技术领域
[0001] 本
发明涉及
机械加工设备技术领域，特别是涉及一种用于深孔加工的末端执行器。
背景技术
[0002] 随着飞机各项性能的提升与飞机需求量的增加，航空工业对于整机装配的效率与
质量都有了很高的要求，在现阶段我国自动化设备主要以
机器人制孔系统为主。机器人制孔系统主要是将末端执行机构与机器人相连，通过PLC与
驱动器等
先进控制设备，从而实现整体设备的制孔功能。但随着材料科学的发展和自动化装配的需求，对于
复合材料-金属叠层厚壁结构深孔加工提出了更高的技术需求，末端执行器开始在原有制孔功能的
基础上优化了集成系统和结构设计。
[0003] 目前国内机器人自动化制孔末端执行器中进行复合材料/金属叠层厚壁结构深孔加工，存在明显的
缺陷及问题：
[0004] (1)因其加工环境半封闭且孔深与孔径比值过高，断屑和排屑困难，在加工过程中产生的切削热没法及时排除，导致刀片受热加热磨损，减短刀具寿命，影响孔的加工质量[0005] (2)刀具长度过长导致刚性大大削弱，从而导致抖动、偏孔等问题，降低深孔加工的准确度。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种用于深孔加工的末端执行器，以解决上述
现有技术存在的问题，提高深孔加工的质量。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0008] 本发明提供了一种用于深孔加工的末端执行器，包括
支撑模
块、进给模块、压
力脚模块和
主轴模块，所述支撑模块包括第一安装板和第二安装板，所述第一安装板的顶面通过连接
法兰与
工业机器人连接，所述进给模块包括第一进给模块第二进给模块，所述第一进给模块能够驱动所述第二安装板相对所述第一安装板沿第一方向移动，所述第二进给模块能够驱动所述主轴模块相对所述第二安装板沿所述第一方向移动，所述压力脚模块包括安装在所述第二安装板的一端且与所述第二安装板垂直的第一支撑板和安装在所述第二安装板上的压力脚主体，所述压力脚主体上设置有通孔，所述主轴模块包括电主轴，所述电主轴的一端设置有朝向且能够穿过所述通孔的复合
钻头。
[0009] 优选的，所述第一进给模块包括第一驱动装置和第一
丝杠螺母机构，所述第一丝杠螺母机构包括通过
轴承与所述第一安装板转动连接的第一螺杆和与所述第二安装板固连的第一螺母，所述第一驱动装置固设在所述第一安装板的下方且能够驱动所述第一螺杆转动，所述第一驱动装置的
输出轴通过第一
联轴器与所述第一螺杆连接，所述第一安装板的底面上设置有两个均与所述第一螺杆平行的第一滑轨，所述第二安装板的顶面设置有四个第一滑块，两个所述第一滑块与一个所述第一滑轨滑动配合，另两个所述第一滑块与另一个所述第一滑轨滑动配合。
[0010] 优选的，所述第二进给模块包括第二驱动装置和第二丝杠螺母机构，所述第二丝杠螺母机构包括通过轴承与所述第二安装板转动连接的第二螺杆和与所述主轴模块固连的第二螺母，所述第二驱动装置固设在所述第二安装板的下方且能够驱动所述第二螺杆转动；所述第二驱动装置的输出轴通过第二联轴器与所述第二螺杆连接，所述第二安装板的底面上设置有两个均与所述第二螺杆平行的第二滑轨，所述主轴模块的顶面设置有四个第二滑块，两个所述第二滑块与一个所述第二滑轨滑动配合，另两个所述第二滑块与另一个所述第二滑轨滑动配合。
[0011] 优选的，还包括PLC
控制器、设置在所述第一安装板和第二安装板侧部的第一光栅尺和设置在所述第二安装板和所述主轴模块侧部的第二光栅尺，所述第一光栅尺能够检测所述第二安装板相对所述第一安装板的位移，所述第二光栅尺能够检测所述主轴模块相对所述第二安装板的位移，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为伺服
电机，所述电主轴、所述第一驱动装置、所述第二驱动装置、所述第一光栅尺及所述第二光栅尺分别与所述PLC控制器电连接。
[0012] 优选的，所述压力脚模块还包括设置在所述压力脚主体与所述第一支撑板之间的压力
传感器和周向均匀设置在所述压力脚主体表面的四个激光传感器，所述第一支撑板位于所述压力脚主体和所述主轴模块之间，所述
压力传感器和所述激光传感器分别与所述PLC控制器电连接。
[0013] 优选的，还包括视觉找正模块，所述视觉找正模块包括顶端与所述第二安装板固连的第二支撑板，所述第二支撑板靠近所述第一支撑板，所述第二支撑板上设置有
光源支架和视觉相机，所述光源支架上设置有视觉光源，所述视觉相机和所述视觉光源分别与所述工业机器人中的视觉找正系统电连接。
[0014] 优选的，还包括除尘冷却模块，所述除尘冷却模块包括微量喷雾式自动润滑系统和防爆
吸尘器，所述微量喷雾式自动润滑系统的喷头通
过冷却管与所述压力脚主体的
侧壁连接，所述微量喷雾式自动润滑系统能够通过所述冷却管朝所述复合钻头喷射
润滑油，所述防爆吸尘器通过吸尘管与所述压力脚主体的侧壁连接，所述吸尘管的吸尘口伸向深孔加工时的排屑区域。
[0015] 优选的，一个所述第一滑轨的两端分别设置有第一限位
开关，另一个所述第一滑轨的两端分别设置有第一限位块，两个所述第一限位开关位于两个所述第一限位块内侧，所述第二安装板能够先触发所述第一限位开关再
接触所述第一限位块。
[0016] 优选的，所述第二安装板的底面设置有四个第二限位块，四个所述第二限位块均位于两个所述第二滑轨之间，所述第二安装板的侧壁设置有两个第二限位开关，两个所述第二限位开关位于两个所述第二限位块内侧，所述主轴模块能够先触发所述第二限位开关再接触所述第二限位块。
[0017] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0018] 本发明用于深孔加工的末端执行器提高了深孔加工的质量。本发明用于深孔加工的末端执行器实现了全闭环反馈实时监测加工状态，并且在保证排屑效率和孔表面质量的前提下合理排屑，从而保证末端执行器深孔加工的
精度和表面质量。
附图说明
[0019] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1为本发明用于深孔加工的末端执行器的结构示意图；
[0021] 图2为本发明用于深孔加工的末端执行器中的第一进给模块的结构示意图；
[0022] 图3为本发明用于深孔加工的末端执行器中的第二进给模块的结构示意图一；
[0023] 图4为本发明用于深孔加工的末端执行器中的第二进给模块的结构示意图二；
[0024] 图5为本发明用于深孔加工的末端执行器中的压力脚模块的结构示意图一；
[0025] 图6为本发明用于深孔加工的末端执行器中的压力脚模块的结构示意图二；
[0026] 图7为本发明用于深孔加工的末端执行器中的主轴模块的结构示意图；
[0027] 图8为本发明用于深孔加工的末端执行器中的视觉找正模块的结构示意图；
[0028] 其中：1-支撑模块，2-进给模块，21-第一进给模块，210-第一安装板，211-第一
伺服电机，212-第一电机支座，213-第一联轴器，214-第一轴承座，215-第一螺杆，216-第一滑轨，217-第一限位开关，218-第一限位块，219-第一光栅尺，22-第二进给模块，220-第二安装板，221-第一滑块，222-第一螺母，223-第二伺服电机，224-第二限位开关，225-第二光栅尺，226-第二电机支座，227-第二联轴器，228-第二轴承座，229-第二螺杆，230-第二滑轨，231-第二限位块，3-压力脚模块，30-第一支撑板，31-压力脚主体，32-激光传感器，33-
螺栓孔，34-压力传感器，4-除尘冷却模块，41-冷却管
接口，42-吸尘管接口，5-主轴模块，51-主轴夹套，52-第二螺母，53-第二滑块，54-电主轴，55-刀柄，56-复合钻头，6-视觉找正模块，
61-第二支撑板，62-光源支架，63-视觉相机，64-视觉光源。
具体实施方式
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 本发明的目的是提供一种用于深孔加工的末端执行器，以解决上述现有技术存在的问题，提高深孔加工的质量。
[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0032] 如图1所示：本实施例用于深孔加工的末端执行器包括支撑模块1、进给模块2、压力脚模块3、主轴模块5、除尘冷却模块4、视觉找正模块6和PLC控制器。
[0033] 其中，支撑模块1包括第一安装板210和第二安装板220，第一安装板210的顶面通过连接法兰与工业机器人连接，工业机器人优先采用KUKA500工业机器人，通过工业机器人能够对本实施例用于深孔加工的末端执行器进行整体性的移动，使得本实施例用于深孔加工的末端执行器移动到加工
位置。
[0034] 进给模块2包括第一进给模块21第二进给模块222，第一进给模块21能够驱动第二安装板220相对第一安装板210左右移动，第二进给模块222能够驱动主轴模块5相对第二安装板220左右移动。
[0035] 具体的，第一进给模块21包括第一伺服电机211伺服电机和第一丝杠螺母机构，第一丝杠螺母机构包括通过轴承与第一安装板210转动连接的第一螺杆215和与第二安装板220固连的第一螺母222，轴承安装在第一安装板210的下方第一轴承座214内，第一伺服电机211固设在第一安装板210下方的第一电机支座212上且能够驱动第一螺杆215转动，第一伺服电机211的输出轴通过第一联轴器213与第一螺杆215连接，第一安装板210的底面上设置有两个均与第一螺杆215平行的第一滑轨216，第二安装板220的顶面设置有四个第一滑块221，两个第一滑块221与一个第一滑轨216滑动配合，另两个第一滑块221与另一个第一滑轨216滑动配合。
[0036] 第二进给模块222包括第二伺服电机223和第二丝杠螺母机构，第二丝杠螺母机构包括通过轴承与第二安装板220转动连接的第二螺杆229和与主轴模块5固连的第二螺母52，轴承安装在第二安装板220下方的第二轴承座228内，第二伺服电机223固设在第二安装板220下方的第二电机支座226上且能够驱动第二螺杆229转动；第二伺服电机223的输出轴通过第二联轴器227与第二螺杆229连接，第二安装板220的底面上设置有两个均与第二螺杆229平行的第二滑轨230，主轴模块5的顶面设置有四个第二滑块53，两个第二滑块53与一个第二滑轨230滑动配合，另两个第二滑块53与另一个第二滑轨230滑动配合。
[0037] 一个第一滑轨216的两端分别设置有第一限位开关217，另一个第一滑轨216的两端分别设置有第一限位块218，两个第一限位开关217位于两个第一限位块218内侧，第二安装板220能够先触发第一限位开关217再接触第一限位块218。
[0038] 第二安装板220的底面设置有四个第二限位块231，四个第二限位块231均位于两个第二滑轨230之间，两个第二限位块231靠近一个第二滑轨230，另两个第二限位块231靠近另一个第二滑轨230，第二安装板220的侧壁设置有两个第二限位开关224，两个第二限位开关224位于两个第二限位块231内侧，主轴模块5能够先触发第二限位开关224再接触第二限位块231；第二限位开关224采用圆形触头，主轴模块5的侧部设置有限位撞块，主轴模块5到达一级防护行程时限位撞块触发第二限位开关224，若第二限位开关224失效，主轴模块5继续行进不会损坏第二限位开关224，到达二级防护行程时，主轴模块5的前端或后端撞击第二限位块231。
[0039] 本实施例用于深孔加工的末端执行器还包括设置在第一安装板210和第二安装板220侧部的第一光栅尺219和设置在第二安装板220和主轴模块5侧部的第二光栅尺225，第一光栅尺219的固定组件安装于第一安装板210的侧部、移动组件安装于第二安装板220的侧部，第二光栅尺225的固定组件安装于第二安装板220的侧部、移动组件安装于主轴模块5的侧部；第一光栅尺219能够检测第二安装板220相对第一安装板210的位移，第二光栅尺
225能够检测主轴模块5相对第二安装板220的位移，电主轴54、第一伺服电机211、第二伺服电机223、第一光栅尺219及第二光栅尺225分别与PLC控制器电连接。
[0040] 压力脚模块3包括安装在第二安装板220的一端且与第二安装板220垂直的第一支撑板30和安装在第二安装板220上的压力脚主体31，压力脚主体31上设置有通孔，主轴模块5包括电主轴54，电主轴54穿设在主轴夹套51中，电主轴54的一端设置有朝向且能够穿过通孔的复合钻头56，复合钻头56尾端设置有刀柄55。压力脚模块3还包括设置在压力脚主体31与第一支撑板30之间的四个螺栓孔33处的压力传感器34和周向均匀设置在压力脚主体31表面的四个激光传感器32，第一支撑板30位于压力脚主体31和主轴模块5之间，压力传感器
34和激光传感器32分别与PLC控制器电连接。压力传感器34能够实时测量压力脚主体31与被压紧零件之间的压力，作为进给反馈变量闭环输入PLC控制器，PLC控制器的型号为1511-
1PN，当该压力达到设定值时PLC控制器自动关闭第一伺服电机211，第一进给模块21停止进给，保证被压紧零件受到的压紧力准确、可控。四个激光传感器32能够自动测得其与被压紧零件之间的距离，四个激光传感器32分别发出激光打在被压紧零件上，由于作用面较小，此时可以将被压紧零件接收激光的范围看做一个平面，激光传感器32能够测得传感器与壁板之间的相对位移，由平面理论知当四个激光传感器32测得的位移相等时，末端执行器上压力脚的轴线与壁板的法线方向保持一致，至此法向调平工作完成。
[0041] 视觉找正模块6包括顶端与第二安装板220固连的第二支撑板61，第二支撑板61靠近第一支撑板30，第二支撑板61上设置有光源支架62和视觉相机63，光源支架62上设置有视觉光源64，视觉相机63和视觉光源64分别与PLC控制器电连接，视觉相机63为IS8402M-363-50Conex智能相机，PLC控制器与视觉相机63中的视觉补正系统交互协同工作。实际制孔过程中，工业机器人是依照离线程序在壁板上进行钻孔，离线程序中的制孔点称为理论制孔点，理论制孔点与实际需要制孔的
定位点会存在一定的位置偏移误差。视觉找正主要通过视觉相机63的视觉测量技术来实现的，视觉相机63对壁板表面进行视觉拍照，然后视觉找正系统对所拍摄的图像进行
像素计算处理，计算出定位钉的几何中心，同时计算出视觉相机63当前所处位置与定位钉几何中心的偏差值(ΔX，ΔY)，并将其反馈到PLC控制器中，PLC控制器通过工业
机器人控制系统控制机器人根据反馈回来的相关的偏移数值进行修正，进而保证机器人制孔的位置精度在±0.1mm以内，保证机器人制孔的位置精度。
[0042] 除尘冷却模块4包括微量喷雾式自动润滑系统和防爆吸尘器，微量喷雾式自动润滑系统的型号为UNIST/UNI-MAX 201，该微量喷雾式自动润滑系统采用微量喷雾形式，通过细微的喷口喷射润滑油，从而起到对钻头在工作后进行冷却及润滑的作用。微量喷雾式自动润滑系统与末端执行器分离设置，放置于机器人底座旁，微量喷雾式自动润滑系统的喷头通过冷却管连接到压力脚主体31上侧处的冷却管接口41，实现对加工区域的冷却轮滑。防爆吸尘器通过吸尘管与压力脚主体31的下侧处的吸尘管接口42连接；防爆吸尘器的型号为英格玛SX/30-EX，其具有良好的
真空度和空气流量，可长时间、持续地应用于难清理场所，具有高的可靠性。配备了三相大功率交流电机驱动的同轴
涡轮，安置在垃圾箱后方，牢固可靠，极为实用。防爆吸尘器安装于机器人底座上，吸尘口处采用刚性吸尘管与压力脚主体31下侧处的吸尘管接口42连接，吸尘管的吸尘口伸向深孔加工时的排屑区域，然后用适当长的可伸缩软管，通过
机器人手臂连到机器人底座垃圾箱上的进气口处。
[0043] 本实施例用于深孔加工的末端执行器的工作过程如下：
[0044] 首先，通过工业机器人将本实施例用于深孔加工的末端执行器移动到工作部位，使得压力脚主体31和视觉相机63均对准飞机壁板的待制孔位置，视觉相机63对壁板表面进行视觉拍照，然后视觉找正系统对所拍摄的图像进行像素计算处理，计算出定位钉的几何中心，同时计算出视觉相机63当前所处位置与定位钉几何中心的偏差值(ΔX，ΔY)，并将其反馈到控制系统中，由机器人系统控制机器人根据反馈回来的相关的偏移数值进行修正，进而保证机器人制孔的位置精度在±0.1mm以内，保证机器人制孔的位置精度；然后PLC控制器开启第一伺服电机211，第一伺服电机211驱动压力脚模块3进给，压力脚主体31逐渐压紧飞机壁板，待压力传感器34所反馈的压力值达到设定值后，PLC控制器自动关闭第一伺服电机211，同时开启电主轴54和第二伺服电机223，第二伺服电机223驱动主轴模块5进给，直至复合钻头56穿过压力脚主体31中心的通孔与飞机壁板待制孔部位接触，然后继续使主轴模块5进给复合钻头56开始在飞机待制孔部位制孔，主轴制孔过程是一个PLC控制器-电主轴54-第二伺服电机223-第二光栅尺225-第二限位开关224之间的监测与控制过程。通过PROFIBUS总线对电主轴54的转速进行设置，通过调整转速控制的
电压模拟量，对第二伺服电机223的进给速度进行设置；在整个制孔过程中，对主轴
扭矩进行监测以确保制孔过程的顺利进行；主轴模块5为钻头制孔提供旋转的动力，由
变频器驱动，转速可通过PLC控制器设定，制孔过程中保持恒定功率或恒定扭矩输出，同时变频器对制孔过程中的扭矩进行监测，用于加工状态实时监测。制孔完成后，PLC控制器开启第二伺服电机223驱动主轴模块5返回原位，然后再开启第一伺服电机211驱动压力脚模块3返回原位。
[0045] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“
水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0046] 本
说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
