CN104632305B - 具有弹性结构的高压转子卧式智能化装配装备 - Google Patents

Abstract

一种机械装配技术领域的具有弹性结构的高压转子卧式智能化装配装备，包括：三垂直坐标轴移动平台、三自由度被动运动机构、转子夹具及转子支撑固定工装，用于移动待装配的转子以进行转子装配的三自由度被动运动机构固定设置于三垂直坐标轴移动平台上，并依据待装配的转子受到的力或力矩产生平动或转动，转子夹具固定设置于三自由度被动运动机构的轴转动副上；已堆叠装配完成转子固定于转子支撑固定工装上。本发明能够提高发动机的生产效率及装配质量。

Description

具有弹性结构的高压转子卧式智能化装配装备

技术领域

本发明涉及的是一种机械装配技术领域的设备，具体是一种用于大型航空发动机且具有弹性结构的高压转子卧式智能化装配装备。

背景技术

当前我国大型航空发动机高压转子装配过程中，仍大量采用手工借助吊车完成转子的调姿和定位，很容易造成磕碰和卡滞，效率低，工人的操作经验是影响装配质量的关键因素。而随着高性能发动机的研发，联接配合的精度要求越来越高，手工装配已满足不了要求，针对这一重大问题，研制一套智能化装配装备来完成发动机的高压转子的装配任务，在提高装配质量的同时提高生产线的生产效率。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN103899367A公开日2014-07-02，公开了一种航空发动机转子堆叠装配方法与装置，其测量方法与装置是基于气浮回转轴系确定回转基准；依据光电编码器确定转台的角度定位；基于四测头测量装置，提取转子径向装配面的径向误差和轴向装配面的倾斜误差，得到该转子对装配后转子同轴度的影响权值；分别测量装配所需的全部转子，得到各转子对装配后转子同轴度的影响权值；将各转子的权值进行矢量优化，得到各转子的装配角度。但该技术需要测量的参数众多，过程繁杂，装配效率相对较低，不适合大型航空发动机的高效生产。

中国专利文献号CN103291493，公开日2013-09-11，公开了一种运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构，包括：以机匣作为静平台F，以调节环作为动平台M。以及两端分别与调节环和机匣相连的第一、二、三被动支路和第四、五、六主动支路；第一、二被动支路包括：依次串联的万向副、下转动副、上转动副。第三被动支路包括：依次串联的上、下转动副以及万向副；第四、五、六主动支路包括：依次串联的下球铰副、移动副以及上球铰副。但该技术的不足之处在于该机构只能实现一移动两转动的三个自由度运动，不能满足大型航空发动机高压转子卧式装配五个自由度运动的需求，不能应用于高压转子卧式智能化装配。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有弹性结构的高压转子卧式智能化装配装备，该智能化装配装备能够根据转子受到安装孔施加给转子轴的力和力矩的作用，迫使装备中的转子夹具、三自由度被动机构及带力传感器反馈的三垂直坐标轴移动平台的Z轴产生相应的平动及转动，使得转子受到的力和力矩降至装配工艺允许值以内，继续控制三垂直坐标轴移动平台沿X轴负方向运动，如此反复即可完成这一级转子的装配。布置紧凑、控制方式简单、操作精度高、装配效率高，能够提高发动机的生产效率及装配质量。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：三垂直坐标轴移动平台、三自由度被动运动机构、转子夹具及转子支撑固定工装，其中：用于移动待装配的转子以进行转子装配的三自由度被动运动机构固定设置于三垂直坐标轴移动平台上，并依据待装配的转子受到的力或力矩产生平动或转动，转子夹具固定设置于三自由度被动运动机构的轴转动副上；已堆叠装配完成转子固定于转子支撑固定工装上。

所述的三自由度被动运动机构包括：竖直支撑架、圆盘支撑架、三角架和用于感知空间Z轴方向的受力分量的Z轴力传感器，其中：竖直支撑架的一端设置于三垂直坐标轴移动平台上且与Z轴力传感器相连，另一端与圆盘支撑架转动连接，使得圆盘支撑架以竖直支撑架为旋转直径于坐标轴Z轴上转动，圆盘支撑架与三角架于水平方向滑动连接，且水平转动连接处和竖直转动连接处均设有预紧扭簧用于施加预紧力矩，保证机构处于平衡位置时，待装配的转子的安装轴与X轴平行；三角架与转子夹具相连。

所述的圆盘支撑架与三角架于水平方向滑动连接由滑块和滑轨配合实现。

所述的三垂直坐标轴移动平台包括：由下而上依次设置的X轴移动基座、Y轴移动基座、Z轴移动基座和运动平台，其中：运动平台与Z轴移动基座滑动连接，Z轴移动基座与Y轴移动基座滑动连接，Y轴移动基座与X轴移动基座滑动连接，运动平台与三自由度被动运动机构相连。

所述的X轴移动基座和Y轴移动基座的滑动连接由移动驱动组件实现，该移动驱动组件包括：设置于X轴移动基座上的两组平行的导轨组以及设置于导轨组上的滚珠丝杠，导轨组和滚珠丝杠的运动部分与Y轴移动基座相连，固定部分与X轴移动基座相连。

所述的转子夹具包括：整体三爪卡盘式夹具，该整体三爪卡盘式夹具与三自由度被动运动机构转动连接，转子装夹于整体三爪卡盘式夹具上，使得转子安装轴沿着空间X轴的负向。

所述的转子支撑固定工装包括：支撑架，该支撑架固定于X轴移动基座上用来支撑固定已堆叠装配完成转子。

技术效果

与现有技术相比，本发明将快速精确移动技术和机构被动运动结合起来，通过两者的统一协调运动，使得转子安装轴能够快速、准确安装进安装孔中，不仅提高了装配的效率，使转子受到的外力更小，减小了变形，提高了装配精度，延长了使用寿命，同时，设备的控制系统简单，控制难度较低。

附图说明

图1为本发明立体示意图；

图2为本发明正视图；

图3为本发明左视图；

图4为本发明俯视图；

图5为本发明三自由度被动运动机构示意图；

图6为本发明驱动组件示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例包括：三垂直坐标轴移动平台a、三自由度被动运动机构b、转子夹具c及转子支撑固定工装d，其中：三自由度被动运动机构b固定设置于三垂直坐标轴移动平台a上；转子夹具c固定设置于三自由度被动运动机构b的空间Y轴转动副上；待堆叠装配完成的转子12固定于转子支撑固定工装d上。

在本实施例中，所述的三垂直坐标轴移动平台a包括：X轴移动基座1、Y轴移动基座2、Z轴移动基座3、运动平台4。其中：运动平台4与Z轴移动基座3滑动连接，Z轴移动基座3与Y轴移动基座2滑动连接，Y轴移动基座2与X轴移动基座1滑动连接。

如图1、图2和图5所示，三自由度被动运动机构b包括：竖直支撑架8、圆盘支撑架9、三角架10、滑轨15、滑块17、连接件16、横向转动轴28和竖向转动轴29，其中：竖直支撑架8的一端设置于三垂直坐标轴移动平台a的运动平台4上且与Z轴力传感器30相连，Z轴力传感器30用于感知Z轴方向的受力分量，另一端与圆盘支撑架9转动连接，使得圆盘支撑架9以竖直支撑架8为旋转直径于坐标轴Z轴上转动，滑块17和滑轨15配合用于实现圆盘支撑架9与三角架10水平方向的滑动连接。转子12装夹在转子夹具c上，转子夹具c与连接件16固定连接，在横向转动轴28及竖向转动轴29处都安装有预紧扭簧用于施加预紧力矩，保证机构处于平衡位置时，转子12的安装轴与空间X轴平行。

如图1和图6所示，所述的X轴移动基座1、Y轴移动基座2、Z轴移动基座3以及运动平台4之间的三处滑动连接均相同，分别由移动驱动组件5、6、7实现任意距离的移动，以X轴移动基座1和Y轴移动基座2的滑动连接为例，包括：设置于X轴移动基座1上的两组平行的导轨组20及其相应滑块21，以及设置于导轨组20上的滚珠丝杠24、丝杠螺母26、驱动电机22、电机座23、移动法兰25和轴承座27，其中：两组导轨组20均与X轴移动基座1固定连接，移动法兰25与Y轴移动基座2底部固定连接，电机座23和轴承座27分别固定于X轴移动基座1的两侧，电机轴与滚珠丝杠24相连，丝杠螺母26通过六个螺栓与法兰28相连，法兰28与Y轴移动基座相连，Y轴移动基座与4个滑块21相连。当电机转动时，带动滚珠丝杠24转动，丝杠螺母26沿空间X轴移动，使得Y轴移动基座2沿空间X轴移动。

所述的转子夹具c包括：整体三爪卡盘式夹具11。与三自由度被动运动机构b的连接件16固定连接，将转子12装夹在整体三爪卡盘式夹具11上，使得转子12安装轴沿空间X轴负向，转子12能绕转子夹具c中心轴实现小角度旋转。

所述的转子支撑固定工装d包括：支撑架14。支撑架14固定在X轴移动基座1上。用来支撑固定已堆叠装配完成转子13。

本实施例通过以下方式进行工作：将需要装配的转子12装夹在转子夹具c上，使得转子12安装轴沿着X轴负向确定安装孔的位置，将转子12安装轴中心点的运动轨迹分为X轴，Y轴和Z轴的平动，确定每个移动组件的移动量，保证安装轴对准安装孔并且接触到安装孔。根据装配工艺要求，确定X轴负向的移动速度和移动量，控制三垂直坐标轴主动运动平台a沿X轴负方向小量运动，转子12受到安装孔施加给轴的作用力含有Z轴方向分量时，这个作用力分量会沿着转子12、转子夹具c、连接件16、三角架10、圆盘支撑架9、竖直支撑架8传递给Z轴方向力传感器30，传感器将信号反馈给控制系统控制三垂直坐标轴主动运动平台a的空间Z轴的运动，使得转子12的空间Z轴方向受力达到装配工艺要求的允许值以内；转子12受到孔施加给轴的力含有Y轴方向的分量时，转子将作用力沿着转子夹具c、连接件16、三角架10传递给圆盘支撑架9和三角架10之间的滑动连接，产生相应的小范围的平动，使得此作用力降低至装配工艺要求的允许值以内；转子12受到孔施加给轴的力矩时，分解为沿着X轴、Y轴、Z轴方向的力矩，X轴方向的力矩作用通过转子12传递给转子夹具c，转子夹具c产生绕其中心轴的小范围转动，使得沿X轴力矩降低至装配工艺要求的允许值以内；Y轴方向的力矩作用通过转子12、转子夹具c、连接件16传递给连接件16和三脚架10之间的横向转动轴28，使得转子12绕横向转动轴28小范围转动，使得沿Y轴力矩降低至装配工艺要求的允许值以内；Z轴方向的力矩作用通过转子12、转子夹具c、连接件16、三脚架10、圆盘支撑架9传递给圆盘支撑架9和竖直支撑架8之间的竖向转动轴29，使得转子12绕竖向转动轴29小角度转动，使得沿Z轴力矩降低至装配工艺要求的允许值以内。继续控制三垂直坐标轴主动运动平台沿X轴负方向小量运动，如此反复直至完成这一级转子12的装配。

Claims (7)

1.一种具有弹性结构的高压转子卧式智能化装配装备，其特征在于，包括：三垂直坐标轴移动平台、三自由度被动运动机构、转子夹具及转子支撑固定工装，其中：用于移动待装配的转子以进行转子装配的三自由度被动运动机构固定设置于三垂直坐标轴移动平台上，并依据待装配的转子受到的力或力矩产生平动或转动，转子夹具固定设置于三自由度被动运动机构的轴转动副上；已堆叠装配完成转子固定于转子支撑固定工装上。

2.根据权利要求1所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的三自由度被动运动机构包括：竖直支撑架、圆盘支撑架、三角架和用于感知空间Z轴方向的受力分量的Z轴力传感器，其中：竖直支撑架的一端设置于三垂直坐标轴移动平台上且与Z轴力传感器相连，另一端与圆盘支撑架转动连接，使得圆盘支撑架以竖直支撑架为旋转直径于坐标轴Z轴上转动，圆盘支撑架与三角架于水平方向滑动连接，且水平转动连接处和竖直转动连接处均设有预紧扭簧用于施加预紧力矩，保证机构处于平衡位置时，待装配的转子的安装轴与X轴平行；三角架与转子夹具相连。

3.根据权利要求2所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的圆盘支撑架与三角架于水平方向滑动连接由滑块和滑轨配合实现。

4.根据权利要求1、2或3所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的三垂直坐标轴移动平台包括：由下而上依次设置的X轴移动基座、Y轴移动基座、Z轴移动基座和运动平台，其中：运动平台与Z轴移动基座滑动连接，Z轴移动基座与Y轴移动基座滑动连接，Y轴移动基座与X轴移动基座滑动连接，运动平台与三自由度被动运动机构相连。

5.根据权利要求4所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的X轴移动基座和Y轴移动基座的滑动连接由移动驱动组件实现，该移动驱动组件包括：设置于X轴移动基座上的两组平行的导轨组以及设置于导轨组上的滚珠丝杠，导轨组和滚珠丝杠的运动部分与Y轴移动基座相连，导轨组和滚珠丝杠的固定部分与X轴移动基座相连。

6.根据权利要求4所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的转子夹具包括：整体三爪卡盘式夹具，该整体三爪卡盘式夹具与三自由度被动运动机构转动连接，转子装夹于整体三爪卡盘式夹具上，使得转子安装轴沿着空间X轴的负向。

7.根据权利要求4所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的转子支撑固定工装包括：支撑架，该支撑架固定于X轴移动基座上用来支撑固定已堆叠装配完成转子。