一种串联式六自由度精密调整装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种串联式六自由度精密调整装置，属于空间机构姿态控制领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，通用装配技术一直落后于加工技术，且机械装配技术已逐渐成为实现生 产现代化的薄弱环节。装配问题会导致产品性能下降，甚至会导致事故的发生，因此对于机 械产品的装配要给予足够的重视。目前，装配主要分为手工装配和自动化装配两种类型。手 工装配是目前主要的装配手段，其装配过程主要是通过人工操作完成，具有精度低、稳定性 差、劳动强度大、成本高的缺点。机械自动化装配具有效率高、精度高、稳定性好的优点，在 各方面弥补了手工装配的不足，随着机械行业的不断发展，人工装配被机械自动化装配取 代是历史的必然。
[0003] 由于航天产品（导弹、无人机、卫星）的小批量研制等生产特点，在总装装配技术方 面一直处于落后地位。运种最原始的手工装配作业模式进行生产，在数字化、自动化水平飞 速发展的现状下其对接装配工艺手段已经难W适应新形势的发展。随着空间展开机构越来 越精密复杂，对装配精度提出了更高要求，传统装配依赖操作人员实践经验和技术，在装配 质量不稳定。
[0004] 实现自动化装配，需要对工件进行六个自由度的调整，而目前能够实现六自由度 位姿调整的机构很少，且由于他们的自身特点一般很难应用于精密装配当中。因此为实现 精密装配，六自由度位姿调整平台的设计与研制亟待解决。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种串联式六自由度精 密调整装置，W实现零件六自由度位姿的精密调整，提高装配效率、装配精度及其稳定性。
[0006] 本发明的技术解决方案是：
[0007] -种串联式六自由度精密调整装置，包括沿X轴移动的X向移动层、沿Y轴移动的Y 向移动层、沿Z轴移动的Z向移动层、绕X轴偏转的X向旋转层、绕Y轴偏转的Y向旋转层和绕Z 轴偏转的Z向旋转层，Z向移动层设置在底座上，在Z向移动层的中屯、设置驱动结构，驱动Z向 移动层上下移动，驱动结构两侧设置垂直于Z向移动层的导向杆，用于Z向移动层上下移动 时导向；在Z向移动层两侧上设置垂直于Z轴的Y向移动直线导轨，Y向移动层设置在Y向移动 直线导轨上，Y向移动层可沿Y向移动直线导轨运动;在Y向移动层两侧上设置垂直于Z轴和Y 轴的X向移动直线导轨，X向移动层设置在X向移动直线导轨上，X向移动层可沿X向移动直线 导轨运动;在X向移动层上设置绕Z轴转动的转动机构，Z向旋转层设置在转动结构上，使Z向 旋转层可绕Z轴转动；在Z向旋转层上设置顶杆较链机构，Y向旋转层设置在顶杆较链机构 上，顶杆较链结构可顶起Y向旋转层并绕Y轴偏转;在Y向旋转层上设置顶杆较链机构，X向旋 转层设置在顶杆较链机构上，顶杆较链结构可顶起X向旋转层并绕X轴偏转。
[000引所述X向移动直线导轨及Y向移动直线导轨均为滚珠丝杠导轨。
[0009] 所述的z向移动层的中屯、设置的驱动结构为蜗轮蜗杆驱动结构，X向移动层上设置 绕Z轴转动的转动机构为蜗轮蜗杆驱动结构。
[0010] 所述顶杆较链机构为Z向旋转层或Y向旋转层一侧装有两个轴和轴承且两个轴屯、 共线，使Y向旋转层或X向旋转层能够绕二者轴线转动，形成一个较链，而Z向旋转层或Y向旋 转层另一侧通过电机驱动蜗轮蜗杆，使Y向旋转层或X向旋转层绕较链产生角度。
[0011] Y向旋转层或X向旋转层绕较链产生角度范围为0~3度。
[0012] 所述角度所产生的角位移精度范围为0.001~0.01。
[0013] 在X向移动层、Y向移动层、Z向移动层、X向旋转层、Y向旋转层和Z向旋转层上分别 设置光栅尺，W提高移动精度。
[0014] 还包括重量传感器，将其设置在Y向旋转层上，监控被测物的质量变化。
[0015] 底座上设置有气浮孔，通过压缩空气可使整个装置悬浮。
[0016] 所述滚珠丝杠导轨的副摩擦系数0.001-0.005,传动效率^ 90%。
[0017] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0018] (1)本发明六自由度精密调整装置首次采用串联式组合方式，使在调整产品位置 时在每个轴方向上可W单独移动调整，实现了六自由度姿态自由调整，较并联式结构更简 单，同时可用于手动调整；
[0019] (2)本发明通过简单空间六自由度机构设置，能够实现较高的角精度，实现了空间 机构姿态的高精度调整，做到对微小位移和角度的精确控制，可显著提高装配效率、装配精 度和稳定性；
[0020] (3)本发明首次采用气浮基座，实现了产品在工作台面上的自由移动，方便调整和 操作。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明结构示意图；
[0022] 图2为本发明Z向移动层机构结构示意图；
[0023] 图3为本发明Z向移动层底部结构图；
[0024] 图4为本发明顶杆较链机构结构示意图；
【具体实施方式】
[0025] 下面参见附图对本发明进行详细描述。
[0026] 本发明六自由度精密调整装置的设计要求主要包括W下几方面：
[0027] (1)自由度要求:本发明装置主要用于卫星装配，零件的相对位姿要求能在六个自 由度范围内调整，与之相应，本装置机械系统的设计需要有六个自由度。
[0028] (2)精度要求:装配时精度的保证直接影响产品的机械性能。尤其本装置要应用于 卫星的装配当中，对角度的调整分辨率非常高，需要达到角秒级精度，同时对位移调整分辨 率也很高；因此机械系统的设计必须满足精度的要求。
[0029] (3)行程要求:为了满足在装配过程中的相对位姿误差，并能够在一定的范围内使 工件相对移动，一般要求该平台的行程能够达到数十毫米，角度调整范围为数十度。
[0030] (4)结构及体积重量的要求:结构越复杂在运行中越容易产生问题，过多的环节同 时会影响装置最后执行机构的精度，且结构复杂会给维修维护带来不便。此装置要整体安 装于气浮装置上，因此对该装置机械系统的设计必须小巧灵活，重量轻。
[0031] (5)机械系统的刚度:机械系统刚度低使机构部件容易变形，运会直接影响装置的 调整精度。因此，在兼顾装置轻小的同时也要保证其具有一定的刚度。
[0032] (6)承载能力的要求:为使装置能够适应各种工件的安装，需要保证装置具有一定 的承载能力。
[0033] 基于上述要求，对本发明结构进行具体设计，如图1所示，包括沿X轴移动的X向移 动层3、沿Y轴移动的Y向移动层2、沿Z轴移动的Z向移动层1、绕X轴偏转的X向旋转层5、绕Y轴 偏转的Y向旋转层4和绕Z轴偏转的Z向旋转层7，Z向移动层1设置在底座6上，底座6上设置有 气浮孔，通过压缩空气可使整个装置悬浮；
[0034] 在Z向移动层1的中屯、设置满轮蜗杆驱动结构，驱动Z向移动层6上下移动。X向移动 层3、Υ向移动层2承载很小，只需克服导轨的摩擦阻力即可，因此可用电机直接进行驱动。而 Ζ向移动层1需要承受整个装置及工件的重力作用，且空间较小，因此除需单独设计丝杠螺 母外还需要在电机与丝杠螺母之间增加一级传动机构，要求此传动机构具有精密、可靠、寿 命长，传动比大等特点，因此选择蜗轮蜗杆机构，Ζ向移动层1的结构设计如图2所示，为保证 传动稳定性及精度，在其四个角位置处均放置导轨滑块，且由于Ζ向移动层1承载大，为使整 个装置变形小，保证其的精度，在Ζ向移动层1底面加放筋结构W增加结构刚度，具体结构如 图3所示。
[0035] 满轮蜗杆驱动结构两侧设置垂直于Ζ向移动层1的直线导杆，用于Ζ向移动层1上 下移动时导向；在Ζ向移动层1两侧上设置垂直于Ζ轴的Υ向移动直线导轨，Υ向移动层2设置 在Υ向移动直线导轨上，Υ向移动层2可沿Υ向移动直线导轨运动;在Υ向移动层两侧上设置垂 直于Ζ轴和Υ轴的X向移动直线导轨，X向移动层3设置在X向移动直线导轨上，X向移动层3可 沿X向移动直线导轨运动;在X向移动层上设置绕Ζ轴转动的转动机构，Ζ向旋转层7设置在转 动结构上，使Ζ向旋转层7可绕Ζ轴转动;在Ζ向旋转层7上设置顶杆较链机构，Υ向旋转层4设 置在顶杆较链机构上，顶杆较链结构可顶起Υ向旋转层4并绕Υ轴偏转;在Υ向旋转层上设置 顶杆较链机构，X向旋转层5设置在顶杆较链机构上，顶杆较链结构可顶起X向旋转层5并绕X 轴偏转。
[0036] 其中X向移动直线导轨及Υ向移动直线导轨均为滚珠丝杠导轨，滚珠丝杠副摩擦系 数0.003左右，传动效率含90%，运样既节能省电，又对环境无污染；同时具有较高的快速响 应特性和同步性、传动灵活、轻快;具有优良的高速特性，don值可达到150000;高速化的成 本较低;工作可靠，对周边环境的适性较