CN103770044B - 六自由度调整安装机构 - Google Patents

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Abstract

一种六自由度调整安装机构，包括一安装座板、一调整板、三个竖直调整子单元和三个水平调整子单元，在所述的安装座板与所述调整板之间设置所述的三个竖直调整子单元和三个水平调整子单元：两个水平调整子单元分布在安装座板长边同一侧面的两端，第三个水平调整子单元分布在安装座板一个短边侧面的中间，所述的2个竖直调整子单元分布在所述的调整板短边侧面的两端，该短边侧面与安装第三个水平调整子单元的安装座板的短边侧面相应，第三个竖直调整子单元分布在所述的调整板另一短边侧面的中间。本发明适用于大型机械设备分段建造、分段装配时的精密调整和对接，而且结构简单，操作方便，可精密调整安装大载荷机构的六自由度调整安装装置。

Description

六自由度调整安装机构
技术领域
本发明涉及机械调整，特别是一种用于大型设备分段建造、分段装配的六自由度调整安装机构。
背景技术
大型机械分体式建造和安装过程中，各部件之间调整安装精度对整机的使用效果有非常重要的影响。一些大型设备的各部件之间的安装对接精度只依靠机械加工定位面的加工精度是很难保证的，尤其是一些大型光学设备、医疗设备等精密仪器，在各单元已经加工完成的情况下，要保证最终的使用精度，一定要在各单元之间对接安装时进行精密调整定位。
传统的通用工装或专用工装具有一定的局限性，多采用机械式的顶拉方式和丝杆调整，这都要求调整机构有足够刚度的支撑结构，因此结构复杂，体积较大，操作不方便，安装定位精度差，对安装框架的加工要求高。
在先技术(CN 101509637A)描述了一种照明顶部模块安装调整机构，可以实现照明顶部模块六个自由度的精确定位调整，利用气缸升降，自动化程度高。但是此结构四个调整支撑点的高度是由垫片的厚度决定的，不易调整，而且水平方向的位移依靠调整螺钉相互调整，容易干涉，调整操作不方便。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种六自由度调整安装装置，该装置适用于大型机械设备分段建造、分段装配时的精密调整和对接，而且结构简单，操作方便，可精密调整安装大载荷机构的六自由度调整安装装置。
本发明的技术解决方案如下：
一种六自由度调整安装机构，特点在于其构成包括一安装座板、一调整板、三个竖直调整子单元和三个水平调整子单元，所述的调整板和安装座板为相当的长方形板块结构且呈长边和短边一致地上下叠放关系，在所述的安装座板与所述调整板之间设置所述的三个竖直调整子单元和三个水平调整子单元：两个水平调整子单元分布在安装座板长边同一侧面的两端，第三个水平调整子单元分布在安装座板一个短边侧面的中间，所述的2个竖直调整子单元分布在所述的调整板短边侧面的两端，该短边侧面与安装第三个水平调整子单元的安装座板的短边侧面相应，第三个竖直调整子单元分布在所述的调整板另一短边侧面的中间；
每个水平调整子单元包括调整转接块、球头调整螺钉、反向顶紧装置，所述的调整转接块的上端与所述的调整板的下表面固定连接；该调整转接块的下端深入所述的安装座板的方形通孔中，所述的调整转接块的下部具有供所述的球头调整螺钉安装的水平螺孔，所述的安装座板的侧面具有阶梯螺纹孔和通孔，该通孔与所述的安装球头调整螺钉的水平螺孔相对应，便于对球头调整螺钉的调整，
所述反向顶紧装置包括球头压紧杆、水平顶紧弹簧、紧定螺钉、弹簧挡板和调整螺纹柱，所述的球头压紧杆是一端具有球头和大径压盘的杆体，所述的调整螺纹柱是内部左右两端有两个台阶的圆形通孔，中间圆形通孔仅供所述的球头压紧杆的杆体通过筒体，左端孔与球头压紧杆的大径压盘之间用于压紧所述的水平顶紧弹簧，右端孔用于挡住弹簧挡板，该弹簧挡板与球头压紧杆通过紧定螺钉固连在一起，右端孔用以限制球头压紧杆的位置；
所述的反向顶紧装置的调整螺纹柱通过所述的阶梯螺纹孔连接在安装座板的侧面上，反向顶紧装置的球头压紧杆的顶端压紧所述的调整转接块；
每个竖直调整单元包括调整螺柱、支撑弹簧、弹簧支撑板、上锥形垫片、下锥形垫片和垫片盖板，所述的安装座板和所述的调整板的相应的位置分别具有中心螺孔、阶梯螺孔和多阶梯通孔，弹簧支撑板通过螺纹旋入阶梯螺孔中，将所述的支撑弹簧置于所述的弹簧支撑板的圆孔和所述的调整板的多阶梯通孔的下孔中，在多阶梯通孔的上孔中放置所述的下锥形垫片，将所述的调整螺柱的下端经所述的下锥形垫片、支撑弹簧、弹簧支撑板旋入所述的所述的调整板的中心螺孔中，然后放置上锥形垫片，盖上垫片盖板，然后用螺钉将所述的垫片盖板与所述的调整板固定，压紧所述上下锥形垫片。
所述弹簧支撑板的上部外表面为外六角形状。
所述的调整螺柱上端的形状为外六角形状。
所述调整螺柱与安装座通过螺纹连接，通过所述调整螺柱来实现调整板的升降(Z向)。所述弹簧支撑板与所述安装座板由螺纹连接，所述弹簧支撑板上部外表面为外六角形状，便于调整弹簧支撑板与安装座板之间的距离，弹簧支撑板的位置可控制所述支撑弹簧的工作长度，其工作长度由所述安装座板与所述调整板之间的理论距离来计算得到。所述上下锥形垫片与所述调整螺柱之间是锥面与球面接触，可保证各方向的旋转自由度不受调整螺柱干涉，所述垫片盖板固定在所述调整板上，用于压紧所述上下锥形垫片。
所述调整转接块与所述调整板固连，所述球头调整螺钉与调整转接块通过螺纹连接，球头调整螺钉工作时顶紧所述调整板，通过调整所述球头调整螺钉可实现调整板在水平面内移动。在所述反向顶紧装置工作状态下其内部结构中，所述水平顶紧弹簧由所述球头压紧杆和所述调整螺纹柱压紧，从而保证反向顶紧装置一直压紧调整转接块。调整水平方向(X、Y)的位移时，若球头调整螺钉压紧的方向为X正向，球头调整螺钉右旋，可保证所述调整板向X负方向移动；当球头调整螺钉左旋时，由于反向顶紧装置中水平顶紧弹簧处于压紧状态，球头压紧杆会对调整转接块施加向前的力，从而保证调整板向X正向移动。
三个所述竖直调整子单元的分布是根据所述调整板的重心计算得到，尽量使三个竖直调整子单元受到的力相同，这样便于调整和选择所述支撑弹簧。三个所述水平调整子单元的分布要求能够实现调整板水平方向的平移和绕竖直方向的旋转，因此三个分布点分别设在安装座板长边的两端和短边的中间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明六自由度调整安装机构采用一种新型的设计思路，可以对大型设备进行X、Y、Z方向以及绕其旋转的六自由度精确调整安装。由于支撑弹簧承受了大部分的压力，因此调整比较容易，操作比较简单；而且由于调整螺柱受力较小，其螺纹可以采用细牙螺纹，从而使调整精度更高。综上所述，此机构在大型设备分段建造、分段装配时的精密调整和对接领域拥有广泛的前景。
附图说明
图1为本发明六自由度调整安装机构示意图。
图2为水平调整单元剖视图。
图3为反向顶紧装置剖视图。
图4为竖直调整单元剖视图。
图中：1为调整板，2为安装座板，3为竖直调整子单元，4为水平调整子单元。反向顶紧装置400、球头调整螺钉406、调整转接块407；所述反向顶紧装置400包括：调整螺纹柱401、弹簧挡板402、紧定螺钉403、水平顶紧弹簧404以及球头压紧杆405。所述竖直调整子单元3包括调整螺柱301、垫片盖板302、上锥形垫片303、下锥形垫片304、支撑弹簧305以及弹簧支撑板306。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行清楚完整的说明。
本发明六自由度调整安装机构实施例，请参阅图1，本发明六自由度调整安装机构包括调整板1，安装座板2，3个竖直调整单元3，3个水平调整单元4。此实例六自由度调整安装机构中，坐标系如图所示，X方向和Y方向在水平面内，竖直轴为Z方向。安装座板2固定不动，本发明实现的目的是调整安装调整板1上的各单元模块。安装座板2与调整板1之间设有调整安装机构，此调整安装机构包括两种子单元，分别是三个竖直调整子单元和三个水平调整子单元。
请参阅图2，所述水平调整子单元4包括：反向顶紧装置400、球头调整螺钉406、调整转接块407；图示为一个水平调整子单元，所述的调整转接块407的上端与所述的调整板1固连；该调整转接块407的下端深入所述的安装座板2的方形通孔中，调整转接块407的下部具有水平螺孔供所述的球头调整螺钉406安装，所述的安装座板2的侧面具有阶梯螺纹孔和通孔，所述的通孔与所述的安装球头调整螺钉406的水平螺孔相对应，反向顶紧装置400通过所述的阶梯螺纹孔连接在安装座板2的侧面上，反向顶紧装置400的顶端压紧所述的调整转接块407；
所述的球头调整螺钉406与调整转接块407通过螺纹连接，可以相对于调整转接块407前后调节球头调整螺钉406，球头调整螺钉406顶紧所述安装座板2，通过右旋(顺时针)球头调整螺钉406，使调整转接块407带动调整板1向X负方向移动。
请参阅图3，所述反向顶紧装置400包括调整螺纹柱401、弹簧挡板402、紧定螺钉403、水平顶紧弹簧404以及球头压紧杆405。参阅图2和图3，调整螺纹柱401与安装座板2通过螺纹连接，由于工作情况下水平顶紧弹簧404一直处于压缩状态，水平顶紧弹簧对球头压紧杆405就会一直施加X正向的力，从而使球头压紧杆405一直顶紧调整转接块407；当球头调整螺钉406左旋时，由于反向顶紧装置400对球头压紧杆405施加了X正向的力，使的调整转接块407带动调整板1向X正向移动。三处水平调整子单元的分布参阅图1，通过联调三个水平调整子单元可以实现系统在X、Y方向的位移和绕Z轴的旋转。
请参阅图4，所述竖直调整子单元3包括调整螺柱301、垫片盖板302、上锥形垫片303、下锥形垫片304、支撑弹簧305以及弹簧支撑板306。图示为一个竖直调整子单元，其中调整螺柱301与安装座板2通过螺纹连接，上锥形垫片303和下锥形垫片304通过螺钉固连，二者内部都是锥面，此锥面与调整螺柱301的球形面压紧接触，从而当其他两个竖直调整子单元进行上下调整时，调整螺柱301与两锥形垫片不会发生干涉；垫片盖板302固连在调整板1上，压紧上锥形垫片303、下锥形垫片304以及调整螺柱301，调整螺柱301上端形状为外六角，便于调整，通过调整螺柱301的升降带动此竖直调整子单元升降。支撑弹簧305下表面支撑着弹簧支撑板306上，弹簧支撑板306与安装座板2通过螺纹连接，可上下调整弹簧支撑板306来控制弹簧的有效长度，保证工作时弹簧的支撑力在合适的范围内。
三处竖直调整子单元的分布参阅图1，通过联调三个竖直调整子单元可以实现系统在Z向的位移和绕X、Y方向的旋转。因此整个调整机构就可以实现系统在X、Y、Z三个方向的位移和旋转，精确调整系统的六个自由度。

Claims (3)

1.一种六自由度调整安装机构，特征在于其构成包括一安装座板(2)、一调整板(1)、三个竖直调整子单元(3)和三个水平调整子单元(4)，所述的调整板(1)和安装座板(2)为相当的长方形板块结构且呈长边和短边一致地上下叠放关系，在所述的安装座板(2)与所述调整板(1)之间设置所述的三个竖直调整子单元(3)和三个水平调整子单元(4)：两个水平调整子单元(4)分布在安装座板(2)长边同一侧面的两端，第三个水平调整子单元分布在安装座板(2)一个短边侧面的中间，2个竖直调整子单元(3)分布在所述的调整板(1)短边侧面的两端，该短边侧面与安装第三个水平调整子单元的安装座板(2)的短边侧面相应，第三个竖直调整子单元(3)分布在所述的调整板(1)另一短边侧面的中间；
每个水平调整子单元(4)包括调整转接块(407)、球头调整螺钉(406)、反向顶紧装置(400)，所述的调整转接块(407)的上端与所述的调整板(1)的下表面固定连接；该调整转接块(407)的下端深入所述的安装座板(2)的方形通孔中，所述的调整转接块(407)的下部具有供所述的球头调整螺钉(406)安装的水平螺孔，所述的安装座板(2)的侧面具有阶梯螺纹孔和通孔，该通孔与所述的安装球头调整螺钉(406)的水平螺孔相对应，便于对球头调整螺钉(406)的调整，
所述反向顶紧装置(400)包括球头压紧杆(405)、水平顶紧弹簧(404)、紧定螺钉(403)、弹簧挡板(402)和调整螺纹柱(401)，所述的球头压紧杆(405)是一端具有球头和大径压盘的杆体，所述的调整螺纹柱(401)是内部左右两端有两个台阶的圆形通孔，中间圆形通孔仅供所述的球头压紧杆(405)的杆体通过筒体，左端孔与球头压紧杆(405)的大径压盘之间用于压紧所述的水平顶紧弹簧(404)，右端孔用于挡住弹簧挡板(402)，该弹簧挡板(402)与球头压紧杆(405)通过紧定螺钉(403)固连在一起，右端孔用以限制球头压紧杆(405)的位置；
所述的反向顶紧装置(400)的调整螺纹柱(401)通过所述的阶梯螺纹孔连接在安装座板(2)的侧面上，反向顶紧装置(400)的球头压紧杆(405)的顶端压紧所述的调整转接块(407)；
每个竖直调整单元(3)包括调整螺柱(301)、支撑弹簧(305)、弹簧支撑板(306)、上锥形垫片(303)、下锥形垫片(304)和垫片盖板(302)，所述的安装座板(2)和所述的调整板(1)的相应的位置分别具有中心螺孔、阶梯螺孔和多阶梯通孔，弹簧支撑板(306)通过螺纹旋入阶梯螺孔中，将所述的支撑弹簧(305)置于所述的弹簧支撑板(306)的圆孔和所述的调整板(1)的多阶梯通孔的下孔中，在多阶梯通孔的上孔中放置所述的下锥形垫片(304)，将所述的调整螺柱(301)的下端经所述的下锥形垫片(304)、支撑弹簧(305)、弹簧支撑板(306)旋入所述的调整板(1)的中心螺孔中，然后放置上锥形垫片(303)，盖上垫片盖板(302)，然后用螺钉将所述的垫片盖板(302)与所述的调整板(1)固定，压紧所述上下锥形垫片。
2.根据权利要求1所述的六自由度调整安装机构，其特征在于所述的所述弹簧支撑板(306)的上部外表面为外六角形状。
3.根据权利要求1所述的六自由度调整安装机构，其特征在于所述的调整螺柱(301)上端的形状为外六角形状。
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