本發(fā)明屬于航空自動化裝配技術領域，具體涉及一種航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機器人手臂。

背景技術：

盤鼓結(jié)構(gòu)件，作為航空發(fā)動機的重要組成零件，是影響發(fā)動機運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和安全性的重要因素，其通常由盤、筒、錐套三者組成，通過可拆卸的螺栓將以上的三個部分壓緊連接成一個整體的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，螺栓均勻地分布在盤的壓緊面處，靠壓緊面的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。由于盤鼓結(jié)構(gòu)件在輪緣處是一個可以轉(zhuǎn)動的鼓筒，故該結(jié)構(gòu)件剛性較好；而離心力則靠輪盤來承受，故該結(jié)構(gòu)件的強度較高。鑒于這些優(yōu)點，盤鼓結(jié)構(gòu)件被廣泛地應用于軍用與民用航空發(fā)動機中。

目前，該類型盤鼓結(jié)構(gòu)件的螺栓一般通過人工方式進行裝配，一方面，由于人工方式在擰緊螺栓時，其擰緊效果容易受到人為因素的影響，并不能保證良好的一致性和可重復性，也無法量化評價擰緊效果。另一方面，由于嚴酷的服役環(huán)境和工作條件，容易導致螺栓出現(xiàn)松動的情況，其往往是整個盤鼓結(jié)構(gòu)件中的薄弱環(huán)節(jié)，如果其約束強度不夠，不僅會加快了有關部件的磨耗、還增大了疲勞失效的可能；如果出現(xiàn)螺栓斷裂，則會導致盤鼓結(jié)構(gòu)功能的喪失，甚至釀成重大的安全事故。

隨著科技水平的不斷提高，市場上也出現(xiàn)了不少涉及自動化裝配技術的裝置或自動擰緊機械手臂，大多是涉及汽車領域，相比之下，其他領域則有著不少空白。目前對于螺栓的自動化擰緊裝配，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了很多方案，但依舊存在一些問題。例如，在cn201210229080.9、cn201610211363.9、cn201610723895.0、cn201610382080.0、cn201610213153.3、cn201010113070.x、201410600722.0等中國專利申請中公開了幾種或多種螺栓的自動化擰緊裝置或設備，但是并不能定量評價螺栓擰緊效果，而且裝置結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間較大，無法主動調(diào)整，其在擰緊過程中還需要依靠工人進行操作，也不能和目前在工業(yè)中廣泛使用的機械人手臂進行連接使用，并不適用于盤鼓結(jié)構(gòu)等帶有多組復雜螺栓孔等復雜形態(tài)裝配的場合。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種用于航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊的機器人手臂，不僅能擰緊螺栓，而且使得螺栓的擰緊效果達到最好，通過扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器實時地控制伺服電機，來達到預先設定的擰緊效果，便于實現(xiàn)工業(yè)自動化，符合當前的機電一體化的發(fā)展趨勢。本發(fā)明提供的機器人手臂設計，較好得實現(xiàn)擰緊效果的可控性，同時自動化程度也較高。

具體技術方案如下：

航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機械臂，包括夾持裝置、螺栓擰緊頭、螺栓固定套、傳動齒輪一、傳動齒輪二、伺服電機、氣缸、轉(zhuǎn)角傳感器和扭矩傳感器；所述夾持裝置上部有長軸貫穿，下部有左夾臂和右夾臂；所述長軸兩端使用軸承定位，長軸一端與所述伺服電機輸出軸連接，長軸另一端與轉(zhuǎn)角傳感器連接，轉(zhuǎn)角傳感器末端與傳動齒輪一軸連接；所述左夾臂上裝有螺栓擰緊頭，右夾臂上裝有螺栓固定套；所述螺栓擰緊頭與扭矩傳感器連接，扭矩傳感器與傳動齒輪二軸連接，傳動齒輪一與傳動齒輪二相互嚙合；所述螺栓固定套與氣缸推桿過盈聯(lián)接；所述扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器實時控制伺服電機，將輸出值作為伺服電機的輸入信號，進行負反饋激勵，實現(xiàn)自動擰緊。

所述長軸與伺服電機輸出軸、長軸與轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器與傳動齒輪一、扭矩傳感器與傳動齒輪二之間均通過聯(lián)軸器連接。

所述螺栓擰緊頭上安裝視覺測量模塊。

所述螺栓固定套內(nèi)置壓力感應片。

所述的航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機械臂工作方法如下：

(1)將盤鼓結(jié)構(gòu)件安裝在盤鼓構(gòu)件固定心軸上，使其能夠繞盤鼓構(gòu)件固定心軸平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，連通電源，檢測各部分儀器是否顯示正常，調(diào)試和校正；

(2)將待裝配螺栓插入盤鼓結(jié)構(gòu)件的裝配孔中后，將螺母于螺桿上預擰，確保配合充分；

(3)通過安裝于螺栓擰緊頭上的視覺測量模塊將機械臂定位，使得螺栓擰緊頭螺栓固定套及盤鼓結(jié)構(gòu)件上的裝配孔同軸心對正；

(4)機械臂帶動下，將螺栓擰緊頭與螺母貼合；同時在氣缸的作用下，軸向進給螺栓固定套，使之與螺栓頭部貼合，當螺栓固定套上的壓力感應片壓力值達到預設值時，氣缸進給結(jié)束，機械臂鎖定；

(5)啟動伺服電機，使螺栓擰緊頭旋轉(zhuǎn)一定角度，監(jiān)測扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器實時輸出數(shù)據(jù)是否與實際情況相符，進一步確保螺栓和螺母貼合可靠；

(6)轉(zhuǎn)動螺栓擰緊頭，帶動螺栓擰緊頭固定的螺母轉(zhuǎn)動，配合機械臂進行微進給，使螺栓擰緊頭同時轉(zhuǎn)動和軸向進給，從而達到與螺栓固定套貼合的螺栓進行擰合，并通過轉(zhuǎn)角傳感器和扭矩傳感器實時輸出的扭矩值和轉(zhuǎn)動角度值，在pc端接受數(shù)據(jù)，并根據(jù)扭矩值和轉(zhuǎn)動角度值繪制出相應曲線；

(7)結(jié)合扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器的實時輸出數(shù)據(jù)，將輸出值作為伺服電機的輸入信號，進行負反饋激勵，實現(xiàn)自動擰緊；

(8)結(jié)束一組裝配孔螺栓的自動擰緊后，在氣缸的作用下，螺栓固定套退出進給后，轉(zhuǎn)動盤鼓構(gòu)件固定心軸，準備下一組裝配孔的螺栓擰緊，重復上述步驟，直至所有螺栓裝配完畢；

(9)結(jié)束作業(yè)后，將機械臂移至安全位置，切斷電源。

本方法的優(yōu)點是：

1、本發(fā)明不僅擰緊螺栓，而且通過扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器實時地控制伺服電機，使得螺栓的擰緊效果達到最好，既達到預先設定的擰緊效果，又較好地實現(xiàn)擰緊效果的可控；

2、將螺栓擰緊頭安裝在機械臂上，利于實現(xiàn)工業(yè)自動化，符合當前的機電一體化的發(fā)展趨勢，自動化程度較高；

3、本發(fā)明的電機為伺服電機，是驅(qū)動裝置，其特點是便于控制旋轉(zhuǎn)速率以及啟停；

4、本發(fā)明選用傳動齒輪，可以減少總體軸段的長度，從而降低對軸剛度以及輕度的要求，并以相應傳動比降低轉(zhuǎn)速，降低對于伺服電機性能參數(shù)的要求，經(jīng)濟性得以提高；

5、本發(fā)明氣缸用于螺栓固定套的進給，質(zhì)量較小，便于控制，螺栓固定套內(nèi)置壓力感應片，通過壓力感應片的壓力值來確定氣缸進給結(jié)束和鎖定，使螺母和螺栓精準貼合。

6、本發(fā)明在擰緊過程中結(jié)合扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器的實時輸出數(shù)據(jù)，將輸出值作為伺服電機的輸入信號，進行負反饋激勵，實現(xiàn)自動擰緊，自動化程度高，而且可以精準控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機械臂的主視圖；

圖2為本發(fā)明航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機械臂的俯視圖；

圖3為本發(fā)明航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機械臂的等軸測視圖；

圖4為盤鼓結(jié)構(gòu)件及螺栓裝配示意圖；

圖5為本發(fā)明航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機械臂擰緊裝置的擰緊頭示意圖；

圖6為本發(fā)明航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機械臂擰緊裝置的螺栓固定套示意圖。

圖中，1-傳動齒輪一；2-轉(zhuǎn)角傳感器；3-聯(lián)軸器一；4-夾持裝置；5-伺服電機；6-氣缸；7-盤鼓構(gòu)件固定心軸；8-v型塊式夾具體；9-傳動齒輪二；10-螺栓固定套；11-盤鼓結(jié)構(gòu)件；12-螺栓擰緊頭；13-扭矩傳感器；14-壓力感應片；15—螺栓；16—視覺測量模塊；17—裝配孔；18—螺母固定孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。

航空發(fā)動機盤鼓結(jié)構(gòu)件螺栓自動擰緊機械臂，包括夾持裝置4、螺栓擰緊頭12、螺栓固定套10、傳動齒輪一1、傳動齒輪二9、伺服電機5、氣缸6、轉(zhuǎn)角傳感器2和扭矩傳感器13；所述夾持裝置4上部有長軸貫穿，下部有左夾臂和右夾臂；所述長軸兩端使用軸承定位，長軸一端與所述伺服電機5輸出軸連接，長軸另一端與轉(zhuǎn)角傳感器2連接，轉(zhuǎn)角傳感器2末端與傳動齒輪一1軸連接；所述左夾臂上裝有螺栓擰緊頭12，右夾臂上裝有螺栓固定套10；所述螺栓擰緊頭12與扭矩傳感器13連接，扭矩傳感器13與傳動齒輪二9軸連接，傳動齒輪一1與傳動齒輪二9相互嚙合；所述螺栓固定套10與氣缸6的推桿過盈聯(lián)接；所述扭矩傳感器13和轉(zhuǎn)角傳感器2實時控制伺服電機5，將輸出值作為伺服電機5的輸入信號，進行負反饋激勵，實現(xiàn)自動擰緊。

(1)將盤鼓結(jié)構(gòu)件11安裝在盤鼓構(gòu)件固定心軸7上，使其能夠繞盤鼓構(gòu)件固定心軸7平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，連通電源，檢測各部分儀器是否顯示正常，調(diào)試和校正；

(2)將待裝配螺栓15插入盤鼓結(jié)構(gòu)件11的裝配孔中后，將螺母于螺桿上預擰，確保螺母與螺桿配合充分；

(3)通過安裝于螺栓擰緊頭的視覺測量模塊16將機械臂定位，使得螺栓擰緊頭12、螺栓固定套10及盤鼓結(jié)構(gòu)件11上的裝配孔17同軸心對正；

(4)機械臂帶動下，將螺栓擰緊頭12與螺母貼合；同時在氣缸6的作用下，軸向進給螺栓固定套10，使之與螺栓頭部貼合，當螺栓固定套10上的壓力感應片壓力值14達到預設值時，氣缸6進給結(jié)束，機械臂鎖定；

(5)啟動伺服電機5，使螺栓擰緊頭12旋轉(zhuǎn)一定角度，監(jiān)測扭矩傳感器13和轉(zhuǎn)角傳感器2實時輸出數(shù)據(jù)是否與實際情況相符，進一步確保螺栓和螺母貼合可靠；

(6)轉(zhuǎn)動螺栓擰緊頭12，帶動螺栓擰緊頭固定的螺母轉(zhuǎn)動，配合機械臂進行微進給，使螺栓擰緊頭同時轉(zhuǎn)動和軸向進給，從而達到與螺栓固定套10貼合的螺栓進行擰合，并通過轉(zhuǎn)角傳感器2和扭矩傳感器13實時輸出的扭矩值和轉(zhuǎn)動角度值，在pc端接受數(shù)據(jù)，并根據(jù)扭矩值和轉(zhuǎn)動角度值繪制出相應曲線；

(7)結(jié)合扭矩傳感器13和轉(zhuǎn)角傳感器2的實時輸出數(shù)據(jù)，將輸出值作為伺服電機的輸入信號，進行負反饋激勵，實現(xiàn)自動擰緊；

(8)結(jié)束一組裝配孔螺栓的自動擰緊后，在氣缸6的作用下，螺栓固定套10退出進給后，轉(zhuǎn)動盤鼓構(gòu)件固定心軸7，準備下一組裝配孔的螺栓擰緊，重復上述步驟，直至所有螺栓裝配完畢；

(9)結(jié)束作業(yè)后，將機械臂移至安全位置，切斷電源。