CN106563941A - 用于部件孔轴装配的立式装配装备 - Google Patents

用于部件孔轴装配的立式装配装备 Download PDF

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Abstract

一种用于部件孔轴装配的立式装配装备，包括：设置于垂向大范围进给机构上的用于保证被动安全的被动顺应装置以及设置于横向大范围进给机构上的用于精密调姿功能的六自由度精密调姿机构，其中：待装配孔件设置于被动顺应装置上且正对设置于六自由度精密调姿机构上的待装配轴件。本发明用于完成航空发动机装配，装置结构紧凑、分级控制、操作精度高、六自由度调姿、装配效率高、保证待装配件的被动安全。

Description

用于部件孔轴装配的立式装配装备
技术领域
本发明涉及的是一种装配技术领域的设备，具体是一种用于部件间孔轴精密装配的立式装配装备。
背景技术
当前我国大型涡扇发动机低压涡轮转子装配及其他大型部件间装配过程中，仍大量采用手工借助吊车完成装配工艺，很容易造成磕碰和卡滞，效率低下，工人的操作经验是影响装配质量的关键因素。而随着高性能发动机的研发，联接配合精度要求越来越高，手工装配已无法满足要求。针对这一重大问题，研制一套智能化装配装备来完成发动机的高压转子装配，提高装配精度，同时保证转子等核心部件的被动安全。
发明内容
本发明针对现有装置只能实现一移动两转动的三个自由度运动，不能满足大型航空发动机高压转子立式装配五个自由度运动的需求，不能应用于高压转子立式智能化装配以及不具有大范围精密调姿功能，调姿精度不足等缺陷，提出一种用于部件孔轴装配的立式装配装备，用于完成航空发动机装配，装置结构紧凑、分级控制、操作精度高、六自由度调姿、装配效率高、保证待装配件的被动安全。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：设置于垂向大范围进给机构上的用于保证被动安全的被动顺应装置以及设置于横向大范围进给机构上的用于精密调姿功能的六自由度精密调姿机构，其中：待装配孔件设置于被动顺应装置上且正对设置于六自由度精密调姿机构上的待装配轴件。
所述的垂向大范围进给机构包括：垂向立柱和Z向滑台，其中：滑台与立柱通过丝杠导轨连接。
所述的横向大范围进给机构包括：底座、X向滑台和Y向滑台，其中：X向滑台通过X向丝杠导轨与底座连接，Y向滑台通过Y向丝杠导轨同X向滑台连接。
所述的六自由度精密调姿机构与X向滑台连接，被动顺应装置与Z向滑台连接。
所述的被动顺应装置的具体结构包括：分别设置于定平台顶部和底部的凸轮顶杆机构和平面展开机构，一端分别与定平台和平面展开机构转动连接的弹性吊杆以及与弹性吊杆另一端转动连接的动平台，由谐波减速器驱动的凸轮顶杆机构带动弹性吊杆转动，实现弹性吊杆倾角变化。
所述的凸轮顶杆机构包括：电机、谐波减速器、凸轮和四根径向设置的顶杆滑块机构，其中：谐波减速器与电机输出轴相连，顶杆滑块机构的顶杆与凸轮相接触，滑块设置于定平台滑轨，凸轮设置于定平台中央。
所述的平面展开机构包括：两组各四根L形连杆，其中：每组L形连杆首尾转动连接组成闭环，L形连杆的中间设有转动副且两组L形连杆共八个转动副两两对应转动连接，两组L形连杆中共四个首尾转动连接点分别通过转动副与凸轮顶杆机构中的顶杆滑块机构相连。
所述的弹性吊杆包括：G字形结构的吊杆体和弹性组件，其中：弹性组件的两端分别与吊杆体的一端及中部相连，吊杆体的中部与定平台转动连接，所述一端与平面展开机构转动连接，另一端与动平台转动连接，具体地，弹性吊杆通过转动副与凸轮顶杆机构滑块上转动副座相连；平面展开机构通过转动副与弹性吊杆的一端相连；弹性吊杆另一端通过万向铰或转动副与动平台相连。
所述的六自由度精密调姿机构包括：动平台、一维运动支链和动平台，其中：待装配轴件固定设置于动平台上，六个各自通过折返式电缸驱动的一维运动支链分别通过球铰链和万向铰与动平台和定平台相连，定平台设置于横向大范围进给机构上。
技术效果
与现有技术相比，本发明将顺应装置和六自由度精密调姿机构分离布置，从而实现高精度定位功能，六自由度精密调姿机构能够实现精确定位功能，被动顺应装置在特殊情况孔轴壁接触时不损坏部件。该装备可以实现长孔轴精密装配，减小定位误差，保证装配安全，实现孔轴精密装配。
附图说明
图1为本发明正等侧视图；
图2为本发明侧视图；
图3为本发明正视图；
图4为被动顺应装置侧视图；
图5为被动顺应装置隐藏静平台俯视图；
图6为被动顺应装置平面展开机构俯视图；
图7为六自由度精密调姿机构；
图中：凸轮顶杆1、滑块2、滑轨3、定平台4、转动副座5、上摆杆6、挡片7、弹性单元8、连接片9、下摆杆10、U副座11、动平台12、转动副座13、转动关节14、平面展开机构15、L形连杆16、转动关节17、谐波减速器18、凸轮19、电机20、转动关节21、转动关节22、垂向立柱23、控制柜24、Z向滑台25、被动顺应装置26、待装配孔件27、待装配轴件28、六自由度精密调姿机构29、Y向滑台30、X向滑台31、底座32、动平台33、球铰链34、一维力传感器35、折返式电缸36、万向铰37、定平台38。
具体实施方式
如图1～3所示，本实施例中，待装配孔轴的大范围运动通过横向和垂向大范围进给机构实现，垂向大范围进给机构包括：垂向立柱23和Z向滑台25；横向大范围进给机构包括：底座32、X向滑台31和Y向滑台30，其中：Z向滑台25同垂向立柱23通过丝杠滑轨连接，Y向滑台30同用于精密调姿的六自由度精密调姿机构29通过丝杠滑轨连接，X向滑台31同Y向滑台30通过丝杠滑轨连接，用于保证被动安全的被动顺应装置26与Z向滑台25固定连接，六自由度精密调姿机构29同Y向滑台30固定连接，待装配孔轴件分别同六自由度精密调姿机构29和被动顺应装置26通过夹具连接。
所述的装配过程通过引入激光跟踪仪等精密测量仪器得到孔轴相对位置，通过大范围进给机构粗调对准孔轴；通过Z向进给机构和六自由度精密调姿机构29的实时调节完成精密装配，通过被动顺应装置26保证被动安全。
如图4‐6所示，本实施例中，凸轮顶杆机构包括：凸轮顶杆1、滑块2、滑轨3、凸轮19、谐波减速器18、电机20；弹性吊杆包括：转动副座5、上摆杆6、挡片7、弹性单元8、连接片9、下摆杆10，该弹性吊杆上端通过转动副座5同滑块2相连，下端通过U副座11与动平台12相连。
本实施例中，平面展开机构11包括八根L形连杆16，其中：L形连杆16末端间转动副连接形成转动关节21、22，L形连杆16中点间连接形成转动关节21；转动关节21通过转动副与转动关节14连接，转动关节14通过转动副与转动副座13连接。
如图4‐6所示，本装置的展开和收缩通过电机6带动凸轮顶杆机构1实现，顶杆7上下的转动副和U副用于协调进给量，平面展开机构3受力，作用相当于当电机6不进给时锁死顶杆7上部转动副。所述电机6作为驱动输入，带动装置运动。通过调整连杆角度，实现末端动平台5上的不同刚度性能，实现被动顺应装配。
所述的凸轮顶杆机构1和弹性吊杆7具有圆周阵列分布的布置形式。
如图7所示，为六自由度精密调姿机构29，其中：待装配轴件28固定设置于动平台33上，六个各自通过折返式电缸36驱动的一维运动支链分别通过球铰链34和万向铰37与动平台33和定平台38相连，定平台38设置于横向大范围进给机构上。
所述的一维运动支链上设有一维力传感器35。
本实施例中，通过设计凸轮顶杆机构、修改弹性元件8的材料、尺寸等参数以及弹性吊杆7长度可以获得变化中的不同刚度性能。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种用于部件孔轴装配的立式装配装备，其特征在于，包括：设置于垂向大范围进给机构上的用于保证被动安全的被动顺应装置以及设置于横向大范围进给机构上的用于精密调姿功能的六自由度精密调姿机构，其中：待装配孔件设置于被动顺应装置上且正对设置于六自由度精密调姿机构上的待装配轴件。
2.根据权利要求1所述的立式装配装备，其特征是，所述的垂向大范围进给机构包括：垂向立柱和Z向滑台，其中：滑台与立柱通过丝杠导轨连接；所述的横向大范围进给机构包括：底座、X向滑台和Y向滑台，其中：X向滑台通过X向丝杠导轨与底座连接，Y向滑台通过Y向丝杠导轨同X向滑台连接；所述的六自由度精密调姿机构与X向滑台连接，被动顺应装置与Z向滑台连接。
3.根据权利要求1所述的立式装配装备，其特征是，所述的被动顺应装置包括：分别设置于定平台顶部和底部的凸轮顶杆机构和平面展开机构，一端分别与定平台和平面展开机构转动连接的弹性吊杆以及与弹性吊杆另一端转动连接的动平台，由谐波减速器驱动的凸轮顶杆机构带动弹性吊杆转动，实现弹性吊杆倾角变化。
4.根据权利要求3所述的立式装配装备，其特征是，所述的凸轮顶杆机构包括：电机、谐波减速器、凸轮和四根径向设置的顶杆滑块机构，其中：谐波减速器与电机输出轴相连，顶杆滑块机构的顶杆与凸轮相接触，滑块设置于定平台滑轨，凸轮设置于定平台中央。
5.根据权利要求3所述的立式装配装备，其特征是，所述的平面展开机构包括：两组各四根L形连杆，其中：每组L形连杆首尾转动连接组成闭环，L形连杆的中间设有转动副且两组L形连杆共八个转动副两两对应转动连接，两组L形连杆中共四个首尾转动连接点分别通过转动副与凸轮顶杆机构中的顶杆滑块机构相连。
6.根据权利要求3所述的立式装配装备，其特征是，所述的弹性吊杆包括：G字形结构的吊杆体和弹性组件，其中：弹性组件的两端分别与吊杆体的一端及中部相连，吊杆体的中部与定平台转动连接，所述一端与平面展开机构转动连接，另一端与动平台转动连接，具体地，弹性吊杆通过转动副与凸轮顶杆机构滑块上转动副座相连；平面展开机构通过转动副与弹性吊杆的一端相连；弹性吊杆另一端通过万向铰或转动副与动平台相连。
7.根据权利要求4所述的立式装配装备，其特征是，所述的凸轮，其形线半径与转动角度具有线性传递关系。
8.根据权利要求1所述的立式装配装备，其特征是，所述的六自由度精密调姿机构包括：动平台、一维运动支链和动平台，其中：待装配轴件固定设置于动平台上，六个各自通过折返式电缸驱动的一维运动支链分别通过球铰链和万向铰与动平台和定平台相连，定平台设置于横向大范围进给机构上。
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