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CN104440833A - 一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置 - Google Patents

一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置 Download PDF

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Abstract

一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置属于精密仪器及机械技术领域；本发明提出一种基于回复力恒定结构的四点定位式的二维调整定位装置，支承柱A和X轴高度调整装置沿X轴分布，支承柱B和Y轴高度调整装置沿Y轴分布，X轴与Y轴正交；该装置绕Y轴调倾时驱动电机正向旋转，千分螺杆驱动工作台面绕Y轴正向转动，驱动电机反向旋转，千分螺杆通过被预紧的碟簧将驱动力传递至紧固连接块，驱动工作台面绕Y轴反向转动；该装置绕X轴调倾时，Y轴高度调整装置与X轴高度调整装置的调倾方式相同；本发明建立了一种用于航空发动机装配的同时兼有高精度、高刚度和大承载特性的转动二维调整定位装置。

Description

一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置。
背景技术
近年来，随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展，特别是航空发动机性能的不断提升，对发动机加工装配的精度要求越来越高，尤其是在追求更高推重比的同时，由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能的影响逐渐凸显出来，这就对发动机的测试装备性能提出了严峻的挑战，因而也对所使用的调整定位工作台性能有了更高的要求，对发动机的加工装配，不仅要求工作台实现平面上二维调整的功能，而且要求工作台能调整工件的倾角，实现调倾功能。
英国的泰勒霍普森公司研制了三点法调心调倾工作台。这种工作台由三个构成等边三角形的支点A、B、P来支撑工作台台面。其中P点固定，其它的A、B两点配有驱动机构可以实现在垂直方向上微移动，从而实现工件倾角的调整（A.B. Barnaby,M.W.Mills,H.R.Lane. Metrological apparatus workpiece position controller-automatically centres and levels by computer using surface data from transducer with transverse compensation after tilting.EP240150-A2.1987:2~8）。该工作台用驱动机构来直接承载负载，负载的所有重量都落在三个支点上，这就要求驱动机构要有很大的的驱动力，这种工作台不能用在大承载的情况下。
日本的东京精密公司设计了一种可以在正交的两个方向分别进行偏心和倾斜调整的工作台，并给出了一种利用多个测量截面来获取工件轴线方向的倾斜调整方法（Katamachi, Shouzou. Roundness Measurement Apparatus. US2008015 4540. 2008:1~5）。
西安威而信精密仪器有限公司的专利CN201110450087“一种多功能测量仪用大型三维调整平台”提出了一种多功能测量仪用大型三维调整平台，平台中分布的两个伸缩电机可推动中间平台沿旋转组件作转动运动，并带动上平台一起作旋转运动，从而实现对工件Z方向倾斜摆动的调整。该平台的倾斜调整只能绕一个旋转组件旋转，倾斜调整能力有限且精度不高。
专利98229568.5“高精度快速自动调平机构”提出了一种高精度快速调平机构，其工作原理是：电机带动偏心轮转动，基座中的弹簧使顶针与偏心轮相靠，带动定位钉和定标板沿轴承套上下移动，定标板为气浮止推轴承，端面均布若干个节流微孔；承件台与半球相连，当在半球和半球座之间通以压力空气时，承件台可绕半球座球心转动，由上升气缸带动承件台上下移动, 当工件与定标板接近时，形成气膜而间接相靠将工件调平。
上述发明的共同之处是均不能应用在大载荷的情况下，然而在航空发动机装配中，叶片等回转体组件重达几百千克，且叶片装配是直接在工作台上进行，这就要求使用的调整工作台能够承受大载荷并有很高的定位可靠性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出一种基于回复力恒定结构的四点定位式的二维调整定位装置，四点定位式可保证X轴与Y轴正交，即调倾旋转轴正交；回复力恒定结构可使该装置达到无随动误差和高刚度的效果，达到工作台面绕X轴和绕Y轴高精度、高稳定性转动的目的。
上述目的通过以下的技术方案实现：
一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置，该装置包括部件单元A和部件单元B两个部分；部件单元A包括工作台面、球环，所述的工作台面上布置有支承面a1、支承面a2、支承面a3和支承面a4，支承面a1、支承面a2和支承面a3为平面结构，支承面a4为V型槽结构；部件单元B的底座上固定有支承柱A、支承柱B、X轴高度调整装置和Y轴高度调整装置，其中支承柱A和X轴高度调整装置沿X轴分布，支承柱B和Y轴高度调整装置沿Y轴分布，X轴与Y轴相互正交；底座上布置有球碗型支承面b1；
球环固定在工作台面上，球环与底座的支承面b1配合；部件单元A的支承面a1与支承柱A接触配合；部件单元A的支承面a4与支承柱B接触配合；部件单元A的支承面a2与Y轴高度调整装置接触配合；部件单元A的支承面a3与X轴高度调整装置接触配合；
X轴高度调整装置包括驱动电机、蜗杆、涡轮、紧固连接块、垫圈、碟簧、千分螺杆和导向座；驱动电机与底座固连，所述驱动电机与蜗杆相连，蜗杆与涡轮齿轮啮合，涡轮位于导向座内部，涡轮与千分螺杆螺纹配合，挡圈和碟簧位于千分螺杆与紧固连接块之间紧固连接块与支承面a3连接；所述的Y轴高度调整装置与X轴高度调整装置的结构组成相同；
该装置绕Y轴调倾时，驱动电机正向旋转，通过蜗杆和涡轮传动，带动千分螺杆驱动工作台面1绕Y轴正向转动；驱动电机反向旋转，千分螺杆通过被预紧的垫圈和碟簧将驱动力传递至紧固连接块，驱动工作台面绕Y轴反向转动；该装置绕X轴调倾时， Y轴高度调整装置与X轴高度调整装置对工作台面的调倾方式相同。
调倾过程中工作台面受支承柱A、支承柱B、X轴高度调整装置和Y轴高度调整装置四点支承。
通过调节紧固连接块与支承面a3的相对距离，对碟簧施加不同程度的预紧力，当紧固连接块与支承面a3的相对距离保持不变时，驱动工作台面反向运动的回复力恒定。
碟簧可采用单个碟簧结构、成对碟簧面对面结构或成对碟簧背对背结构，以获得不同程度的预紧力。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置中支承柱A和X轴高度调整装置沿X轴分布，支承柱B和Y轴高度调整装置沿Y轴分布，X轴与Y轴相互正交，绕X轴调倾与绕Y轴调倾解耦，极大地降低了双向调倾的复杂度，避免了传统的方法调倾耦合的问题；
2本发明装置中X轴高度调整装置和Y轴高度调整装置采用回复力恒定结构与工作台面连接，在进行X轴调倾和Y轴调倾时，提供恒定的回复力；能够消除随动误差，提高了X轴调倾和Y轴调倾的精确性和灵敏性，达到工作台面绕X轴和绕Y轴高刚度、高稳定性转动的目的。
本发明方法与装置特别适用于航空发动机转静子装配测量场合，解决大负载或超大负载场合下，对装配测量试件进行精确调整及定位的问题。
附图说明
图1为一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置结构示意图；
图2为一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置的部件单元A结构示意图；
图3为一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置的部件单元B结构示意图；
图4为一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置的X轴高度调整装置的结构剖面图。
图中：A、部件单元A；B、部件单元B；1、工作台面；2、球环；3、底座；4、支承柱A；5、支承柱B；6、X轴高度调整装置；7、Y轴高度回复装置；8、驱动电机；9、蜗杆；10、涡轮；11、紧固连接块；12、垫圈；13、碟簧；14、千分螺杆；15、导向座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置，该装置包括部件单元A和部件单元B两个部分；部件单元A包括工作台面1、球环2，所述的工作台面1上布置有支承面a1、支承面a2、支承面a3和支承面a4，支承面a1、支承面a2和支承面a3为平面结构，支承面a4为V型槽结构；部件单元B的底座3上固定有支承柱A4、支承柱B5、X轴高度调整装置6和Y轴高度调整装置7，其中支承柱A4和X轴高度调整装置6沿X轴分布，支承柱B5和Y轴高度调整装置7沿Y轴分布，X轴与Y轴相互正交；底座3上布置有支承面b1，支承面b1为球碗型结构；
球环2固定在工作台面1上，球环2与底座3的支承面b1配合；部件单元A的支承面a1与支承柱A4接触配合；部件单元A的支承面a4与支承柱B5接触配合；部件单元A的支承面a2与Y轴高度调整装置7接触配合；部件单元A的支承面a3与X轴高度调整装置6接触配合；
X轴高度调整装置6包括驱动电机8、蜗杆9、涡轮10、紧固连接块11、垫圈12、碟簧13、千分螺杆14和导向座15；驱动电机8与底座3固连，驱动电机8与蜗杆9相连，蜗杆9与涡轮10齿轮啮合，涡轮10位于导向座15内，涡轮10与千分螺杆14螺纹配合，挡圈12和碟簧13位于千分螺杆14与紧固连接块11之间，紧固连接块11与支承面a3连接，对两者间的碟簧13施加大小可调的预紧力；所述的Y轴高度调整装置7与X轴高度调整装置6的结构组成相同；
该装置绕Y轴调倾时，驱动电机8提供动力源，通过蜗杆9和涡轮10的齿合结构，把绕水平轴旋转驱动力转化为绕竖直轴旋转驱动力，通过涡轮10和千分螺杆14螺纹配合结构，把绕竖直轴旋转驱动力转化为沿竖直轴直线驱动力；驱动电机8正向旋转时，带动千分螺杆14驱动工作台面1绕Y轴正向转动，驱动电机8反向旋转时，带动千分螺杆14通过挡圈12和碟簧13将驱动力传递至紧固连接块11，驱动工作台面1绕Y轴反向转动；绕X轴调倾与绕Y轴调倾解耦，该装置绕X轴调倾时，Y轴高度调整装置7与X轴高度调整装置6对工作台面1调倾方式相同。
调倾过程中工作台面1受支承柱A4、支承柱B5、X轴高度调整装置6和Y轴高度调整装置8四点支承。
通过调节紧固连接块11与支承面a3的相对距离，对碟簧13施加不同程度的预紧力，该预紧力即为驱动工作台面1反向运动的回复力；在调倾过程中，紧固连接块11与支承面a3的相对距离保持不变，驱动工作台面1反向运动的回复力恒定。
碟簧可采用单个碟簧结构、成对碟簧面对面结构或成对碟簧背对背结构，以获得不同程度的预紧力。

Claims (4)

1.一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置，该装置包括部件单元A和部件单元B两个部分；部件单元A包括工作台面(1)、球环(2)，所述工作台面(1)上布置有支承面a1、支承面a2、支承面a3和支承面a4，支承面a1、支承面a2和支承面a3为平面结构，支承面a4为V型槽结构；其特征在于：部件单元B的底座(3)上固定有支承柱A(4)、支承柱B（5）、X轴高度调整装置（6）和Y轴高度调整装置(7)，其中支承柱A(4)和X轴高度调整装置（6）沿X轴分布，支承柱B（5）和Y轴高度调整装置(7)沿Y轴分布，X轴与Y轴相互正交；底座(3)上布置有球碗型支承面b1；
球环(2)固定在工作台面(1)上，球环(2)与底座(3)的支承面b1配合；部件单元A的支承面a1与支承柱A(4)接触配合；部件单元A的支承面a4与支承柱B（5）接触配合；部件单元A的支承面a2与Y轴高度调整装置(7)接触配合；部件单元A的支承面a3与X轴高度调整装置（6）接触配合；
X轴高度调整装置（6）包括驱动电机（8）、蜗杆（9）、涡轮（10）、紧固连接块（11）、垫圈（12）、碟簧（13）、千分螺杆（14）和导向座（15）；驱动电机（8）与底座（3）固连，所述驱动电机（8）与蜗杆（9）相连，蜗杆（9）与涡轮（10）齿轮啮合，涡轮（10）位于导向座（15）内部，涡轮（10）与千分螺杆（14）螺纹配合，挡圈（12）和碟簧（13）位于千分螺杆（14）与紧固连接块（11）之间，紧固连接块（11）与支承面a3连接；所述的Y轴高度调整装置(7)与X轴高度调整装置（6）的结构组成相同；
该装置绕Y轴调倾时，驱动电机（8）正向旋转，通过蜗杆（9）和涡轮（10）传动，带动千分螺杆（14）驱动工作台面(1)绕Y轴正向转动；驱动电机（8）反向旋转，千分螺杆（14）通过挡圈（12）和碟簧（13）将驱动力传递至紧固连接块（11），驱动工作台面(1) 绕Y轴反向转动；对装置绕X轴调倾时，Y轴高度调整装置(7)与X轴高度调整装置（6）对工作台面（1）的调倾方式相同。
2.根据权利要求1所述的一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置，其特征在于：调倾过程中工作台面(1)受支承柱A(4)、支承柱B（5）、X轴高度调整装置（6）和Y轴高度调整装置(7)四点支承。
3.根据权利要求1所述的一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置，其特征在于：通过调节紧固连接块（11）与支承面a3的相对距离，对碟簧（13）施加不同程度的预紧力，当紧固连接块（11）与支承面a3的相对距离保持不变时，驱动工作台面(1)反向运动的回复力恒定。
4.根据权利要求1所述的一种无随动误差的高刚度转动二维调整定位装置，其特征在于：碟簧（13）可采用单个碟簧结构、成对碟簧面对面结构或成对碟簧背对背结构，以获得不同程度的预紧力。
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