CN104647246B - 双旋转坐标数控调姿平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双旋转坐标数控调姿平台，用于解决现有数控调姿平台实用性差的技术问题。技术方案是包括工件安装平板、A轴运动电机、B轴运动电机、A轴直齿消隙齿轮、B轴直齿消隙齿轮、A轴传动丝杠、B轴传动丝杠、A轴回转轴心轴承和B轴回转定心轴承。A、B轴运动电机经过减速器驱动A、B轴直齿消隙齿轮，进而带动A、B轴传动丝杠，A、B轴传动丝杠做直线运动，工件安装平板与A、B轴传动丝杠构成连杆机构，A、B轴传动丝杠在做直线运动时实现了工件安装平板绕A、B轴回转轴心轴承做旋转运动；由于连杆机构的稳定性，实现了直线运动量与旋转角度的一一映射，保证了调姿平台工作的稳定性和精确性。

Description

双旋转坐标数控调姿平台
技术领域
本发明涉及飞机数字化装配技术领域，具体涉及一种双旋转坐标数控调姿平台。
背景技术
飞机装配是飞机制造过程关键的一个环节，工作量大，周期长。传统飞机部件装配中，为保证部件能被准确定位，多采用大型固定对接平台，这些大型固定对接平台通常是以一个大部件作为不动基准，其余部件采用具有若干自由度的手动工装去对接。如何保证中小部件的位姿质量是一个棘手的问题，为此装配车间需要定期检查校准平台，费时费力，且对接工装是一对一设计的，只能适用于特定机型。在装配过程中，飞机部件质量大且外部形状复杂，部件姿态判断困难、手工装配困难、质量得不到保证。同时，为了确保装配顺利可靠，传统大部件在装配中需要设计标准工装，这花费了大量装配时间，增加了装配成本。20世纪90年代以来，随着国际市场中军民飞机供应商之间竞争日益激烈，飞机更新换代越来越频繁，制造水平的也不断提高，对飞机部件数字化装配技术的需求也越来越强烈，各种新的装配工艺技术与计算机技术的应用发展也成为数字化装配技术的基础。
在飞机大部件数控调姿定位过程，为了实现大部件的精确定位，需要***不仅能够满足X、Y、Z三个方向的水平定位还要能实现旋转方向的定位。然而目前国内的调姿设备大多只具备直线坐标的调整，对大部件的姿态调整是通过多个三坐标或四坐标***合作完成，少数具有旋转坐标的定位机构，在旋转方向上的定位装置无法保证大部件调姿的稳定性和准确性。
文献“授权公告号是CN102745338A的中国发明专利”公开了一种中机身数字化调姿装配***。整个调姿装备利用十六个直线坐标***，通过调姿算法对所有的***进行运动路径规划，完成对各***的协同控制，实现中机身的数控调姿。这种调姿方式固然能够很好地完成对大部件的调资定位，然而，成本高，控制难度大，对调姿算法的依赖性很强，无法简单独立完成的部件的旋转定位。
文献“授权公告号是CN102152133A的中国发明专利”公开了一种五坐标定位机构。X、Y、Z方向利用丝杠、导轨和齿轮副进行传动，A向采用轴套筒和心轴传动，电机驱动心轴，心轴连接轴套筒，轴套筒连接外部移动件，竖直方向两个移动板通过不同速度运动实现B向转动。这种机构五个坐标运动控制相对独立、简单，运动独立，然而在旋转方向该机构无法实现对大部件的稳定的、精确的定位控制。
发明内容
为了克服现有数控调姿平台实用性差的不足，本发明提供一种双旋转坐标数控调姿平台。该调姿平台包括工件安装平板、A轴运动电机、B轴运动电机、A轴直齿消隙齿轮、B轴直齿消隙齿轮、A轴传动丝杠、B轴传动丝杠、A轴回转轴心轴承和B轴回转定心轴承。A、B轴运动电机经过减速器驱动A、B轴直齿消隙齿轮，进而带动A、B轴传动丝杠，A、B轴传动丝杠做直线运动，工件安装平板与A、B轴传动丝杠构成连杆机构，A、B轴传动丝杠在做直线运动时实现了工件安装平板绕A、B轴回转轴心轴承做旋转运动；由于连杆机构的稳定性，实现了直线运动量与旋转角度的一一映射，保证了调姿平台工作的稳定性和精确性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双旋转坐标数控调姿平台，其特点是包括支撑底座1、工件安装平板2、A轴运动电机3、B轴运动电机4、A轴直齿消隙齿轮5、B轴直齿消隙齿轮6、A轴传动丝杠7、B轴传动丝杠8、A轴回转轴心轴承9、B轴回转定心轴承10、弧形导轨11、传动单元回转轴承12、耳座13、支撑板14、齿轮箱15、齿轮箱支座16、铰链机构17和B坐标定心轴18。
所述工件安装平板2是镂空钢板，调姿平台的A坐标旋转运动时，工件安装平板2与支撑板14相对静止。所述支撑板14是田字形镂空式钢板，支撑板14中央装有B轴回转定心轴承10，B轴回转定心轴承10通过B坐标定心轴18和弧形导轨滑块副与支撑板14相连，两段弧形导轨11以B坐标定心轴18为圆心，对称地分置于支撑板14上，所述耳座13有四个，以B坐标定心轴18为圆心，均布于工件安装平板2上，并通过螺钉与工件安装平板2固连，弧形导轨11分布半径小于耳座13的半径。
所述支撑底座1为加筋铸件，外形呈不规则状，通过地脚螺栓与地面固定，在支撑底座1前端面是矩形连接区域，该连接区域顶端往下用螺钉对称固连一组铰链机构17，该链接区域的底端中央通过螺钉固连齿轮箱支座16，铰链机构17两端分别连接支撑底座1和支撑板14，铰链机构17内部装有A轴回转轴心轴承9，齿轮箱支座16与齿轮箱15通过传动单元回转轴承12的回转轴相连，齿轮箱15内部装有一对A轴直齿消隙齿轮5和一对B轴直齿消隙齿轮6。外部用螺钉固连A轴运动电机3及其减速器和B轴运动电机4及其减速器。所述A轴传动丝杠7是螺母旋转式滚珠丝杠，A轴传动丝杠7一端装入A轴直齿消隙齿轮5内部，另一端与传动单元回转轴承12的回转轴固连，形成铰链机构17，该铰链机构17通过螺钉固连在支撑板14上，在调姿平台进行回转运动时，A轴运动电机3输出轴通过减速器与A轴直齿消隙齿轮5啮合，进而推动A轴传动丝杠7向前做直线运动，支撑底座1的前端面、A轴传动丝杠7、A轴回转轴心轴承9、传动单元回转轴承12以及支撑板14构成连杆机构，将直线运动转化为支撑板14绕A轴回转轴心的旋转运动，实现直线运动量与旋转角度的一一映射关系。
所述B轴传动丝杠8是螺母旋转式滚珠丝杠，B轴传动丝杠8的一端装入B轴直齿消隙齿轮6内部，另一端与传动单元回转轴承12的回转轴固连，形成另一铰链机构17，该铰链机构17通过螺钉固连在支撑板14上；调姿平台进行回转运动时，B轴运动电机4输出轴通过减速器与B轴直齿消隙齿轮6啮合，进而推动B轴传动丝杠8向前做直线运动，支撑板14、B轴传动丝杠8、B坐标定心轴18、传动单元回转轴承12以及B轴回转定心轴承10构成连杆机构，将直线运动转化为工件安装平板2绕B坐标定心轴18的旋转运动，实现直线运动量与旋转角度的一一映射关系。
所述支撑底座1的加筋是空心结构。
本发明的有益效果是：该调姿平台包括工件安装平板、A轴运动电机、B轴运动电机、A轴直齿消隙齿轮、B轴直齿消隙齿轮、A轴传动丝杠、B轴传动丝杠、A轴回转轴心轴承和B轴回转定心轴承。A、B轴运动电机经过减速器驱动A、B轴直齿消隙齿轮，进而带动A、B轴传动丝杠，A、B轴传动丝杠做直线运动，工件安装平板与A、B轴传动丝杠构成连杆机构，A、B轴传动丝杠在做直线运动时实现了工件安装平板绕A、B轴回转轴心轴承做旋转运动；由于连杆机构的稳定性，实现了直线运动量与旋转角度的一一映射，保证了调姿平台工作的稳定性和精确性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明双旋转坐标数控调姿平台的轴侧图。
图2是本发明双旋转坐标数控调姿平台的侧视图。
图3是本发明双旋转坐标数控调姿平台的正视图。
图4是本发明双旋转坐标数控调姿平台的俯视图。
图5是图3的Z-Z剖面图。
图6是图4的D-D剖面图。
图中，1-支撑底座；2-工件安装平板；3-A轴运动电机；4-B轴运动电机；5-A轴直齿消隙齿轮；6-B轴直齿消隙齿轮；7-A轴传动丝杠；8-B轴传动丝杠；9-A轴回转轴心轴承；10-B轴回转定心轴承；11-弧形导轨；12-传动单元回转轴承；13-耳座；14-支撑板；15-齿轮箱；16-齿轮箱支座；17-铰链机构；18-B坐标定心轴。
具体实施方式
参照图1～6。本发明双旋转坐标数控调姿平台包括支撑底座1、工件安装平板2、A轴运动电机3、B轴运动电机4、A轴直齿消隙齿轮5、B轴直齿消隙齿轮6、A轴传动丝杠7、B轴传动丝杠8、A轴回转轴心轴承9、B轴回转定心轴承10、弧形导轨11、传动单元回转轴承12、耳座13、支撑板14、齿轮箱15、齿轮箱支座16、铰链机构17和B坐标定心轴18。
所述支撑底座1为加筋铸件，通过地脚螺栓将支撑底座1固定到地面上，在调姿过程中，支撑底座1起到配重的作用，铸件外形成不规则状，内部加筋且是空心的，既保证了支撑底座1的整体刚度又达到减重作用，支撑底座1前端面用铣刀加工出矩形连接区域，该连接区域顶端往下50mm处用螺钉对称固连着一组铰链机构17，该链接区域的底端中央通过螺钉固连齿轮箱支座16，铰链机构17两端分别连接支撑底座1和支撑板14，内部装有A轴回转轴心轴承9，齿轮箱支座16与齿轮箱15通过传动单元回转轴承12的回转轴相连，齿轮箱15内部装有一对A轴直齿消隙齿轮5，外部用螺钉固连A轴运动电机3及其减速器，A轴直齿消隙齿轮5内部装有A轴传动丝杠7，这是一种螺母旋转式滚珠丝杠，它的另一端与传动单元回转轴承12的回转轴固连，形成铰链机构17，铰链机构17通过螺钉固连在支撑板14上，在进行调姿平台的A坐标回转运动时，A轴运动电机3输出轴通过减速器与A轴直齿消隙齿轮5啮合，进而推动A轴传动丝杠7向前做直线运动，支撑底座1的前端面、A轴传动丝杠7、A轴回转轴心轴承9、传动单元回转轴承12以及支撑板14构成一种稳定的连杆机构，将上述直线运动转化为支撑板14绕A轴回转轴心的旋转运动，且可以精确地实现直线运动量与旋转角度的一一映射关系。
所述支撑板14是一种“田”字镂空式钢板，板厚50mm，板中央装有B坐标定心轴18，两段弧形导轨11以B坐标定心轴18为圆心，对称地分置于支撑板14上，圆半径为580mm，B轴上的齿轮箱支座16通过螺钉固连在支撑板14的顶部，B轴上的齿轮箱支座16内部装有一对B轴直齿消隙齿轮6，外部用螺钉固连B轴运动电机4及其减速器，B轴直齿消隙齿轮6内部装有B轴传动丝杠8，这是一种螺母旋转式滚珠丝杠，它的另一端与传动单元回转轴承12的回转轴固连，形成铰链机构17，铰链机构17通过螺钉与支撑板14固连；所述工件安装平板2是一种镂空钢板，中央装有B轴回转定心轴承10，通过B坐标定心轴18和弧形导轨滑块副与支撑板14相连，调姿平台的A坐标旋转运动时，工件安装平板2与支撑板14相对静止，调姿平台的B坐标回转运动时，B轴运动电机4输出轴通过减速器与B轴直齿消隙齿轮6啮合，进而推动B轴传动丝杠8向前做直线运动，支撑板14、B轴传动丝杠8、B坐标定心轴18、传动单元回转轴承12以及B轴回转定心轴承10构成一种连杆机构，将上述直线运动转化为工件安装平板2绕B坐标定心轴18的旋转运动，且可以精确地实现直线运动量与旋转角度的一一映射关系。
所述四个耳座13，以650mm的半径，B坐标定心轴18为圆心，均布于工件安装平板2上，并通过螺钉与工件安装平板2固连，四个耳座13用于安装被调姿大部件，保证大部件与工件安装平板2的运动一致性。
本发明的使用步骤如下：
1)工件吊装，采用快插将工件的连接孔与工件安装板上安装耳座相连；
2)安装保形工装，在工件安装板上端安装保形工装，并使保形工装与工件连接；
3)使用激光跟踪仪测量被调姿部件上的测量点，计算机分析工件姿态生成调姿程序；
4)双旋转坐标数控调姿平台执行计算机生成的调姿程序，实现2个旋转坐标的姿态调整。
本发明相比现有技术具有：1)双旋转坐标数控调姿平台具有2个旋转坐标的调节A、B；设计原理上使用连杆机构，利用杠杆原理，使电机所需扭矩很小，在稳定地驱动工件安装板做旋转运动时，很好的保证运动的稳定性；2)且A、B坐标的传动单元在连接处均装有轴承，传动过程中轴承转动，确保连杆机构的数学模型不会发生改变，并且两个旋转坐标运动均采用全闭环伺服控制，具备速度和位置的反馈，在调姿过程中，将丝杠的直线运动转化为旋转运动时，可以精确地实现直线运动量与旋转角度的一一映射关系，保证了调姿平台的定位精度。

Claims (2)

1.一种双旋转坐标数控调姿平台，其特征在于：包括支撑底座(1)、工件安装平板(2)、A轴运动电机(3)、B轴运动电机(4)、A轴直齿消隙齿轮(5)、B轴直齿消隙齿轮(6)、A轴传动丝杠(7)、B轴传动丝杠(8)、A轴回转轴心轴承(9)、B轴回转定心轴承(10)、弧形导轨(11)、传动单元回转轴承(12)、耳座(13)、支撑板(14)、齿轮箱(15)、齿轮箱支座(16)、铰链机构(17)和B坐标定心轴(18)；
所述工件安装平板(2)是镂空钢板，调姿平台的A坐标旋转运动时，工件安装平板(2)与支撑板(14)相对静止；所述支撑板(14)是田字形镂空式钢板，支撑板(14)中央装有B轴回转定心轴承(10)，B轴回转定心轴承(10)通过B坐标定心轴(18)和弧形导轨滑块副与支撑板(14)相连，两段弧形导轨(11)以B坐标定心轴(18)为圆心，对称地分置于支撑板(14)上，所述耳座(13)有四个，以B坐标定心轴(18)为圆心，均布于工件安装平板(2)上，并通过螺钉与工件安装平板(2)固连，弧形导轨(11)分布半径小于耳座(13)的半径；
所述支撑底座(1)为加筋铸件，外形呈不规则状，通过地脚螺栓与地面固定，在支撑底座(1)前端面是矩形连接区域，该连接区域顶端往下用螺钉对称固连一组铰链机构(17)，该连接区域的底端中央通过螺钉固连齿轮箱支座(16)，铰链机构(17)两端分别连接支撑底座(1)和支撑板(14)，铰链机构(17)内部装有A轴回转轴心轴承(9)，齿轮箱支座(16)与齿轮箱(15)通过传动单元回转轴承(12)的回转轴相连，齿轮箱(15)内部装有一对A轴直齿消隙齿轮(5)和一对B轴直齿消隙齿轮(6)；外部用螺钉固连A轴运动电机(3)及其减速器和B轴运动电机(4)及其减速器；所述A轴传动丝杠(7)是螺母旋转式滚珠丝杠，A轴传动丝杠(7)一端装入A轴直齿消隙齿轮(5)内部，另一端与传动单元回转轴承(12)的回转轴固连，形成铰链机构(17)，该铰链机构(17)通过螺钉固连在支撑板(14)上，在调姿平台进行回转运动时，A轴运动电机(3)输出轴通过减速器与A轴直齿消隙齿轮(5)啮合，进而推动A轴传动丝杠(7)向前做直线运动，支撑底座(1)的前端面、A轴传动丝杠(7)、A轴回转轴心轴承(9)、传动单元回转轴承(12)以及支撑板(14)构成连杆机构，将直线运动转化为支撑板(14)绕A轴回转轴心的旋转运动，实现直线运动量与旋转角度的一一映射关系；
所述B轴传动丝杠(8)是螺母旋转式滚珠丝杠，B轴传动丝杠(8)的一端装入B轴直齿消隙齿轮(6)内部，另一端与传动单元回转轴承(12)的回转轴固连，形成另一铰链机构(17)，该铰链机构(17)通过螺钉固连在支撑板(14)上；调姿平台进行回转运动时，B轴运动电机(4)输出轴通过减速器与B轴直齿消隙齿轮(6)啮合，进而推动B轴传动丝杠(8)向前做直线运动，支撑板(14)、B轴传动丝杠(8)、B坐标定心轴(18)、传动单元回转轴承(12)以及B轴回转定心轴承(10)构成连杆机构，将直线运动转化为工件安装平板(2)绕B坐标定心轴(18)的旋转运动，实现直线运动量与旋转角度的一一映射关系。
2.根据权利要求1所述的双旋转坐标数控调姿平台，其特征在于：所述支撑底座(1)的加筋是空心结构。
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