CN105619042A - 一种可实现大型工件六自由度调整的机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种可实现大型工件六自由度调整的机构，目的是解决大型回转零件装配过程中姿态调整干涉的问题。它包括两个单托架组件，两个单托架组件并排安装，被调整零件(5)安装在两个单托架组件的上部；后方单托架组件为主动托架，前方单托架组件为随动托架；两个单托架组件均为5自由度托架，5个自由度包括三个平移自由度、一个旋转自由度和一个随动旋转自由度。本发明采用5个自由度单托架组件，实现了无约束六自由度调整，该机构能够实现直径1.5m，长度10m，重量2t的零件的六自由度无约束调整。调整过程灵活，无卡滞现象发生。有效避免了零件姿态调整过程中，调整角度的干涉，保护零件不损坏。
Description
技术领域
本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种可实现大型工件六自由度调整的机构。
背景技术
在大型机械产品生产、制造领域，在部件装配过程中，经常用到零件调整机构。能够实现六自由度调整的机构有多种，例如采用直线导轨和旋转导轨组合的形式，将三个直线导轨层叠在一起，然后将三个旋转导轨组合在一起使用，完成三个平移和三个旋转运动的组合。但在一些特殊场合，例如大型、重型零件的位姿调整，这种方法存在可靠性低、容易发生倾覆的危险，并且在实现途径上存在较大困难。
目前，大型回转零件装配过程中，主要有两种调整机构，一种是采用双托架的结构形式，一种是采用POGO柱结构形式。采用双托架的结构形式，两个独立的托架共同托举装配零件，每个托架能够实现三个平动自由度的调整，通过两个托架的组合调整实现零件的六自由度调整，但这种方法在调整过程中，会产生角度调整的干涉，不利于产品的装配；采用POGO柱结构形式，装配零件通过4个或多个POGO柱支撑，每个POGO柱都能够实现三个平移自由度的调整，通过多个POGO柱的调整组合，实现零件位姿的六自由度调整，这种方法控制系统设计复杂，需要进行多个自由度解耦计算，实现难度较大。
发明内容
本发明的目的是解决大型回转零件装配过程中姿态调整干涉的问题，提供一种可实现大型工件六自由度调整的机构。
本发明是这样实现的：
一种可实现大型工件六自由度调整的机构，包括两个单托架组件，两个单托架组件并排安装，被调整零件安装在两个单托架组件的上部；后方单托架组件为主动托架，前方单托架组件为随动托架；两个单托架组件均为5自由度托架，5个自由度包括三个平移自由度、一个旋转自由度和一个随动旋转自由度。
如上所述的5自由度单托架组件包括X方向导轨组件、Y方向导轨组件、Z方向导轨组件、随动轴组件和Rx方向支撑组件；其中，X方向导轨组件用于支撑并带动安装在其上方的装置实现X方向移动，Y方向导轨组件安装在X方向导轨组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现Y方向移动，随动轴组件安装在Y方向导轨组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现旋转，Z方向导轨组件安装在随动轴组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现Z方向移动，Rx方向支撑组件安装在Z方向导轨组件上，用于支撑并带动被调整零件实现Rx方向移动。
如上所述的X方向导轨组件包括X方向基座、X方向导轨、X方向支撑板、X方向滑块、X方向丝杠、X方向手轮和底脚；其中，X方向基座为金属制长方形板状，在其底部端面安装有若干底脚，底脚为倒置的喇叭状；X方向导轨共两条，均为金属制导轨，分别安装在X方向基座上部端面两侧、沿X方向布置；X方向滑块为下部开有凹槽的金属制长条状，共2块，分别滑动安装在两条X方向导轨上；X方向支撑板为金属制长方形板状，固定安装在X方向滑块上部；X方向丝杠由丝杠螺母通过螺纹与X方向支撑板底部固定，X方向丝杠安装基座固定安装在X方向基座上；X方向手轮通过螺纹与X方向丝杠的一端固定。
如上所述的Y方向导轨组件包括Y方向过渡板、Y方向手轮、Y方向滑块、Y方向滑板、Y方向导轨和Y方向丝杠；其中，Y方向过渡板为金属制长方形板状，安装在X方向支撑板上；Y方向导轨共两条，均为金属制导轨，分别安装在Y方向过渡板上部端面两侧、沿Y方向布置；Y方向滑块为下部开有凹槽的金属制长条状，共块，分别滑动安装在两条Y方向导轨上；Y方向滑板为金属制长方形板状，固定安装在Y方向滑块上部；Y方向丝杠由丝杠螺母通过螺纹与Y方向滑板底部固定，Y方向丝杠安装基座固定安装在Y方向滑板上；Y方向手轮通过螺纹与Y方向丝杠的一端固定。
如上所述的随动轴组件包括Rz随动旋转轴，Rz随动旋转轴下部通过轴承与Y方向滑板连接。
如上所述的Z方向导轨组件包括Z方向滑板、Z方向导轨支撑板、Z方向手轮、连接杆、短连接杆、长连接杆、Z方向导轨副、Z方向丝杠、Z方向滑块和涡轮蜗杆减速器；其中，Z方向滑板为金属制长方形板状，安装在Rz随动旋转轴上；Z方向滑板还通过Z方向导轨副由螺纹与Z方向导轨支撑板固定；Z方向手轮通过螺纹与连接杆及两个涡轮蜗杆减速器的蜗杆输出端固定；短连接杆的一端通过螺纹与Z方向手轮相连，另一端通过螺纹与涡轮蜗杆减速器的蜗杆输出端相连；长连接杆两端分别通过螺纹与两个涡轮蜗杆减速器的蜗杆输出端连接；Z方向丝杠的一端与涡轮蜗杆减速器的涡轮输出端相连，另一端与升举螺母相连；Z方向导轨通过螺纹与Z方向导轨支撑板固定，并通过Z方向滑块的配合连接由螺纹与Z方向滑板连接。
如上所述的Rx方向支撑组件包括Rx手轮、大齿轮、小齿轮、齿轮箱、滚针、托举架和弧形滑轨；其中，托举架为金属制弧形轨道，托举架的下部通过螺纹与Z方向滑板固定；弧形滑轨为金属制弧形结构，通过滚针与托举架上部接触；被调整零件放置在弧形滑轨上；齿轮箱通过螺纹与托举架固定；小齿轮通过轴承与齿轮箱连接，其端部通过螺纹与Rx手轮固定；大齿轮的一侧通过螺纹与弧形滑轨固定，另一端与小齿轮啮合。
本发明的有益效果是：
本发明采用5个自由度单托架组件，实现了无约束六自由度调整，该机构能够实现直径1.5m，长度10m，重量2t的零件的六自由度无约束调整。调整过程灵活，无卡滞现象发生。有效避免了零件姿态调整过程中，调整角度的干涉，保护了零件调整过程中不损坏。
附图说明
图1是本发明的一种可实现大型工件六自由度调整的机构的结构示意图；
图2是图1中Z方向导轨组件的结构示意图；
图3是图2中A局部示意图；
图中：1-Rx手轮；2-部分大齿轮；3-小齿轮；4-齿轮箱；5-被调整零件；6-滚针；7-托举架；8-Z方向导轨支撑板；9-Z方向滑板；10-涡轮蜗杆减速器；11-连接杆；12-Rz随动旋转轴；13-Y方向丝杠；14-Y方向导轨；15-Y方向滑板；16-Y方向滑块；17-底脚；18-X方向手轮；19-X方向丝杠；20-X方向基座；21-X方向导轨；22-X方向支撑板；23-X方向滑块；24-Y方向手轮；25-Y方向过渡板；26-Z方向手轮；27-短连接杆；28-长连接杆；29-Z方向导轨；30-Z方向丝杠；31-Z方向滑块；32-弧形滑轨，33-升举螺母。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种可实现大型工件六自由度调整的机构进行介绍：
如图1所示，一种可实现大型工件六自由度调整的机构，包括两个单托架组件，两个单托架组件并排安装，被调整零件5安装在两个单托架组件的上部。后方单托架组件为主动托架，前方单托架组件为随动托架。两个单托架组件均为5自由度托架，5个自由度包括三个平移自由度、一个旋转自由度和一个随动旋转自由度。
在本实施例中，5自由度单托架组件包括X方向导轨组件、Y方向导轨组件、Z方向导轨组件、随动轴组件和Rx方向支撑组件。其中，X方向导轨组件用于支撑并带动安装在其上方的装置实现X方向移动，Y方向导轨组件安装在X方向导轨组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现Y方向移动，随动轴组件安装在Y方向导轨组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现旋转，Z方向导轨组件安装在随动轴组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现Z方向移动，Rx方向支撑组件安装在Z方向导轨组件上，用于支撑并带动被调整零件5实现Rx方向移动。
在更进一步的实施例中，X方向导轨组件包括X方向基座20、X方向导轨21、X方向支撑板22、X方向滑块23、X方向丝杠19、X方向手轮18和底脚17。其中，X方向基座20为金属制长方形板状，在其底部端面安装有若干底脚17，底脚17为倒置的喇叭状。X方向导轨21共两条，均为金属制导轨，分别安装在X方向基座20上部端面两侧、沿X方向布置。X方向滑块23为下部开有凹槽的金属制长条状，共2块，分别滑动安装在两条X方向导轨21上。X方向支撑板22为金属制长方形板状，固定安装在X方向滑块23上部。X方向丝杠19由丝杠螺母通过螺纹与X方向支撑板22底部固定，X方向丝杠19安装基座固定安装在X方向基座20上；X方向手轮18通过螺纹与X方向丝杠19的一端固定。
Y方向导轨组件包括Y方向过渡板25、Y方向手轮24、Y方向滑块16、Y方向滑板15、Y方向导轨14和Y方向丝杠13。其中，Y方向过渡板25为金属制长方形板状，它安装在X方向支撑板22上。Y方向导轨14共两条，均为金属制导轨，分别安装在Y方向过渡板25上部端面两侧、沿Y方向布置。Y方向滑块16为下部开有凹槽的金属制长条状，共2块，分别滑动安装在两条Y方向导轨14上。Y方向滑板15为金属制长方形板状，固定安装在Y方向滑块16上部。Y方向丝杠13由丝杠螺母通过螺纹与Y方向滑板15底部固定，Y方向丝杠13安装基座固定安装在Y方向滑板15上；Y方向手轮24通过螺纹与Y方向丝杠13的一端固定。
随动轴组件包括Rz随动旋转轴12，Rz随动旋转轴12下部通过轴承与Y方向滑板15连接。
如图2、3所示，Z方向导轨组件包括Z方向滑板9、Z方向导轨支撑板8、Z方向手轮26、连接杆11、短连接杆27、长连接杆28、Z方向导轨29、Z方向丝杠30、Z方向滑块31和涡轮蜗杆减速器32。其中，Z方向滑板9为金属制长方形板状，它安装在Rz随动旋转轴12上。Z方向滑板9还通过Z方向导轨副29由螺纹与Z方向导轨支撑板8固定；Z方向手轮26通过螺纹与连接杆11及两个涡轮蜗杆减速器10的蜗杆输出端固定；Z方向导轨组成情况见图2。由图2可知，短连接杆27的一端通过螺纹与Z方向手轮26相连，另一端通过螺纹与涡轮蜗杆减速器10的蜗杆输出端相连；长连接杆28两端分别通过螺纹与两个涡轮蜗杆减速器10的蜗杆输出端连接；Z方向丝杠30的一端与涡轮蜗杆减速器10的涡轮输出端相连，另一端与升举螺母33相连；Z方向导轨29通过螺纹与Z方向导轨支撑板8固定，并通过Z方向滑块31的配合连接由螺纹与Z方向滑板9连接。
Rx方向支撑组件包括Rx手轮1、大齿轮2、小齿轮3、齿轮箱4、滚针6、托举架7和弧形滑轨32。其中，托举架7为金属制弧形轨道，托举架7的下部通过螺纹与Z方向滑板9固定。弧形滑轨32为金属制弧形结构，它通过滚针6与托举架7上部接触。被调整零件5放置在弧形滑轨32上。齿轮箱4通过螺纹与托举架7固定；小齿轮3通过轴承与齿轮箱4连接，其端部通过螺纹与Rx手轮1固定。大齿轮2的一侧通过螺纹与弧形滑轨32固定，另一端与小齿轮3啮合。升举螺母33采用丝杠螺母副实现。
所述的金属为不锈钢、合金钢或40#钢。
对目标进行调整时，转动X方向手轮18，可对目标进行X方向的进退调整；转动Y方向手轮24，可进行Y方向的进退调整；转动Z方向手轮26，通过涡轮蜗杆的传递可进行Z方向的上下调整；相反方向转动Y方向手轮24，可进行绕Z轴方向的转角调整，此时前后两个Rz随动旋转轴一起随动，可避免角度调整时工件干涉情况发生；相反方向转动Z方向手轮26，可进行绕Y轴方向的转角调整，此时随动托架一起沿Z轴方向随动，可避免角度调整时工件干涉情况发生；同步调整前后托架Rx方向手轮，通过小齿轮与托架部分大齿轮的啮合，能够带动弧形滑轨转动，从而实现绕X轴转角调整的目的。
本发明采用5个自由度单托架组件，实现了无约束六自由度调整，该机构能够实现直径1.5m，长度10m，重量2t的零件的六自由度无约束调整。调整过程灵活，无卡滞现象发生。有效避免了零件姿态调整过程中，调整角度的干涉，保护了零件调整过程中不损坏。
Claims (7)
1.一种可实现大型工件六自由度调整的机构，包括两个单托架组件，两个单托架组件并排安装，被调整零件(5)安装在两个单托架组件的上部；后方单托架组件为主动托架，前方单托架组件为随动托架；两个单托架组件均为5自由度托架，5个自由度包括三个平移自由度、一个旋转自由度和一个随动旋转自由度。
2.根据权利要求1所述的一种可实现大型工件六自由度调整的机构，其特征在于：所述的5自由度单托架组件包括X方向导轨组件、Y方向导轨组件、Z方向导轨组件、随动轴组件和Rx方向支撑组件；其中，X方向导轨组件用于支撑并带动安装在其上方的装置实现X方向移动，Y方向导轨组件安装在X方向导轨组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现Y方向移动，随动轴组件安装在Y方向导轨组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现旋转，Z方向导轨组件安装在随动轴组件上，用于支撑并带动安装在其上方的装置实现Z方向移动，Rx方向支撑组件安装在Z方向导轨组件上，用于支撑并带动被调整零件(5)实现Rx方向移动。
3.根据权利要求1所述的一种可实现大型工件六自由度调整的机构，其特征在于：所述的X方向导轨组件包括X方向基座(20)、X方向导轨(21)、X方向支撑板(22)、X方向滑块(23)、X方向丝杠(19)、X方向手轮(18)和底脚(17)；其中，X方向基座(20)为金属制长方形板状，在其底部端面安装有若干底脚(17)，底脚(17)为倒置的喇叭状；X方向导轨(21)共两条，均为金属制导轨，分别安装在X方向基座(20)上部端面两侧、沿X方向布置；X方向滑块(23)为下部开有凹槽的金属制长条状，共2块，分别滑动安装在两条X方向导轨(21)上；X方向支撑板(22)为金属制长方形板状，固定安装在X方向滑块(23)上部；X方向丝杠(19)由丝杠螺母通过螺纹与X方向支撑板(22)底部固定，X方向丝杠(19)安装基座固定安装在X方向基座(20)上；X方向手轮(18)通过螺纹与X方向丝杠(19)的一端固定。
4.根据权利要求1所述的一种可实现大型工件六自由度调整的机构，其特征在于：所述的Y方向导轨组件包括Y方向过渡板(25)、Y方向手轮(24)、Y方向滑块(16)、Y方向滑板(15)、Y方向导轨(14)和Y方向丝杠(13)；其中，Y方向过渡板(25)为金属制长方形板状，安装在X方向支撑板(22)上；Y方向导轨(14)共两条，均为金属制导轨，分别安装在Y方向过渡板(25)上部端面两侧、沿Y方向布置；Y方向滑块(16)为下部开有凹槽的金属制长条状，共(2)块，分别滑动安装在两条Y方向导轨(14)上；Y方向滑板(15)为金属制长方形板状，固定安装在Y方向滑块(16)上部；Y方向丝杠(13)由丝杠螺母通过螺纹与Y方向滑板(15)底部固定，Y方向丝杠(13)安装基座固定安装在Y方向滑板(15)上；Y方向手轮(24)通过螺纹与Y方向丝杠(13)的一端固定。
5.根据权利要求1所述的一种可实现大型工件六自由度调整的机构，其特征在于：所述的随动轴组件包括Rz随动旋转轴(12)，Rz随动旋转轴(12)下部通过轴承与Y方向滑板(15)连接。
6.根据权利要求1所述的一种可实现大型工件六自由度调整的机构，其特征在于：所述的Z方向导轨组件包括Z方向滑板(9)、Z方向导轨支撑板(8)、Z方向手轮(26)、连接杆(11)、短连接杆(27)、长连接杆(28)、Z方向导轨副(29)、Z方向丝杠(30)、Z方向滑块(31)和涡轮蜗杆减速器(32)；其中，Z方向滑板(9)为金属制长方形板状，安装在Rz随动旋转轴(12)上；Z方向滑板(9)还通过Z方向导轨副(29)由螺纹与Z方向导轨支撑板(8)固定；Z方向手轮(26)通过螺纹与连接杆(11)及两个涡轮蜗杆减速器(10)的蜗杆输出端固定；短连接杆(27)的一端通过螺纹与Z方向手轮(26)相连，另一端通过螺纹与涡轮蜗杆减速器(10)的蜗杆输出端相连；长连接杆(28)两端分别通过螺纹与两个涡轮蜗杆减速器(10)的蜗杆输出端连接；Z方向丝杠(30)的一端与涡轮蜗杆减速器(10)的涡轮输出端相连，另一端与升举螺母(33)相连；Z方向导轨(29)通过螺纹与Z方向导轨支撑板(8)固定，并通过Z方向滑块(31)的配合连接由螺纹与Z方向滑板(9)连接。
7.根据权利要求1所述的一种可实现大型工件六自由度调整的机构，其特征在于：所述的Rx方向支撑组件包括Rx手轮(1)、大齿轮(2)、小齿轮(3)、齿轮箱(4)、滚针(6)、托举架(7)和弧形滑轨(32)；其中，托举架(7)为金属制弧形轨道，托举架(7)的下部通过螺纹与Z方向滑板(9)固定；弧形滑轨(32)为金属制弧形结构，通过滚针(6)与托举架(7)上部接触；被调整零件(5)放置在弧形滑轨(32)上；齿轮箱(4)通过螺纹与托举架(7)固定；小齿轮(3)通过轴承与齿轮箱(4)连接，其端部通过螺纹与Rx手轮(1)固定；大齿轮(2)的一侧通过螺纹与弧形滑轨(32)固定，另一端与小齿轮(3)啮合。
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