專利名稱：一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器。
背景技術(shù)：
在軍事、航空、航天、船舶等領(lǐng)域使用大量的曲面和不規(guī)則幾何外形的大型部件。 它們的裝配過程一般是由零件先裝配成比較簡單的組合件，再裝配成比較復(fù)雜的段件和部 件，最后將各部件對接成完整的產(chǎn)品。在進行各部件對接裝配時，要求各部件能在較大范圍 內(nèi)運動，且對各部件位姿調(diào)整精度要求較高，從而保證對接部件裝配精度和外形協(xié)調(diào)準確 度要求。部件的對接裝配是由一定的工裝實現(xiàn)的。傳統(tǒng)的大部件裝配采用固定不變的剛性 工裝。剛性化工裝是針對具體結(jié)構(gòu)專門設(shè)計，需要考慮每一處細節(jié)，造成工裝整體結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，體積大，而且用途單一。工裝自動化程度低，人工裝配的工作量大，生產(chǎn)周期長、成本高。在大型飛機制造中，傳統(tǒng)剛性化工裝不能滿足大部件對接裝配要求，具有可重構(gòu) 功能的柔性工裝越來越受到人們的重視。采用若干個(大于或等于3個)大行程、高剛度、 高精度三坐標定位器可以構(gòu)成飛機大部件姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)，從而大幅度提升飛機大部件調(diào)姿 和對接裝配的效率和質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器。大行程、高剛度、高精度三坐標定位器包括底座、主立柱、輔立柱、Z軸伸縮柱、滾柱 滾動塊、X滑塊、Y滑塊、球頭夾緊裝置、Z軸風琴罩、控制系統(tǒng)、調(diào)整墊鐵、升降工作臺、Z軸 傳動單元、X軸傳動單元、Y軸傳動單元；在底座上安裝有主立柱、輔助立柱，主立柱上設(shè)有Z 軸傳動單元，Z軸伸縮柱通過Z軸傳動單元與主立柱連接，Z軸伸縮柱通過滾柱滑動塊與輔 助立柱連接；Z軸伸縮柱上設(shè)有X縱滑板、Y橫滑板，X縱滑板上安裝有X軸傳動單元、Y橫 滑板上安裝有Y軸傳動單元，Y橫滑板上固定有球頭夾緊裝置或真空吸附裝置，球頭夾緊裝 置內(nèi)設(shè)有工藝球頭，定位器由控制系統(tǒng)控制；在主立柱和輔立柱上設(shè)有升降工作臺。所述的X縱滑塊、Y橫滑塊行程分別為0. 1 300mm，Z軸伸縮柱工作行程為0. 1 2514mm。所述的底座、主立柱、輔立柱、Z軸伸縮柱、X縱滑塊、Y橫滑塊采用加筋鑄件。所述 的Z軸伸縮柱、X縱滑塊、Y橫滑塊均設(shè)有絕對直線光柵尺、限位開關(guān)和機械限位裝置。所述 的球頭夾緊裝置內(nèi)裝有伺服電機、蝸桿、蝸輪和夾緊元件。所述的球頭夾緊裝置內(nèi)設(shè)有位移 傳感器和力傳感器。所述的Z軸傳動單元、X軸傳動單元、Z軸傳動單元均包括伺服驅(qū)動電 機、減速器、滾珠絲杠，伺服驅(qū)動電機與減速器、滾珠絲杠依次連接。所述的控制系統(tǒng)通過伺 服驅(qū)動卡控制伺服電機實現(xiàn)定位器各傳動單元裝置控制。本發(fā)明的優(yōu)點1)安全工作行程大，X、Y方向可實現(xiàn)300mm，Z向可實現(xiàn)2514mm移 動范圍；2)可以實現(xiàn)X、Y、Z三個方向的精確移動，X、Y、Z向單坐標定位精度0. 05mm/全行 程，X、Y、Z向單坐標 復(fù)定位精度0. 025mm/全行程；3)采用主、輔立柱共同支撐Z軸伸縮柱，主立柱保證其精確運動，輔立柱通過滾柱滾動體保證伸縮部件剛度，其工作行程范圍內(nèi) 剛度高。4)X、Y方向采用帶抱閘制動的交流伺服電機驅(qū)動，可以將夾緊裝置鎖定在X、Y方向 的任意位置，保證對部件支撐的穩(wěn)定性；Z方向通過蝸輪蝸桿減速器實現(xiàn)自鎖，支撐可靠； 5)Z向設(shè)有位移傳感器和力傳感器，保證球頭快速安全入位和使用安全；6)X、Y、Z三個方向 分別設(shè)計了限位開關(guān)和機械限位，在結(jié)構(gòu)上提高了系統(tǒng)工作的安全性；7)滾珠絲杠設(shè)計了 防護罩，保證其傳動精度和壽命盡量不受環(huán)境影響；8)X、Y、Z三個方向可以實現(xiàn)同步聯(lián)動 控制；9)球頭夾緊機構(gòu)可以與工藝球頭形成球鉸連接，使工藝球頭可在球頭夾緊裝置里自 由轉(zhuǎn)動，或更換真空吸附裝置則可直接吸附固持對象；10)夾緊機構(gòu)具有一定的浮動夾緊 特性，夾緊和松開時不破壞當前姿態(tài)。11)通過一定配置的三個或四個大行程、高剛度、高精 度三坐標定位器可構(gòu)成具有不同工作性能的調(diào)姿系統(tǒng)，具有快速重構(gòu)的特性。


圖1是大行程、高剛度、高精度三坐標定位器結(jié)構(gòu)主視圖；圖2是大行程、高剛度、高精度三坐標定位器結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖3是大行程、高剛度、高精度三坐標定位器結(jié)構(gòu)俯視圖；圖中底座1、主立柱2、輔立柱3、Z軸伸縮柱4、滾柱滾動塊5、X滑塊6、Y滑塊7、 球頭夾緊裝置8、Z軸風琴罩9、控制系統(tǒng)10、調(diào)整墊鐵11、升降工作臺12。
具體實施例方式如圖1 3所示，大行程、高剛度、高精度三坐標定位器包括底座1、主立柱2、輔立 柱3、Z軸伸縮柱4、滾柱滾動塊5、X滑塊6、Y滑塊7、球頭夾緊裝置8、Z軸風琴罩9、控制 系統(tǒng)10、調(diào)整墊鐵11、升降工作臺12、Z軸傳動單元13、X軸傳動單元14、Y軸傳動單元15 ； 在底座1上安裝有主立柱2、輔助立柱3，主立柱上設(shè)有Z軸傳動單元13，Z軸伸縮柱4通過 Z軸傳動單元13與主立柱2連接，Z軸伸縮柱4通過滾柱滑動塊5與輔助立柱3連接；Z軸 伸縮柱4上設(shè)有X縱滑板6、Y橫滑板7，X縱滑板6上安裝有X軸傳動單元14、Y橫滑板7 上安裝有Y軸傳動單元15，Y橫滑板上固定有球頭夾緊裝置或真空吸附裝置8，球頭夾緊裝 置內(nèi)設(shè)有工藝球頭，定位器由控制系統(tǒng)10控制；在主立柱2和輔立柱3上設(shè)有升降工作臺 12。所述的X縱滑塊6、Y橫滑塊7行程分別為0. 1 300mm，Z軸伸縮柱4工作行程為 0. 1 2514mm。所述的底座1、主立柱2、輔立柱3、Z軸伸縮柱4、X縱滑塊6、Y橫滑塊7采 用加筋鑄件。所述的Z軸伸縮柱4、X縱滑塊6、Y橫滑塊7均設(shè)有絕對直線光柵尺、限位開 關(guān)和機械限位裝置。所述的球頭夾緊裝置8內(nèi)裝有伺服電機、蝸桿、蝸輪和夾緊元件。所述 的球頭夾緊裝置8內(nèi)設(shè)有位移傳感器和力傳感器。所述的Z軸傳動單元13、X軸傳動單元 14、Z軸傳動單元15均包括伺服驅(qū)動電機、減速器、滾珠絲杠，伺服驅(qū)動電機與減速器、滾珠 絲杠依次連接。所述的控制系統(tǒng)10通過伺服驅(qū)動卡控制伺服電機實現(xiàn)定位器各傳動單元 裝置控制。本發(fā)明可以實現(xiàn)三個相互垂直方向的運動，其工作行程大，定位精度高，剛度高， 運行平穩(wěn)，能夠進行力和位置混合控制，保證工作安全、穩(wěn)定、可靠。作為大部件定位調(diào)姿基 礎(chǔ)核心模塊，通過合理配置可以構(gòu)成滿足不同工作性能要求的柔性調(diào)姿工裝系統(tǒng)。針對不
4同結(jié)構(gòu)形式與尺寸的大部件，通過一定的重組，能夠滿足不同型號部件共平臺裝配的要求， 具有充分的柔性。對大部件進行調(diào)姿時，首先將三坐標定位器球頭夾緊裝置球窩調(diào)整到與裝配在部 件上的工藝球頭理論安裝位置相符。當裝配部件吊裝到位后，如果工藝球頭的安裝存在誤 差，可以通過球頭夾緊裝置自動跟隨入位的特性產(chǎn)生一定隨動位移，由傳感器測得位移大 小，并通過三坐標定位器在相應(yīng)方向的運動實現(xiàn)各工藝球頭入位。部件入位后，根據(jù)設(shè)計的 路徑規(guī)劃算法，由控制系統(tǒng)驅(qū)動三坐標定位器的協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)大部件調(diào)姿。調(diào)姿過程中采 用激光跟蹤儀進行測量，并以此測量值計算大部件的姿態(tài)。裝配部件調(diào)整到理想位置時，伺 服電機驅(qū)動蝸桿帶動蝸輪實現(xiàn)三爪卡盤對工藝球頭進行夾緊，保持部件姿態(tài)不發(fā)生變化， 增加支撐的穩(wěn)定性。使用本發(fā)明的步驟如下1)根據(jù)調(diào)姿大部件確定大行程、高剛度、高精度三坐標定位器的布局，構(gòu)成調(diào)姿系 統(tǒng)；2)調(diào)姿大部件吊裝初步入位；3)通過位移傳感器使工藝球頭快速安全精確入位；4)三爪夾緊工藝球頭5)控制系統(tǒng)進行大部件姿態(tài)調(diào)整；6)真空吸附裝置固持大部件；7)完成大部件后續(xù)對合或加工工序。
權(quán)利要求
一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器，其特征在于包括底座(1)、主立柱(2)、輔立柱(3)、Z軸伸縮柱(4)、滾柱滾動塊(5)、X滑塊(6)、Y滑塊(7)、球頭夾緊裝置(8)、Z軸風琴罩(9)、控制系統(tǒng)(10)、調(diào)整墊鐵(11)、升降工作臺(12)、Z軸傳動單元(13)、X軸傳動單元(14)、Y軸傳動單元(15)；在底座(1)上安裝有主立柱(2)、輔助立柱(3)，主立柱上設(shè)有Z軸傳動單元(13)，Z軸伸縮柱(4)通過Z軸傳動單元(13)與主立柱(2)連接，Z軸伸縮柱(4)通過滾柱滑動塊(5)與輔助立柱(3)連接；Z軸伸縮柱(4)上設(shè)有X縱滑板(6)、Y橫滑板(7)，X縱滑板(6)上安裝有X軸傳動單元(14)、Y橫滑板(7)上安裝有Y軸傳動單元(15)，Y橫滑板上固定有球頭夾緊裝置或真空吸附裝置(8)，球頭夾緊裝置內(nèi)設(shè)有工藝球頭，定位器由控制系統(tǒng)(10)控制；在主立柱(2)和輔立柱(3)上設(shè)有升降工作臺(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器，其特征在于所述 的X縱滑塊(6)、Υ橫滑塊(7)行程分別為0. 1 300mm，Z軸伸縮柱⑷工作行程為0. 1 2514mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器，其特征在于，所 述的底座(1)、主立柱(2)、輔立柱(3)、Z軸伸縮柱(4)、X縱滑塊(6)、Y橫滑塊(7)采用加 筋鑄件。
4.根據(jù)權(quán)利要求一所述的一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器，其特征在于，所 述的Z軸伸縮柱(4)、X縱滑塊(6)、Y橫滑塊(7)均設(shè)有絕對直線光柵尺、限位開關(guān)和機械 限位裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器，其特征在于，所 述的球頭夾緊裝置(8)內(nèi)裝有伺服電機、蝸桿、蝸輪和夾緊元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器，其特征在于，所 述的球頭夾緊裝置(8)內(nèi)設(shè)有位移傳感器和力傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器，其特征在于，所 述的Z軸傳動單元(13)、Χ軸傳動單元(14)、Ζ軸傳動單元(15)均包括伺服驅(qū)動電機、減速 器、滾珠絲杠，伺服驅(qū)動電機與減速器、滾珠絲杠依次連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器，其特征在于，所 述的控制系統(tǒng)(10)通過伺服驅(qū)動卡控制伺服電機實現(xiàn)定位器各傳動單元裝置控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大行程、高剛度、高精度三坐標定位器。在底座上安裝有主立柱、輔助立柱，主立柱上設(shè)有Z軸傳動單元，Z軸伸縮柱通過Z軸傳動單元與主立柱連接，Z軸伸縮柱通過滾柱滑動塊與輔助立柱連接；Z軸伸縮柱上設(shè)有X縱滑板、Y橫滑板，X縱滑板上安裝有X軸傳動單元、Y橫滑板上安裝有Y軸傳動單元，Y橫滑板上固定有球頭夾緊裝置或真空吸附裝置，球頭夾緊裝置內(nèi)設(shè)有工藝球頭，定位器由控制系統(tǒng)控制；在主立柱和輔立柱上設(shè)有升降工作臺。本發(fā)明可在X、Y、Z三個方向運動，可以實現(xiàn)聯(lián)動控制；運動精度高，定位準確；定位器安全工作行程大，剛度高；Z向設(shè)有位移和力傳感器定位器，支撐穩(wěn)定、可靠；它是飛機部件數(shù)字化調(diào)姿的基礎(chǔ)單元。
文檔編號B23P21/00GK101850512SQ20101015156
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者余德忠, 周啟民, 孫文博, 方強, 李江雄, 楊國榮, 柯映林, 樊新田, 畢運波, 王青, 蔣君俠, 趙安安, 邱寶貴, 黃小東 申請人:浙江大學