CN111215867A - 一种动力涡轮单元体装配柔性定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力涡轮单元体装配柔性定位装置。包括调整撑脚、Z向导轨副、B轴蜗轮蜗杆减速机、B轴驱动电机、左强力夹持气缸、左压板、Z向梯形丝杆副、Z轴蜗轮蜗杆减速机、HMI人机界面、右压板、右强力夹持气缸、驱动按钮、万向脚轮、底座、立柱、控制柜、Z轴伺服电机、止转抗扭座、B轴翻转座、自定心抓手、可调手轮、蜗轮蜗杆回转式减速器、Z向滑板等,针对动力涡轮单元体在装配过程中,可以实现产品的整体Z轴上下移动和B轴0~180度翻转功能,以解决装配过程中人机工程操作可达性需求,具有柔性化、自动化、多功能等特点,从而提升装配效率和质量,降低人工劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力涡轮单元体装配柔性定位装置,属于航空航天发动机自动化、数字化和智能化制造装配领域。
背景技术
航空发动机是飞机的“心脏”,被誉为“现代工业皇冠上的明珠”,其制造水平是一个国家军事装备、科技工业水平和综合国力的重要标志。近年来,在国外发动机生产企业,如斯奈克玛(SNECMA)、普惠(PW)等,已经从传统的手工装配模式向自动化、数字化、智能化先进制造技术转型升级,尤其是生产线与核心装备方面投入效果明显。目前,国内航空发动机装配仍然采用传统固定站位式装配模式及手工装配方法,其装配精度高低和装配质量稳定性,严重依赖于装配工人的操作经验和熟练程度,装配质量不稳定、装配效率低、工人劳动强度大、装配作业管理困难。发动机结构复杂、零件数量多,从部装到总装在装配过程中需要涉及大量反复装配、测量等工作,人机工程可达性差,往往需要对发动机的进行上下或圆周方向重复多次翻转操作,便于发动机进行装配和尺寸测量等作业。在国内各个航空发动机制造主机厂,单元体部件装配均采用传统的焊接简易装配架,自动化程度低,效率低,严重制约了当代飞机制造厂对发动机提出的短交付周期、高可靠性和长寿命的要求。因此,亟需一种能够自动化完成单元体装配任务的装置,这是从传统固定装配模式向柔性化、数字化、智能化装配技术变革的发展趋势,在航空航天发动机数字化、智能化装配领域中具有广泛应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提出一种动力涡轮单元体装配柔性定位装置,根据单元体装配过程中操作需求,实现自动完成发动机装配过程中在行程范围内的Z向上下移动、B轴翻转功能,提高装配效率,具有柔性化、自动化、数字化程度高、投入成本低、工人操作可达性好、装配效率高。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种动力涡轮单元体装配柔性定位装置,包括底座、立柱、夹持及定位机构、Z轴升降机构、B轴转动机构和控制柜;所述的控制柜和立柱固定在底座上,控制柜上设有HMI人机界面,立柱上设有Z轴升降机构和Z向导轨副,所述Z向导轨副的滑块连接有Z向滑板;所述的B轴转动机构安装在Z向滑板上,所述的夹持及定位机构与B轴转动机构的输出端相连;所述的Z轴升降机构和B轴转动机构的控制端皆与控制柜相连;
所述的夹持及定位机构包括用于固定动力涡轮单元体机匣的B轴翻转座、以及用于夹持动力涡轮单元体转子的自定心抓手,所述的自定心抓手的轴心设有供涡轮单元体转子安装的通孔,且所述通孔位于动力涡轮单元体机匣的轴线上;自定心抓手的底部还设有用于调整动力涡轮单元体转子位置的可调手轮。
优选的,所述的Z轴升降机构包括Z轴伺服电机、Z轴蜗轮蜗杆减速机和Z向梯形丝杆副,所述的Z轴伺服电机通过Z轴蜗轮蜗杆减速机与Z向梯形丝杆副传动连接,所述的Z向梯形丝杆副与所述的Z向导轨副相连。
优选的,所述的B轴转动机构包括B轴驱动电机、B轴蜗轮蜗杆减速机和蜗轮蜗杆回转式减速器,所述的B轴驱动电机通过B轴蜗轮蜗杆减速机与蜗轮蜗杆回转式减速器传动连接;所述的蜗轮蜗杆回转式减速器安装在Z向滑板上,蜗轮蜗杆回转式减速器的输出端与夹持及定位机构的B轴翻转座固定连接。
优选的,所述的B轴翻转座包括水平安装板和竖直连接板,所述的竖直连接板与B轴转动机构的输出端相连,所述的水平安装板上设有与动力涡轮单元体机匣同轴的定位孔,定位孔的左右对称设有用于夹紧动力涡轮单元体机匣的左压板和右压板,左压板和右压板分别通过左强力夹持气缸和右强力夹持气缸驱动。
优选的,所述的自定心抓手通过支架同轴安装在所述水平安装板上的定位孔处,通过转动可调手轮实现自定心抓手在定位孔轴线方向上的移动。
优选的,所述的底座上设有带花键孔的止转抗扭座,所述的花键孔与处于水平方向时的定位孔同轴,花键孔的尺寸与动力涡轮单元体转子轴端的花键尺寸匹配。
优选的,所述的底座上安装有万向脚轮和高度调整撑脚。
优选的,所述的底座上设有用于控制Z轴伺服电机的驱动按钮。
优选的,所述的B轴翻转座的转角行程范围为0~180度。
本发明与现有技术相比具有的有益效果:
1)本发明的动力涡轮单元体装配柔性定位装置的Z向采用蜗轮蜗杆减速机+梯形丝杆副驱动结构,B轴采用蜗轮蜗杆减速机+蜗轮蜗杆回转减速器驱动结构,结构紧凑,能够根据单元体装配过程中的人机工程需求,实现自动完成发动机装配过程中在行程范围内的Z向上下移动、B轴翻转功能,自动化程度高,装配效率高,满足航空发动机大量单元体部件装配工艺装备技术提升迫切需要;
2)本发明只需控制左右两个强力夹持气缸来调整对动力涡轮单元体机匣的夹持力,可以适应各种不同大小和规格的动力涡轮单元体,具有柔性化特点;B轴翻转座直接与蜗轮蜗杆回转式减速器的输出端固定,B轴翻转角度可达180度,且安装在B轴翻转座上的自定心抓手配合底部的可调手轮可以实现动力涡轮单元体转子的自动定心、以及转子端面与机匣相对装配位置的调整,方便实现相关尺寸测量,工人操作调整简单、可达性好、适应性好;
3)本发明的Z向、B轴驱动全部采用蜗轮蜗杆或梯形丝杆组合的双机械自锁结构措施,保证装配过程中产品和人员绝对安全;
4)本装置是航空发动机制造向“中国制造2025”技术转型升级,建设发动机数字化装配生产线的重要核心装备组成之一。
附图说明
图1是动力涡轮单元体装配柔性定位装置主视图;
图2是动力涡轮单元体装配柔性定位装置左视图;
图3是动力涡轮单元体装配柔性定位装置右视图;
图4是动力涡轮单元体装配柔性定位装置夹持及定位单元局部图;
图5是动力涡轮单元体装配柔性定位装置三维结构示意图;
图中:调整撑脚1、Z向导轨副2、B轴蜗轮蜗杆减速机3、B轴驱动电机4、左强力夹持气缸5、左压板6、Z向梯形丝杆副7、Z轴蜗轮蜗杆减速机8、HMI人机界面9、右压板10、右强力夹持气缸11、驱动按钮12、万向脚轮13、底座14、立柱15、控制柜16、Z轴伺服电机17、止转抗扭座18、B轴翻转座19、自定心抓手20、可调手轮21、蜗轮蜗杆回转式减速器22、Z向滑板23。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、2、3、4、5所示,用于动力涡轮单元体装配柔性定位装置,它包括调整撑脚1、Z向导轨副2、B轴蜗轮蜗杆减速机3、B轴驱动电机4、左强力夹持气缸5、左压板6、Z向梯形丝杆副7、Z轴蜗轮蜗杆减速机8、HMI人机界面9、右压板10、右强力夹持气缸11、驱动按钮12、万向脚轮13、底座14、立柱15、控制柜16、Z轴伺服电机17、止转抗扭座18、B轴翻转座19、自定心抓手20、可调手轮21、蜗轮蜗杆回转式减速器22、Z向滑板23,以上零部件共同组成夹持及定位机构、Z轴升降机构、B轴转动机构三个主要组成机构,Z向采用蜗轮蜗杆减速机+梯形丝杆副驱动结构,B轴采用蜗轮蜗杆减速机+蜗轮蜗杆回转减速器驱动结构,具备双重机械自锁功能。
在本发明的一个具体实施中,在底座14上安装有万向脚轮13和调整撑脚1,实现柔性定位装置的整体自由移动和工作过程中的稳定支撑;所述的控制柜16和立柱15固定在底座14上,Z轴升降机构和B轴转动机构的控制端皆与控制柜16相连,控制柜16上设有HMI人机界面9,HMI人机界面9通过活动支架固定,方便位置调整;立柱15上设有Z向导轨副2以及由Z轴伺服电机17、Z轴蜗轮蜗杆减速机8和Z向梯形丝杆副7构成的Z轴升降机构,所述的Z轴伺服电机17通过Z轴蜗轮蜗杆减速机8与Z向梯形丝杆副7传动连接,Z向梯形丝杆副7与Z向导轨副2相连;所述的Z向滑板23通过Z向导轨副2与立柱15相连,利用HMI人机界面9或设置在底座14上的驱动按钮12可以控制Z轴伺服电机17驱动Z轴蜗轮蜗杆减速机8、Z向梯形丝杆副7,实现Z向滑板23在Z向上下运动。
B轴转动机构安装在Z向滑板23上以实现Z向上下运动,Z向上下在移动行程范围内任意位置可调。B轴转动机构由B轴驱动电机4、B轴蜗轮蜗杆减速机3和蜗轮蜗杆回转式减速器22组成;所述的B轴驱动电机4通过B轴蜗轮蜗杆减速机3与蜗轮蜗杆回转式减速器22传动连接,所述的蜗轮蜗杆回转式减速器22安装在Z向滑板23上,蜗轮蜗杆回转式减速器22的输出端与夹持及定位机构相连,使得夹持及定位机构能够同时实现Z向上下移动和B轴翻转的功能,B轴翻转角度在转角行程范围内任意角度可调,调整范围为0~180度。
如图4所示,夹持及定位机构包括用于固定动力涡轮单元体机匣的B轴翻转座19、以及用于夹持动力涡轮单元体转子的自定心抓手20,自定心抓手20的轴心设有供涡轮单元体转子安装的通孔,且所述通孔位于动力涡轮单元体机匣的轴线上。自定心抓手20安装在B轴翻转座19上,因此动力涡轮单元体转子由自定心抓手20夹持后,同样位于动力涡轮单元体机匣的轴线上,实现动力涡轮单元体转子的自动定心;自定心抓手20的底部还设有用于调整动力涡轮单元体转子位置的可调手轮21,可以实现动力涡轮单元体转子的自动定心、以及转子端面与机匣相对装配位置的调整,方便实现相关尺寸测量。在B轴翻转座19上还安装左强力夹持气缸5、左压板6、右压板10、右强力夹持气缸11,左强力夹持气缸5、右强力夹持气缸11分别为左压板6、右压板10提供驱动力,航空发动机动力涡轮单元体机匣通过左右两对压板和强力夹持气缸夹紧在B轴翻转座19上。
在本发明的一个具体实施中,所述的B轴翻转座19包括水平安装板和竖直连接板,所述的竖直连接板与B轴转动机构的输出端相连,所述的水平安装板上设有与动力涡轮单元体机匣同轴的定位孔,左压板6和右压板10左右对称设置在定位孔的两侧,左压板6和右压板10为两个弧形板,两个弧形板的中心与定位孔的中心在同一条直线上。自定心抓手20通过支架同轴安装在所述水平安装板上的定位孔处,通过转动可调手轮21能够实现自定心抓手20在定位孔轴线方向上的移动。如图2和图5所示,本发明的底座14上设有带花键孔的止转抗扭座18,所述的花键孔与处于水平方向时的定位孔同轴,花键孔的尺寸与动力涡轮单元体转子轴端的花键尺寸匹配。通过驱动按钮12可以精确控制动力涡轮单元体转子向下移动,当向下移动到一定程度时,使得动力涡轮单元体转子轴端的花键插入止转抗扭座18的花键孔中,花键与花键孔相配合,在动力涡轮单元体转子装配中施加力矩时,能够起到止转抗扭作用。
用于动力涡轮单元体装配的柔性定位装置,其工作步骤如下:
1)将涡轮单元体机匣放置在B轴翻转座19的水平安装板上,通过控制柜16控制左强力夹持气缸5和右强力夹持气缸11动作,推动左压板6和右压板10夹紧涡轮单元体机匣;
2)将涡轮单元体转子放置在自定心抓手20上,涡轮单元体转子的轴穿过自定心抓手20上的通孔,涡轮单元体转子的叶片由自定心抓手20夹持,完成涡轮单元体的自动定心;
3)通过自定心抓手20底部的可调手轮21,调整动力涡轮单元体转子端面与动力涡轮单元体机匣的相对装配位置,实现相关尺寸的测量;在测量过程中,还可以通过HMI人机界面9控制B轴转动系统带动B轴翻转座19转动,实现动力涡轮单元体机匣和动力涡轮单元体转子的同轴翻转,保持两者的相对位置不变,方便装配过程的测量工作;
4)当动力涡轮单元体转子装配过程需要施加力矩时,通过HMI人机界面9或者底座14上的驱动按钮12控制Z向滑板23向下移动,带动动力涡轮单元体转子下移,直至动力涡轮单元体转子轴端的花键插入止转抗扭座18的花键孔中,继续完成装配操作。
在动力涡轮单元体的装配过程中,可以随时根据人机工程需求,对夹持及定位机构的Z轴和B轴位置进行调整,操作方便,可达性好。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式,凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明原理的前提下进行的若干改进和润饰,也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,包括底座(14)、立柱(15)、夹持及定位机构、Z轴升降机构、B轴转动机构和控制柜(16);所述的控制柜(16)和立柱(15)固定在底座(14)上,控制柜(16)上设有HMI人机界面(9),立柱(15)上设有Z轴升降机构和Z向导轨副(2),所述Z向导轨副(2)的滑块连接有Z向滑板(23);所述的B轴转动机构安装在Z向滑板(23)上,所述的夹持及定位机构与B轴转动机构的输出端相连;所述的Z轴升降机构和B轴转动机构的控制端皆与控制柜(16)相连;
所述的夹持及定位机构包括用于固定动力涡轮单元体机匣的B轴翻转座(19)、以及用于夹持动力涡轮单元体转子的自定心抓手(20),所述的自定心抓手(20)的轴心设有供涡轮单元体转子安装的通孔,且所述通孔位于动力涡轮单元体机匣的轴线上;自定心抓手(20)的底部还设有用于调整动力涡轮单元体转子位置的可调手轮(21)。
2.根据权利要求1所述的动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,所述的Z轴升降机构包括Z轴伺服电机(17)、Z轴蜗轮蜗杆减速机(8)和Z向梯形丝杆副(7),所述的Z轴伺服电机(17)通过Z轴蜗轮蜗杆减速机(8)与Z向梯形丝杆副(7)传动连接,所述的Z向梯形丝杆副(7)与所述的Z向导轨副(2)相连。
3.根据权利要求1所述的动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,所述的B轴转动机构包括B轴驱动电机(4)、B轴蜗轮蜗杆减速机(3)和蜗轮蜗杆回转式减速器(22),所述的B轴驱动电机(4)通过B轴蜗轮蜗杆减速机(3)与蜗轮蜗杆回转式减速器(22)传动连接;所述的蜗轮蜗杆回转式减速器(22)安装在Z向滑板(23)上,蜗轮蜗杆回转式减速器(22)的输出端与夹持及定位机构的B轴翻转座(19)固定连接。
4.根据权利要求1所述的动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,所述的B轴翻转座(19)包括水平安装板和竖直连接板,所述的竖直连接板与B轴转动机构的输出端相连,所述的水平安装板上设有与动力涡轮单元体机匣同轴的定位孔,定位孔的左右对称设有用于夹紧动力涡轮单元体机匣的左压板(6)和右压板(10),左压板(6)和右压板(10)分别通过左强力夹持气缸(5)和右强力夹持气缸(11)驱动。
5.根据权利要求4所述的动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,所述的自定心抓手(20)通过支架同轴安装在所述水平安装板上的定位孔处,通过转动可调手轮(21)实现自定心抓手(20)在定位孔轴线方向上的移动。
6.根据权利要求4所述的动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,所述的底座(14)上设有带花键孔的止转抗扭座(18),所述的花键孔与处于水平方向时的定位孔同轴,花键孔的尺寸与动力涡轮单元体转子轴端的花键尺寸匹配。
7.根据权利要求1所述的动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,所述的底座(14)上安装有万向脚轮(13)和高度调整撑脚(1)。
8.根据权利要求1所述的动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,所述的底座(14)上设有用于控制Z轴伺服电机(17)的驱动按钮(12)。
9.根据权利要求1所述的动力涡轮单元体装配柔性定位装置,其特征在于,所述的B轴翻转座(19)的转角行程范围为0~180度。
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CN111843945A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 中国人民解放军第五七一九工厂 | 用于航空发动机低压单元体分装的旋转支撑装置 |
CN112872758A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-01 | 杭州特翌智科技有限公司 | 一种粒子分离器单元体装配柔性定位装置 |
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2020
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