[发明专利]一种大长径比工件对接装配用多自由度数控调姿平台

说明书

本发明公开了一种大长径比工件对接装配用多自由度数控调姿平台，包括作业平台、横移机构、升降俯仰机构、摆转机构、进给机构和底座。本发明增加了进给机构，通过伺服电机系统IV的驱动，实现了作业平台的水平进给运动，与原有的水平横移、竖直升降、水平面摆转和竖直面俯仰运动相结合，实现了五自由度调姿运动。本发明采用摆转机构实现大长径比工件水平面摆转调姿，可为大长径比工件提供高跨距稳定支撑，便于定位校准。本发明的升降俯仰机构可同时满足作业平台的竖直升降和竖直面俯仰调姿运动，伺服电机驱动的水平向运动与竖直向升降运动呈线性关系，便于数控定量运动。本发明调姿精度高，静态刚度和运动稳定性好，便于整机集成安装和搬运。

技术领域

本发明属于自动化装配技术领域，特别涉及一种适用于大长径比工件对接装配用多自由度数控调姿平台。

背景技术

在某些长梁形、长轴形和长管形等工件与被连接体装配中，当被连接体的体积重量较大时，一般将被连接体固定，其法兰或其它结构形式装配接口在侧向露出，大长径比工件取卧姿在水平面内相对被连接件进行进给运动，到达二者正确的安装位置完成对接装配。装配过程中，为保证二者的装配基准线同轴，并确保连接接触端面正确紧密贴合，需要对大长径比工件进行空间多自由度调姿，确保其安装位姿准确。在此过程中，若大长径比工件调姿运动自由度少或调姿精度低，易导致装配后产生几何误差，同时未正确定位的强迫装配会产生装配应力，这些问题都会直接影响装配体性能，在诸如航空发动机涡轮轴等重要大长径比工件对接装配中，任何装配缺陷可能导致严重事故，因此在此类大长径比工件装配过程中对其进行高精度的多自由度调姿对于保障装配性能尤为重要。

现各行业内对于大长径比工件在对接装配中调姿运动，一般采取简单机械机构配合人工手动操作方式来实现，没有通过利用高性能的自动化平台来进行工作，主要存在以下不足：(1)调姿运动自由度少：大多数机构只能实现工件的直线运动调姿，难实现其转动调姿，由于每组待装配体的初始配对位姿随机，单纯直线运动难以实现二者精确配合；(2)调姿运动精度低：人力驱动方式运动精度低，定位误差大，装配一致性差；(3)自动化程度低：大程度依赖人工操作，导致安装效率低下，对工人技能要求高，工作强度大。

中国专利CN201310098161.4公开了《一种飞机发动机安装用多轴调姿平台》，该平台包括工作平台、平移机构、转台机构、升降俯仰机构、平台底座等，其中升降俯仰机构包括左上滑动座、左升降机构、右升降机构、右上固定座，其中左升降机构和右升降机构均采用相同工作原理的结构并具有单侧升降的调姿功能，各运动机构均采用伺服电机驱动的纯机械式结构。该平台提供了一种承载能力强、安装精度高、调整范围大的飞机发动机数控安装用多轴调姿平台，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率和安装质量。

但该平台只具有四个运动自由度，没有平台水平进给运动功能，即无法满足工件对接过程中进给运动要求；该平台的水平转动通过转台机构实现，通过一个带内齿的大型轴承进行承载和导向，当大长径比工件的长度尺寸较大时，造成工件或安装工件的作业平台悬出尺寸较大，影响刚度和运动稳定性，同时单一轴承支撑造成工件的水平转动中心难以靠近其装配端，使水平转动调姿时装配端运动幅度过大，影响定位校准；该平台的升降俯仰机构中的左升降机构和右升降机构均由两个“人”字形连杆机构组成，该升降机构设计使得螺母座的水平运动运动与左上滑动座或右上固定座的竖直运动运动不成线性关系，即控制伺服电机的转动圈数与升降机构的升降距离不成线性关系，造成数控定量运动困难；该平台中的带内齿的大型轴承和多组“人”字形连杆等设计所占空间大，尤其横向(Y向)整体尺寸较大，对于大长径比工件的使用结构冗余，同时不便于整体平台的集成安装与搬运。

为解决上述问题，保证大长径比工件的对接装配质量，提高工作效率，研制出高性能的多自由度数控调姿平台是亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明设计一种既能实现水平横移、竖直升降、水平面摆转和竖直面俯仰四自由度调姿运动，又能实现工件水平进给对接运动、同时便于定位校准、易于数控定量运动和结构紧凑的大长径比工件对接装配用多自由度数控调姿平台。