CN112872758A - 一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置 - Google Patents

一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置。包括立柱、Z向导轨副、Z向蜗轮蜗杆减速机、Z向梯形丝杆副、Z轴伺服电机、Z向滑板、B轴翻转座、B轴蜗轮蜗杆回转式减速器、B轴蜗轮蜗杆减速机、B轴转动驱动电机、左安装节、右安装节、A轴旋转座、A轴旋转蜗轮蜗杆减速机、A轴旋转驱动电机、HMI人机界面、底座框架、调整撑脚、万向脚轮、底座滑板、圆弧导轨、控制柜等，针对粒子分离器单元体在装配过程中，可以实现产品的整体Z轴上下移动、B轴0～180度翻转和A轴0～180度旋转功能，以解决装配过程中人机工程操作可达性需求，具有柔性化、自动化、多功能等特点，从而提升装配效率和质量，降低人工劳动强度。

Description

一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置
技术领域
本发明涉及一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，属于航空航天发动机自动化、数字化和智能化制造装配领域。
背景技术
航空发动机是飞机的“心脏”，被誉为“现代工业皇冠上的明珠”，其制造水平是一个国家军事装备、科技工业水平和综合国力的重要标志。近年来，在国外发动机生产企业，如斯奈克玛(SNECMA)、普惠(PW)等，已经从传统的手工装配模式向自动化、数字化、智能化先进制造技术转型升级，尤其是生产线与核心装备方面投入效果明显。目前，国内航空发动机装配仍然采用传统固定站位式装配模式及手工装配方法，其装配精度高低和装配质量稳定性，严重依赖于装配工人的操作经验和熟练程度，装配质量不稳定、装配效率低、工人劳动强度大、装配作业管理困难。发动机结构复杂、零件数量多，从部装到总装在装配过程中需要涉及大量反复装配、测量等工作，人机工程可达性差，往往需要对发动机进行上下或圆周方向重复多次翻转操作，便于发动机进行装配和尺寸测量等作业。在国内各个航空发动机制造主机厂，无论是单元体部件装配，还是总装装配均采用传统的焊接简易装配架，自动化程度低，效率低，严重制约了当代飞机制造对发动机提出的短交付周期、高可靠性和长寿命等的要求。
本发明针对以上需求，提出了一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，根据单元体装配过程中操作需求，实现自动完成发动机装配过程中在行程范围内的Z向上下移动、A轴旋转、B轴翻转功能，人工劳动强度降低、可达性好；是航空发动机装配从传统固定装配模式向柔性化、数字化、智能化装配技术变革的一项重要发明创新，在航空航天发动机数字化、智能化装配领域中具有广泛应用前景。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，具有柔性化、自动化、数字化程度高、投入成本低、工人操作可达性好、装配效率高等特点，针对航空发动机涉及大量单元体部件装配，进行全面技术升级具有重要意义。
本发明提供了一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其包括立柱、Z向导轨副、Z向蜗轮蜗杆减速机、Z向梯形丝杆副、Z轴伺服电机、Z向滑板、B轴翻转座、B轴蜗轮蜗杆回转式减速器、B轴蜗轮蜗杆减速机、B轴转动驱动电机、左安装节、右安装节、A轴旋转座、A轴旋转蜗轮蜗杆减速机、A轴旋转驱动电机、HMI人机界面、底座框架、调整撑脚、万向脚轮、底座滑板、圆弧导轨、控制柜；
所述底座框架底部安装有万向脚轮和调整撑脚，实现柔性定位装置的整体自由移动和工作过程中的稳定支撑；Z向滑板通过Z向导轨副与立柱相连，HMI人机界面接收用户控制指令并将控制指令传输给Z轴伺服电机，Z轴伺服电机驱动Z向蜗轮蜗杆减速机和Z向梯形丝杆副，实现Z向滑板上下运动,B轴蜗轮蜗杆回转式减速器、固定在Z向滑板上，B轴转动驱动电机与B轴蜗轮蜗杆减速机直联，B轴蜗轮蜗杆减速机与B轴蜗轮蜗杆回转式减速器相连，B轴翻转座与B轴蜗轮蜗杆回转式减速器的输出端相连，B轴蜗轮蜗杆回转式减速器带动B轴翻转座实现B轴翻转运动；A轴旋转座通过圆弧导轨与B轴翻转座相连，A轴旋转座上安装有左安装节和右安装节，航空发动机粒子分离器单元体被左安装节、右安装节夹紧在A轴旋转座上；控制柜安装在底座框架上，并位于立柱的后面；所述立柱的底部通过底座滑板与底座框架形成移动副，可前后移动并在移动行程上的任一位置进行锁死，A轴旋转驱动电机与A轴旋转蜗轮蜗杆减速机直连；A轴旋转蜗轮蜗杆减速机固定在B轴翻转座上，其输出端带有齿轮，所述齿轮与A轴旋转座上的齿条啮合，带动A轴旋转座实现A轴旋转运动。
根据本发明的优选方案，所述A轴旋转座上固定的粒子分离器单元体，根据粒子分离器单元体在装配过程中的需求，可以实现整体Z向上下移动、A轴旋转、B轴翻转的功能。
根据本发明的优选方案，所述B轴翻转座Z向在移动行程范围内任意位置可调；A轴旋转角度在转角行程范围内任意角度可调，调整范围为0～180度；B轴翻转角度在转角行程范围内任意角度可调，调整范围为0～180度。
根据本发明的优选方案，所述B轴翻转座的转动轴线与Z向垂直，A轴旋转座的转动轴线与B轴翻转座的转动轴线相互垂直。
根据本发明的优选方案，所述底座滑板的可滑动方向与B轴翻转座的翻转轴线方向平行。
根据本发明的优选方案，Z向、B轴驱动全部采用蜗轮蜗杆或梯形丝杆组合的双机械自锁结构，A轴驱动采用蜗轮蜗杆与齿轮齿条的单机械自锁结构。
根据本发明的优选方案，所述A轴旋转座呈圆弧形，其外圆弧上设有与所述A轴旋转蜗轮蜗杆减速机输出端齿轮啮合的齿条。
根据本发明的优选方案，所述的左安装节和右安装节分别设置在所述A轴旋转座的左右两端。
根据本发明的优选方案，所述左安装节、右安装节各自设有一个自锁气缸，且独立控制，通过自锁气缸的打开和关闭实现粒子分离器单元体在A轴旋转座上的自动夹持。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1)本发明可以实现对飞机发动机粒子分离器单元体在装配过程中沿Z轴升降，A轴旋转和B轴翻转的功能。可以满足发动机在装配过程中全方位装配角度的需求；
2)本发明具有HMI大屏幕操作界面，具有操作简单直观，数据反馈清晰明了的优点；
3)本发明具有灵活移动，随处可停的便捷性优点。
附图说明
图1是粒子分离器单元体装配柔性定位装置轴侧视图；
图2是粒子分离器单元体装配柔性定位装置主视图；
图3是粒子分离器单元体装配柔性定位装置左视图；
图4是粒子分离器单元体装配柔性定位装置右视图；
图5是粒子分离器单元体装配柔性定位装置俯视图；
图中：立柱1、Z向导轨副2、Z向蜗轮蜗杆减速机3、Z向梯形丝杆副4、Z轴伺服电机5、Z向滑板6、B轴翻转座7、B轴蜗轮蜗杆回转式减速器8、B轴蜗轮蜗杆减速机9、B轴转动驱动电机10、左安装节11、右安装节12、A轴旋转座13、A轴旋转蜗轮蜗杆减速机14、A轴旋转驱动电机15、HMI人机界面16、底座框架17、调整撑脚18、万向脚轮19、底座滑板20、圆弧导轨21、控制柜22。
具体实施方式
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的一部分实施例，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作出创造性劳动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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、2、3、4、5所示，本发明粒子分离器单元体装配柔性定位装置,包括立柱1、Z向导轨副2、Z向蜗轮蜗杆减速机3、Z向梯形丝杆副4、Z轴伺服电机5、Z向滑板6、B轴翻转座7、B轴蜗轮蜗杆回转式减速器8、B轴蜗轮蜗杆减速机9、B轴转动驱动电机10、左安装节11、右安装节12、A轴旋转座13、A轴旋转蜗轮蜗杆减速机14、A轴旋转驱动电机15、HMI人机界面16、底座框架17、调整撑脚18、万向脚轮19、底座滑板20、圆弧导轨21、控制柜22；
所述底座框架17底部安装有万向脚轮19和调整撑脚18，实现柔性定位装置的整体自由移动和工作过程中的稳定支撑；Z向滑板6通过Z向导轨副2与立柱1相连，HMI人机界面16接收用户控制指令并将控制指令传输给Z轴伺服电机5，Z轴伺服电机5驱动Z向蜗轮蜗杆减速机3和Z向梯形丝杆副4，实现Z向滑板6上下运动,B轴蜗轮蜗杆回转式减速器8、固定在Z向滑板6上，B轴转动驱动电机10与B轴蜗轮蜗杆减速机9直连，B轴蜗轮蜗杆减速机9与B轴蜗轮蜗杆回转式减速器8相连，B轴翻转座7与B轴蜗轮蜗杆回转式减速器8的输出端相连，B轴蜗轮蜗杆回转式减速器8带动B轴翻转座7实现B轴翻转运动；A轴旋转座13通过圆弧导轨21与B轴翻转座7相连，A轴旋转座13上安装有左安装节11和右安装节12，航空发动机粒子分离器单元体被左安装节11、右安装节12夹紧在A轴旋转座13上；控制柜22安装在底座框架17上，并位于立柱1的后面；所述立柱1的底部通过底座滑板20与底座框架17形成移动副，可前后移动并在移动行程上的任一位置进行锁死，A轴旋转驱动电机15与A轴旋转蜗轮蜗杆减速机14直连；A轴旋转蜗轮蜗杆减速机14固定在B轴翻转座7上，其输出端带有齿轮，所述齿轮与A轴旋转座13上的齿条啮合，带动A轴旋转座13实现A轴旋转运动。
所述B轴翻转座7的转动轴线(B轴)与Z向垂直，A轴旋转座13的转动轴线(A轴)与B轴翻转座7的转动轴线(B轴)相互垂直。所述底座滑板20的可滑动方向与B轴翻转座7的翻转轴线方向(B轴)平行。
在本发明的一个优选实施例中，B轴翻转座7上固定的粒子分离器单元体，根据粒子分离器单元体在装配过程中人机工程需求，可以实现整体Z向上下移动、A轴旋转和B轴翻转的功能。
在本发明的一个优选实施例中，B轴翻转座7上Z向上下在移动行程范围内任意位置可调；A轴旋转角度在转角行程范围内任意角度可调，调整范围为0～180度；B轴翻转角度在转角行程范围内任意角度可调，调整范围为0～180度。
在本发明的一个优选实施例中，Z向采用蜗轮蜗杆减速机+梯形丝杆副驱动结构，A轴采用蜗轮蜗杆减速机配合齿轮齿条驱动结构，B轴采用蜗轮蜗杆减速机配合蜗轮蜗杆回转减速器驱动结构。
在本发明的一个优选实施例中，Z向、B轴驱动全部采用蜗轮蜗杆或梯形丝杆组合的双机械自锁结构措施，A轴采用蜗轮蜗杆加齿轮齿条单自锁结构，保证装配过程中产品和人员绝对安全。
在本发明的一个优选实施例中，采用B轴翻转座与蜗轮蜗杆回转式减速器直连结构。
在本发明的一个优选实施例中，采用左安装节、右安装节，实现粒子分离器单元体在A轴旋转座上的自动夹持。
在本发明的一个具体实施例中，本发明提供了一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置的工作方法，根据单元体装配过程中操作需求，本装置可完成发动机装配过程中在行程范围内的Z向上下移动、A轴旋转、B轴翻转功能。
首先，可通过底座框架底部安装的万向脚轮和调整撑脚，实现柔性定位装置的整体自由移动和工作过程中的稳定支撑；
本发明通过左安装节、右安装节使粒子分离器单元体在A轴旋转座上被自动夹持。左安装节、右安装分别由两个自锁气缸控制，自锁气缸自带过载保护，只要对正了自锁气缸就可顺利打开到设定位置，实现夹紧功能。。
本发明的Z向上下移动功能通过Z向导轨副2、Z向蜗轮蜗杆减速机3、Z向梯形丝杆副4、Z轴伺服电机5、Z向滑板6实现，其中Z轴伺服电机5与Z向蜗轮蜗杆减速机3相连，Z向蜗轮蜗杆减速机3的输出驱动Z向梯形丝杆副4的转动，从而可实现与Z向梯形丝杆副4上可移动部相连的Z向滑板6沿Z向导轨副2的移动。
B轴翻转功能的实现如下：B轴转动驱动电机10与B轴蜗轮蜗杆减速机9直连，B轴蜗轮蜗杆减速机9与B轴蜗轮蜗杆回转式减速器8直连，B轴翻转座(7)与B轴蜗轮蜗杆回转式减速器(8)的输出端相连，B轴驱动电机(10)工作时，经两级减速最终带动B轴翻转座(7)实现B轴翻转运动，B轴翻转角度调整范围为0～180度。
A轴旋转功能的实现如下：固定在B轴翻转座上的A轴旋转蜗轮蜗杆减速机14在A轴旋转驱动电机15驱动下输出动力，A轴旋转蜗轮蜗杆减速机14通过齿轮齿条传动与A轴旋转座13相连，其中A轴旋转座13相连呈圆弧形，其上沿其弧度方向布设有齿条，A轴旋转蜗轮蜗杆减速机14的输出端设置有齿轮，齿轮与齿条啮合，通过A轴旋转驱动电机15的转动，即可实现A轴旋转座13相对于其轴线方向(A轴)的转动。
本发明的Z轴伺服电机5、B轴转动驱动电机10、A轴旋转驱动电机15均分别通过控制柜22的各输出驱动信号独立控制。HMI人机界面16作为用户操作界面，用户可通过启停装置或调整装置工作参数，同时控制柜22还将Z轴伺服电机5、B轴转动驱动电机10、A轴旋转驱动电机15的当前工作参数实时通过HMI人机界面16进行显示。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下进行的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，包括立柱(1)、Z向导轨副(2)、Z向蜗轮蜗杆减速机(3)、Z向梯形丝杆副(4)、Z轴伺服电机(5)、Z向滑板(6)、B轴翻转座(7)、B轴蜗轮蜗杆回转式减速器(8)、B轴蜗轮蜗杆减速机(9)、B轴转动驱动电机(10)、左安装节(11)、右安装节(12)、A轴旋转座(13)、A轴旋转蜗轮蜗杆减速机(14)、A轴旋转驱动电机(15)、HMI人机界面(16)、底座框架(17)、调整撑脚(18)、万向脚轮(19)、底座滑板(20)、圆弧导轨(21)、控制柜(22)；
所述底座框架(17)底部安装有万向脚轮(19)和调整撑脚(18)，实现柔性定位装置的整体自由移动和工作过程中的稳定支撑；Z向滑板(6)通过Z向导轨副(2)与立柱(1)相连，HMI人机界面(16)接收用户控制指令并将控制指令传输给Z轴伺服电机(5)，Z轴伺服电机(5)驱动Z向蜗轮蜗杆减速机(3)和Z向梯形丝杆副(4)，实现Z向滑板(6)上下运动,B轴蜗轮蜗杆回转式减速器(8)、固定在Z向滑板(6)上，B轴转动驱动电机(10)与B轴蜗轮蜗杆减速机(9)直连，B轴蜗轮蜗杆减速机(9)与B轴蜗轮蜗杆回转式减速器(8)相连，B轴翻转座(7)与B轴蜗轮蜗杆回转式减速器(8)的输出端相连，B轴蜗轮蜗杆回转式减速器(8)带动B轴翻转座(7)实现B轴翻转运动；A轴旋转座(13)通过圆弧导轨(21)与B轴翻转座(7)相连，A轴旋转座(13)上安装有左安装节(11)和右安装节(12)，航空发动机粒子分离器单元体被左安装节(11)、右安装节(12)夹紧在A轴旋转座(13)上；控制柜(22)安装在底座框架(17)上，并位于立柱(1)的后面；所述立柱(1)的底部通过底座滑板(20)底座框架(17)形成移动副，可前后移动并在移动行程上的任一位置进行锁死，A轴旋转驱动电机(15)与A轴旋转蜗轮蜗杆减速机(14)直连；A轴旋转蜗轮蜗杆减速机(14)固定在B轴翻转座(7)上，其输出端带有齿轮，所述齿轮与A轴旋转座(13)上的齿条啮合，带动A轴旋转座(13)实现A轴旋转运动。
2.根据权利要求1所述的一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，所述A轴旋转座(13)上固定的粒子分离器单元体，根据粒子分离器单元体在装配过程中的需求，可以实现整体Z向上下移动、A轴旋转、B轴翻转的功能。
3.根据权利要求1所述的一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，所述B轴翻转座(7)Z向在移动行程范围内任意位置可调；A轴旋转角度在转角行程范围内任意角度可调，调整范围为0～180度；B轴翻转角度在转角行程范围内任意角度可调，调整范围为0～180度。
4.根据权利要求1所述的一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，所述B轴翻转座(7)的转动轴线与Z向垂直，A轴旋转座(13)的转动轴线与B轴翻转座(7)的转动轴线相互垂直。
5.根据权利要求1所述的一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，所述底座滑板(20)的可滑动方向与B轴翻转座(7)的翻转轴线方向平行。
6.根据权利要求1所述的一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，Z向、B轴驱动全部采用蜗轮蜗杆或梯形丝杆组合的双机械自锁结构，A轴驱动采用蜗轮蜗杆与齿轮齿条的单机械自锁结构。
7.根据权利要求1所述的一种航空发动机粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，所述A轴旋转座(13)呈圆弧形，其外圆弧上设有与所述A轴旋转蜗轮蜗杆减速机(14)输出端齿轮啮合的齿条。
8.根据权利要求7所述的一种航空发动机粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，所述的左安装节(11)和右安装节(12)分别设置在所述A轴旋转座(13)的左右两端。
9.根据权利要求1所述的一种航空发动机粒子分离器单元体装配柔性定位装置，其特征在于，所述左安装节(11)、右安装节(12)各自设有一个自锁气缸，且独立控制，通过自锁气缸的打开和关闭实现粒子分离器单元体在A轴旋转座(13)上的自动夹持。
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