CN104440836A - 基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整方法与装置 - Google Patents

基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整方法与装置 Download PDF

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Abstract

基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整方法与装置属于精密仪器及机械技术领域；本发明提出一种通过支承柱A、支承柱B、驱动单元A和驱动单元B对工作台面进行倾角调整；两个驱动单元使工作台面绕X轴与Y轴转动,驱动单元采用蜗轮蜗杆传动；球环与工作台面刚性连接，球碗为底座的一个结构并与球环配合，球碗布满通孔，每个通孔内嵌入球形滚动体，球环落在球形滚动体上；通过驱动单元A驱动工作台面绕Y轴旋转，以及驱动单元B驱动工作台面绕X轴旋转所形成的复合运动，调整工作台面的倾斜状态到所需的任意位置；本发明建立了一种兼顾高精度、高稳定性和大承载的二维运动调整装置。

Description

基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整方法与装置
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整方法与装置。
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点事固定的，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。
上述现有技术存在的共性问题是大载荷的情况下，无法保证调整装置的高精度和高分辨力，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调整定位精度。
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，提出一种基于滚动摩擦结构做为工作台面支承，并通过固定支承柱、X轴高度调整件和Y轴高度调整件三个支承点对工作台面进行倾角调节的方法，达到工作台面绕X轴和绕Y轴高精度、高稳定性运动的目的，本发明还提供了一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置。
上述目的通过以下的技术方案实现：
一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整方法，该方法通过支承柱A、支承柱B、驱动单元A和驱动单元B对工作台面进行倾角调整，支承柱A、支承柱B、驱动单元A和驱动单元B均安装在底座上； X轴驱动单元控制工作台面绕Y轴旋转，Y轴驱动单元控制工作台面绕X轴旋转， X轴与Y轴相互正交，工作台面绕X轴和绕Y轴的转动均通过配置在工作台面下端的球环和配置在底座上的球碗之间的滚动摩擦实现，其中球碗沿圆周方向等间隔布满通孔，每个通孔内嵌入球形滚动体，球环落在全部球形滚动体上，形成圆弧形导向及支承结构。
一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，该装置包括底座和工作台面，底座整体结构为圆环形，底座上配置有驱动单元A、驱动单元B、支承柱A、支承柱B、回复单元A和回复单元B；工作台面整体结构为圆形，所述的工作台面上配置有球环；布置在底座中心的球碗上沿圆周方向等间隔布满通孔，每个通孔内各嵌入一个球形滚动体，球环与球形滚动体相配合，球形滚动体对球环形成球面滚动导向支承结构；
驱动单元A包括驱动电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、顶杆、夹板、限位器和光电开关；联轴器将驱动电机和蜗杆相连，蜗杆由两个深沟球轴承限位固定；夹板固连在顶杆上，限位器固连在夹板上；蜗轮与千分螺母固连，带动千分螺母同步回转运动，顶杆外表面设有与千分螺母相配合的螺纹；
驱动单元A上的驱动电机通过联轴器带动蜗杆同步转动，通过蜗轮与千分螺母带动顶杆升降运动，工作台面通过球环与球碗之间的配合，绕Y轴作旋转运动，限位器随顶杆同步升降，限位器运动到顶杆升降运动范围的极限位置时，触发光电开关进行限位保护，驱动电机停止运行；
驱动单元B的结构组成与驱动单元A相同，当驱动单元B运动时，驱动工作台面通过球环与球碗之间的配合，绕X轴作旋转运动。
通过驱动单元A驱动工作台面绕Y轴旋转，以及驱动单元B驱动工作台面绕X轴旋转所形成的复合运动，调整工作台面的倾斜状态到所需的任意位置。
一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，所述的驱动电机上配有减速器。
一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，所述的限位器的制作材料为铍青铜。
一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，所述的球形滚动体的直径大于通孔的直径。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明方法与装置中支承柱A、驱动单元A和回复单元A沿X轴分布，支承柱B、驱动单元B和回复单元B沿Y轴分布，且X轴与Y轴相互正交，故绕X轴调倾与绕Y轴调倾解耦，极大地降低了双向调倾步骤的复杂度，避免了传统的调整方法存在的调倾耦合的问题； 
2、本发明方法与装置中采用球面导向滚动摩擦结构作为工作台面的支承，在负载偏载时支承工作面面积恒定，可有效保证调倾装置的高稳定性。
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，对被装配/测量试件进行精确调整及定位的问题。
附图说明
图1为基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置的底座结构示意图；
图2为基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置的工作台面结构示意图；
图3为基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置的驱动单元结构示意图；
图4为基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置的驱动单元剖面示意图；
图5为基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置的驱动单元蜗轮处剖面示意图。
图中： 1、底座；2、驱动单元B；3、回复单元B；4、球碗；5、通孔；6、球形滚动体；7、支承柱A；8、支承柱B；9、驱动单元A；10回复单元A；11、工作台面；12、球环；13、 驱动电机；14、联轴器；15、蜗杆；16、蜗轮；17、顶杆；18、夹板；19、限位器；20、光电开关；21、深沟球轴承；22、千分螺母。
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。
如图1所示，一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，该装置包括底座1和工作台面11，底座1整体结构为圆环形，底座1上配置有驱动单元A9、驱动单元B2、支承柱A7、支承柱B8、回复单元A10和回复单元B3；工作台面11整体结构为圆形，工作台面11上配置有球环12；其特征在于：布置在底座1中心的球碗4上沿圆周方向等间隔布满通孔5，每个通孔5内各嵌入一个球形滚动体6，球环12与球形滚动体6相配合，球形滚动体6对球环12形成球面滚动导向支承结构；
驱动单元A9包括驱动电机13、联轴器14、蜗杆15、蜗轮16、顶杆17、夹板18、限位器19和光电开关20；联轴器14将驱动电机13和蜗杆15相连，蜗杆15由两个深沟球轴承21限位固定；夹板18固连在顶杆17上，限位器19固连在夹板18上；蜗轮16与千分螺母22固连，带动千分螺母22同步回转运动，顶杆17外表面设有与千分螺母22相配合的螺纹；
驱动单元A9上的驱动电机13通过联轴器14带动蜗杆15同步转动，通过蜗轮16与千分螺母22带动顶杆17升降运动，工作台面11通过球环12与球碗4之间的配合，绕Y轴作旋转运动，限位器19随顶杆17同步升降，限位器19运动到顶杆17升降运动范围的极限位置时，触发光电开关20进行限位保护，驱动电机13停止运行；
驱动单元B2的结构组成与驱动单元A9相同，当驱动单元B2运动时，驱动工作台面11通过球环12与球碗4之间的配合，绕X轴作旋转运动。
通过驱动单元A9驱动工作台面11绕Y轴旋转，以及驱动单元B2驱动工作台面11绕X轴旋转所形成的复合运动，调整工作台面11的倾斜状态到所需的任意位置。
一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，所述的驱动电机13配有减速器，所述的限位器19的制作材料为铍青铜，所述的球形滚动体6的直径大于通孔5的直径。
该装置通过支承柱A7、支承柱B8、驱动单元A9和驱动单元B2对工作台面11进行倾角调节，支承柱A7、支承柱B8、驱动单元A9和驱动单元B2均安装在底座1上；驱动单元A9控制工作台面11绕Y轴旋转，驱动单元B2控制工作台面11绕X轴旋转， X轴与Y轴相互正交，工作台面11绕X轴和绕Y轴的转动均通过配置在工作台面11下端的球环12和配置在底座1上的球碗4之间的滚动摩擦实现，其中球碗4沿圆周方向等间隔布满通孔5，每个通孔5内嵌入球形滚动体6，球环12落在全部球形滚动体6上，形成圆弧形导向及支承结构。
本发明建立了一种兼顾高精度、高稳定性和大承载的二维倾斜运动调整装置。

Claims (5)

1.一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整方法，其特征在于：该方法通过支承柱A、支承柱B、驱动单元A和驱动单元B对工作台面进行倾角调整，支承柱A、支承柱B、驱动单元A和驱动单元B均安装在底座上；驱动单元A控制工作台面绕Y轴旋转，驱动单元B控制工作台面绕X轴旋转，X轴与Y轴相互正交，工作台面绕X轴和绕Y轴的转动均通过配置在工作台面下端的球环和配置在底座上的球碗之间的滚动摩擦实现，其中球碗沿圆周方向等间隔布满通孔，每个通孔内嵌入球形滚动体，球环落在全部球形滚动体上，形成圆弧形导向及支承结构。
2.一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，该装置包括底座(1)和工作台面(11)，底座(1)整体结构为圆环形，底座(1)上配置有驱动单元A(9)、驱动单元B(2)、支承柱A(7)、支承柱B(8)、回复单元A(10)和回复单元B(3)；工作台面(11)整体结构为圆形，所述的工作台面(11)上配置有球环(12)；其特征在于：布置在底座(1)中心的球碗(4)上沿圆周方向等间隔布满通孔(5)，每个通孔(5)内各嵌入一个球形滚动体(6)，球环(12)与球形滚动体(6)相配合，球形滚动体(6)对球环(12)形成球面滚动导向支承结构；
驱动单元A(9)包括驱动电机(13)、联轴器(14)、蜗杆(15)、蜗轮(16)、顶杆(17)、夹板(18)、限位器(18)和光电开关(20)；联轴器(19)将驱动电机(20)和蜗杆(21)相连，蜗杆(15)由两个深沟球轴承(21)限位固定；夹板(18)固连在顶杆(17)上，限位器(19)固连在夹板(18)上；蜗轮(16)与千分螺母(22)固连，带动千分螺母(22)同步回转运动，顶杆(17)外表面设有与千分螺母(22)相配合的螺纹；
驱动单元A(9)上的驱动电机(13)通过联轴器(14)带动蜗杆(15)同步转动，通过蜗轮(16)与千分螺母(22)带动顶杆(17)升降运动，工作台面(11)通过球环(12)与球碗(4)之间的配合，绕Y轴作旋转运动，限位器(19)随顶杆(17)同步升降，限位器(19)运动到顶杆(17)升降运动范围的极限位置时，触发光电开关(20)进行限位保护，驱动电机(13)停止运行；
驱动单元B(2)的结构组成与驱动单元A(9)相同，当驱动单元B(2)运动时，驱动工作台面(11)通过球环(12)与球碗(4)之间的配合，绕X轴作旋转运动；
通过驱动单元A(9)驱动工作台面(11)绕Y轴旋转，以及驱动单元B(2)驱动工作台面(11)绕X轴旋转所形成的复合运动，调整工作台面(11)的倾斜状态到所需的任意位置。
3.根据权利要求2所述的一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，其特征在于：所述的驱动电机(13)上配有减速器。
4.根据权利要求2所述的一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，其特征在于：所述的限位器(19)的制作材料为铍青铜。
5.根据权利要求2所述的一种基于密珠环形支承与双轴复合驱动的空间两自由度调整装置，其特征在于：所述的球形滚动体(6)的直径大于通孔(5)的直径。
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