一X轴伺服电机及减速器 组件和第二X轴伺服电机及减速器组件，两个X轴伺服电机及减速器组件 分别驱动有与X轴齿条啮合的齿轮；

所述支架上安装有用于Z轴托板在Z方向升降的第一Z轴进给滚动丝 杠螺母组件和第二Z轴进给滚动丝杠螺母组件；

所述Z轴托板上安装有用于Y轴滑枕在Y方向进行直线运动的第一Y 轴进给滚动丝杠螺母组件和第二Y轴进给滚动丝杠螺母组件，且第一Y轴 进给滚动丝杠螺母组件和第二Y轴进给滚动丝杠螺母组件分别位于Y轴滑 枕两侧上下错位的对角边上。

本发明中，利用两个X轴伺服电机及减速器组件驱动与与X轴齿条啮 合的齿轮带动X轴托板沿X方向直线运动；通过竖立的第一Z轴进给滚动丝 杠螺母组件和第二Z轴进给滚动丝杠螺母组件驱动Z轴托板在Z方向直线 运动，并在第一Y轴进给滚动丝杠螺母组件和第二Y轴进给滚动丝杠螺母 组件的配合下带动Y轴滑枕在Y方向进行直线运动。

作为改进，所述底座和X轴托板间设有两条平行布置的X轴直线滚动 导轨滑块副，用于减少X轴托板的摩擦损失，提高传动精度。

作为改进，所述支架包括安装在X轴托板上的第一立柱和第二立柱， 两立柱顶部通过立柱顶部支架连接，所述的第一Z轴进给滚动丝杠螺母组 件和第二Z轴进给滚动丝杠螺母组件分别安装在第一立柱和第二立柱上，Z 轴托板安装在支架内。

作为改进，所述第一Z轴进给滚动丝杠螺母组件和第二Z轴进给滚动丝 杠螺母组件由分别安装在两立柱上的第一Z轴伺服电机及减速器组件和第 二Z轴伺服电机及减速器组件驱动。

作为改进，所述第一立柱和第二立柱上分别安装有用于引导Z轴托板 运动的Z轴直线滚动导轨滑块副。

作为改进，所述Y轴滑枕的两侧设有Y轴直线滚动导轨滑块副。

作为改进，所述Z轴托板上设有驱动第一Y轴进给滚动丝杠螺母组件 和第二Y轴进给滚动丝杠螺母组件的Y轴伺服电机及减速器组件。

作为改进，所述的X向、Y方向和Z方向的滑动极限位置均设有限位开 关，用以提高设备的安全可靠性。

本发明的优点如下：

(1)X、Y、Z方向的直线运动运动均采用双驱动消隙机构，定位精 度及重复定位精度高。

(2)X轴方向，X轴拖板通过X轴齿条与底座联接在一起，直线运动 采用了齿轮传动，因此传动扭矩大、平稳、传动精度高、工作可靠。

(3)两个Y轴进给滚动丝杠螺母组件对称地分布在Y轴滑枕的对角边 上,有利于载荷的分布；采用了滚珠丝杠传动，摩擦损失小，传动效率高， 传动精度高。

(4)Z轴方向，采用了两个伺服电机及减速器组件和两个滚动丝杠螺 母组件，进行双驱动；不仅可以消除间隙、提高精度，而且在发生过载或 其他意外情况时，可以有效地防止Y轴滑枕和Z轴托板在垂直方向发生坠 落，有利于提高设备的安全性。

(5)X、Y、Z方向驱动均采用了伺服电机，可以准确响应设备指令， 实现钻铆设备直线运动的精确定位。

(6)X、Y、Z方向运动中均设置了限位开关和机械限位装置，最大 限度提高了设备的安全可靠性能。

附图说明

图1是五轴联动数控钻铆设备轴测图；

图2是底座和X向托板组件轴测图；

图3是X向托板、立柱和Z向托板组件轴测图；

图4是Y向滑枕和Z向托板组件轴测图；

图中：底座1，X轴托板2，第一X轴直线滚动导轨滑块副3和第二 X轴直线滚动导轨滑块副5，X轴齿条4，第一X轴伺服电机及减速器组 件6和第二X轴伺服电机及减速器组件7，第一立柱8和第二立柱10，立 柱顶部支架9，第一Z轴伺服电机及减速器组件11和第二Z轴伺服电机 及减速器组件17，Z轴托板12，第一Z轴进给滚动丝杠螺母组件13和第 二Z轴进给滚动丝杠螺母组件15，4个Z轴直线滚动导轨滑块副16，Y 轴滑枕18，4个Y轴直线滚动导轨滑块副19，第一Y轴进给滚动丝杠螺 母组件20和第二Y轴进给滚动丝杠螺母组件22，2个Y轴伺服电机及减 速器组件21。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，一种具有直线运动轴双驱动结构的 五轴联动数控钻铆设备，其中具有三维运动的直线运动轴双驱动结构包括 底座1，X轴托板2，第一X轴直线滚动导轨滑块副3和第二X轴直线滚 动导轨滑块副5，X轴齿条4，第一X轴伺服电机及减速器组件6和第二 X轴伺服电机及减速器组件7，第一立柱8和第二立柱10，立柱顶部支架 9，第一Z轴伺服电机及减速器组件11和第二Z轴伺服电机及减速器组件 17，Z轴托板12，第一Z轴进给滚动丝杠螺母组件13和第二Z轴进给滚 动丝杠螺母组件15，四个Z轴直线滚动导轨滑块副16，Y轴滑枕18，4 个Y轴直线滚动导轨滑块副19，第一Y轴进给滚动丝杠螺母组件20和第 二Y轴进给滚动丝杠螺母组件22，2个Y轴伺服电机及减速器组件21。

第一X轴伺服电机及减速器组件6和第二X轴伺服电机及减速器组 件7对称地安装在X轴拖板2上；X轴托板2通过安装在底座1上的两X 轴直线滚动导轨滑块副和X轴齿条4与底座1联接在一起；通过齿轮啮合 可以驱动X轴拖板2在X方向进行直线运动。

第一立柱8和第二立柱10安装在X轴托板2上，立柱顶部支架9将 两根立柱联接在一起；第一Z轴伺服电机及减速器组件11和第二Z轴伺 服电机及减速器组件17分别安装在第一立柱8和第二立柱10上；Z轴托 板12通过安装在第一立柱8和第二立柱10上的Z轴直线滚动导轨滑块副 16和两Z轴进给滚动丝杠螺母组件与第一立柱8和第二立柱10联接在一 起；第一Z轴伺服电机及减速器组件11和第二Z轴伺服电机及减速器组 件17分别驱动第一Z轴进给滚动丝杠螺母组件13和第二Z轴进给滚动丝 杠螺母组件15，使Z轴托板12通过Z轴直线滚动导轨滑块副16在Z方 向进行直线运动。

第一Y轴进给滚动丝杠螺母组件20和第二Y轴进给滚动丝杠螺母组 件22对称地安装在Y轴滑枕18的对角边上；Y轴滑枕18通过Y轴直线 滚动导轨滑块副19和第一Y轴进给滚动丝杠螺母组件20与第二Y轴进 给滚动丝杠螺母组件22与Z轴托板12联接在一起；Y轴伺服电机及减速 器组件21驱动分别第一Y轴进给滚动丝杠螺母组件20和第二Y轴进给 滚动丝杠螺母组件22，使Y轴滑枕18通过Y轴直线滚动导轨滑块副19 在Y方向进行直线运动。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本 发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。