[发明专利]大尺寸三轴自动调姿工装设计及操作方法

说明书

本发明提供了一种大尺寸三轴自动调姿工装及操作方法，属于自动化夹具领域。该大尺寸三轴自动调姿工装由底座、A轴调整单元、B轴调整单元、C轴调整单元组成。该三轴自动调姿工装可实现大尺寸结构件的整体装夹姿态自动测量与调姿，操作简单、高效、精度高；整体结构紧凑，适用于安装可用空间小的数控机床；高刚性结构设计以及辅助锁紧机构，提高了数控加工的可靠性、安全性。本发明提出的大尺寸三轴自动调姿工装解决了人工装夹复杂构件精度低、可靠性差的问题，实现了工件的自动识别、自动调整，具有高精度、高刚度、可靠性好、结构紧凑等特点。

技术领域

本发明属于自动化夹具技术领域，涉及大尺寸三轴自动调姿工装设计及操作方法。

背景技术

在航空航天等高端装备制造领域，存在多品类回转体构件、燃料贮箱、舱段等大尺寸、弱刚性复杂构件需要精密加工。在数控加工过程中，对构件定位姿态的精准调整和可靠装夹是确保整体加工质量的关键环节之一。然而，现有机械式工装不具备自动调整功能，只能依靠人工打表、“垫/敲”经验式调整，为此，有必要设计出适用于大尺寸构件的高可靠自动调姿工装，从而提升复杂构件的整体数控加工质量和效率。

近年来，有诸多机构对自动调姿工装展开了研究。2020年，哈尔滨理工大学在专利CN111571171A中公开了“一种筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法”。该方案采用多轴叠加的方式，使舱段可以完成五个自由度位置和姿态的调整。但由于各自由度的驱动装置相互叠加，导致整体尺寸较大，不适用于数控机床安装空间受限的情况。2016年，西北工业大学在专利CN106043736B中公开了“一种用于飞机部件调姿的串并联机械结构及调姿方法”。采用串并联机构为整个调姿工装的主体结构，控制托板三个方向以及并联机构的三个运动轴，共六个轴的运动。但是该工装刚性较差，承载能力小，仅适用于中小部件。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服上述装置的不足，针对舱体类复杂构件装夹姿态调整问题，发明了一种大尺寸三轴自动调姿工装。该工装基于双目视觉测量的姿态信息，可实现装夹同轴度偏差的自动调整；设计了紧凑型、高可靠性的大尺寸三轴调姿与锁紧机构，实现数控机床受限安装空间下的大尺寸构件姿态调整与保持；提出了基于定位销孔位姿信息的自动调姿策略。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种大尺寸三轴自动调姿工装，包括底座Ⅰ、A轴调整单元Ⅱ、B轴调整单元Ⅲ和C轴旋转单元Ⅳ；

所述的底座Ⅰ用于大尺寸三轴自动调姿工装与机床连接，实现工装的固定；

所述的A轴调整单元Ⅱ包括A轴伺服电机1、A轴传动机构2、A轴旋转平台3、支撑机构4和A轴锁紧机构5；

所述的A轴伺服电机1卧式安装；所述的A轴传动机构2主要由蜗杆201、蜗轮202、滚动轴承203和驱动齿轮204组成，蜗杆201与A轴伺服电机1的输出轴通过联轴器连接，经过蜗轮202和蜗杆201传动，实现运动变向；蜗轮202、滚动轴承203、驱动齿轮204同轴布置，实现运动传递；驱动齿轮204与A轴旋转平台3之间通过轮齿啮合带动A轴旋转平台3旋转；支撑机构4主要由销轴401和滚轮402组成，滚轮402用于支承A轴旋转平台3，实现A轴旋转平台3平稳转动；所述的A轴锁紧机构5由液压杆501和液压缸502组成，在A轴旋转平台3两端各布置两组，当A轴旋转平台3调整到指定位置，液压杆501伸出以及电磁抱闸将A轴旋转平台3锁紧，实现A轴旋转平台3锁定；

所述的B轴调整单元Ⅲ包括B轴电机安装板6、B轴伺服电机7、B轴传动机构8、B轴锁紧机构9和升降台10；