CN1544283A - 三自由度工装机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三自由度工装机构，用于大型板件和大型平面、曲面钢板的拼装，包括一个点焊在固定钢板上的支架，分别固定在支架两端的两个固定铰支座和固定在支架悬空臂上的悬空固定铰支座，以及点焊在活动钢板上的一个活动铰支座，支架上三个固定铰支座与活动铰支座之间的连接件为三条采用丝杆螺母传动结构的伸缩件，四个铰支座和三条伸缩件构成一个三棱锥，三条伸缩件构成三棱锥的三条棱，通过调整伸缩件的长度来控制临时点焊在活动钢板上的活动铰支座引领活动钢板上拼装点准确定位。本发明的工装机构可同时控制拼接点的三个自由度，迅速实现两板件的准确拼装，有效避免了现有技术重复定位的缺陷，提高了工作效率。

Description

三自由度工装机构

技术领域：

本发明涉及一种三自由度工装机构，可用于大型板件和大型平面、曲面钢板的拼装，属于工装夹具类技术领域。

背景技术：

目前在船厂的大型板材的拼装过程中，由于板件的质量大，易变型，拼装工具简陋等多种原因，至使拼装效率低下。两块3×5m与3×10m的大型平钢板的拼接时间多在一个小时以上。相当面积的曲面钢板的拼装周期甚至长达一个工作日。如此低的拼装效率根本无法满足现代造船的要求。

目前在船舶建造工艺过程中缺乏专门的拼装工具，大型板材或结构的拼装工具主要是手提葫芦。在使用过程中，由于手提葫芦只能控制一个自由度的一个方向，又由于拼装一个自由度时，会影响其它自由度的定位，使已经定位的自由度失去定位。这样就造成了反复拼装，反复定位，不仅造成了拼装定位效率低下，而且拼装定位质量很难得到保证。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有拼装技术的不足，提供一种新型三自由度工装机构，其结构简单，使用方便，能同时控制拼装点的全部三个自由度，大幅度提高拼装定位的效率。

为实现这样的目的，本发明设计的三自由度工装包括：一个可以点焊在固定钢板上的支架，分别固定在支架两端的两个固定铰支座和固定在支架悬空臂上的悬空固定铰支座，以及点焊在活动钢板上的一个活动铰支座，支架上三个固定铰支座与活动铰支座之间的连接件为三条伸缩件，这三条伸缩件的一端分别铰接于支架上的三个固定铰支座，而另一端全部铰接于点焊在待移动钢板的活动铰支座上。由于活动钢板没有固定，所以固定于其上的活动铰支座也是可以在X、Y、Z三个方向上自由移动，也就是四个铰支座中，有三个绝对固定，一个未固定。从结构上看，四个铰支座和三条伸缩件就组成了一个三棱锥。四个铰支座确定了三棱锥的四个顶点，三条伸缩件构成三棱锥的三条棱。三棱锥的底面三点依三个固定铰支座确定，三条棱受伸缩件的控制长度可自由调整。当三棱锥的底面三角形固定，而三条棱长可调时，其顶点可在空间任意位置定位。因此当伸缩件的长度按相应的要求进行调整时，可以通过控制活动铰支座(临时点焊在活动钢板上)来引领活动钢板上拼装点准确定位。从而实现两板件(或机构)的准确拼装。

在使用过程中，1、用大型起吊洐车将两钢板吊装置于台架，并实现两板间的粗略拼对；2、先将支架底面临时点焊在固定钢板上，活动铰支座临时点焊于活动钢板上；3、将三个伸缩件按要求分别安装在铰支座上，调整三个伸缩件的长度，使活动板上的焊接点与固定板上的焊接点对齐。4、将两钢板在拼接点点焊拼装。

由于丝杆螺母传动结构简单，传动平稳、精确，适于微驱动，在不驱动时能够自锁，因此本发明选择螺母丝杆机构作为伸缩件。

本发明三自由度工装机构能够克服手提葫芦在半精定位时不能微驱动、误差大，不能自锁需要反复调整的缺点。更为重要的是由于本发明的工装机构可同时控制拼接点的三个自由度，可一次将拼接点定位到指定位置，从而有效的避免了原有定位过程中，在X、Y、Z三个方向上多次定位的缺陷；同时还可以避免原有过程中，因为一个方向的定位过程会影响其它方向的定位，致使其它方向失去定位，造成反复定位的缺陷。

本发明的三自由度工装机构原理清晰，结构简单，易于操作。由于丝杆螺母传动结构简单，传动平稳、精确，适于微驱动，在不驱动时能够自锁，因此能够克服手提葫芦在半精定位时不能微驱动、误差大，不能自锁需要反复调整的缺点，更为重要的是由于本发明的工装机构可同时控制拼接点的三个自由度，可一次将拼接点定位到指定位置，从而有效避免了原有定位过程中在X、Y、Z三个方向上多次定位，重复定位的缺陷，提高了工作效率。本发明除了应用于船厂的大型平板或曲面板拼装对接外，还可以应用于大型结构的拼装，如桥梁、建筑施工过程中大型结构的拼装等。

附图说明：

图1为本发明三自由度工装机构的结构原理图。

图1中，1、2、3为固定铰支座，4为活动铰支座，5为伸缩件。

图2本发明三自由度工装机构的结构示意图。

图2中，1、2、3为固定铰支座，4为活动铰支座，5为伸缩件，6为支架，7为固定钢板，8为活动钢板，9为固定钢板上的拼装点，10为活动钢板上的拼装点。

图3为本发明三自由度工装机构中采用的伸缩件5的结构示意图。

如图3所示，伸缩件5采用丝杆螺母结构，图中11为丝杆，12为螺母，13为铰环。

图4为两钢板拼装实施例中，拼装前的情况示意图。

图5为两钢板拼装实施例中，拼装完成的情况示意图。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明的三自由度工装机构原理如图1所示，三个固定铰支座1、2、3与活动铰支座4组成三棱锥的四个顶点，三条伸缩件5组成三棱锥的三条棱边。当适当改变三条伸缩件的长度时，即改变了三棱锥三条棱的长度，可使三棱锥的顶点4在空间三个自由度内任何位置准确定位。

本发明设计的三自由度工装机构如图2所示，包括：一个可以点焊在固定钢板上的支架6，分别固定在支架6上的三个固定铰支座1、2、3和点焊在活动钢板上的活动铰支座4，支架6一端固定一个固定铰支座1，另一端固定另一个固定铰支座2，支架6的悬空臂上固定一个悬空固定铰支座3，固定铰支座1、2、3与活动铰支座4之间的连接件采用三个伸缩件5，这三个伸缩件的一端分别铰接于支架6上的三个固定铰支座1、2、3上，另一端全部铰接于活动铰支座4上。由图1可知，四个铰支座1、2、3、4和三条伸缩件5构成了一个三棱锥。四个铰支座1、2、3、4确定了三棱锥的四个顶点，其中三个顶点为固定铰支座1、2、3，固定在支架6上，一个顶点为活动铰支座4未固定。三条伸缩件5构成三棱锥的三条棱。当三条棱长适当改变时，其顶点(活动铰支座4)可定位于空间任意位置。由于活动铰支座4点焊固接在活动钢板8上，因此当伸缩件5的长度按相应的要求调整时，活动铰支座4可引领活动钢板上拼装点10准确定位于固定钢板上的拼装点9上，从而实现两板件7、8(或机构)的准确拼装。

本发明的伸缩件5采用丝杆螺母传动结构，包括两丝杆11、螺母12和分别固定在两丝杆11上的铰环13组成。当两个铰环13分别铰接于铰支座上时，用板手旋动螺母12即可使该伸缩件自由伸缩。

在使用过程中，先用大型起吊洐车将两钢板7、8吊装置于台架，并实现两板的粗略拼对，再将支架6底面点焊在固定钢板7上，将活动铰支座4临时点焊在活动钢板8上，然后将三个伸缩件5按图2所示安装在活动铰支座4上，并用扳手根据情况旋转螺母12，以调整三个伸缩件5的长度，使在活动板上的焊接点10与固定板上的焊接点9对齐，最后将两钢板在拼接点9、10点焊完成拼装。

由于丝杆螺母传动结构简单，传动平稳、精确，适于微驱动，在不驱动时能够自锁，因此不需要反复调整，可通过同时调整三个伸缩件5控制拼接点的三个自由度，迅速将拼接点定位到指定位置。

Claims (2)

1、一种三自由度工装机构，其特征在于包括：一个可以点焊在固定钢板(7)上的支架(6)，分别固定在支架(6)上的三个固定铰支座(1、2、3)和点焊在活动钢板(8)上的活动铰支座(4)，支架(6)一端固定一个固定铰支座(1)，另一端固定另一个固定铰支座(2)，支架(6)的悬空臂上固定一个悬空固定铰支座(3)，三个固定铰支座(1、2、3)与活动铰支座(4)之间的连接件采用三条伸缩件(5)，四个铰支座(1、2、3、4)和三条伸缩件(5)构成一个三棱锥，三条伸缩件(5)构成三棱锥的三条棱。

2、如权利要求1的三自由度工装机构，其特征在于所述的伸缩件(5)采用丝杆螺母传动结构，包括两丝杆(11)、螺母(12)和分别固定在两丝杆(11)上的铰环(13)。

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