用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心方法与装置制造方法
【专利摘要】用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心方法与装置属于精密仪器及机械【技术领域】；该方法通过内框、外框和运动台的复合运动实现，内框、外框和运动台的底面为共面结构；当运动台沿X方向运动时，内框和外框均保持静止不动，运动台沿X方向的运动由配置在内框上的主导向部件和副导向部件联合作用；当运动台沿Y方向运动时，外框保持静止不动，内框与运动台同步运动，运动台沿Y方向的运动由配置在外框上的主导向部件和副导向部件联合作用，其中主导向部件引导运动台沿Y方向运动，副导向部件相对于主导向部件关于Y轴对称配装且微弹性可动；本发明建立了一种兼顾高稳定性和大承载的二维运动基准及平台。
【专利说明】用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明属于精密仪器及机械【技术领域】，特别涉及一种用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心方法与装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展，特别是航空发动机性能的不断提升，对发动机加工装配的精度要求越来越高，尤其是在追求更高推重比的同时，由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能的影响逐渐突显出来。这就对发动机的测试装备性能提出了严峻的挑战，因而也对所使用的调整定位工作台性能有了更高的要求。
[0003]2000年，法国Compiegne工业大学的Samir Mckid等人于研制的摩擦驱动工作台通过液体静压导轨支撑，并使用了零膨胀材料微晶玻璃制作导轨，从而能够降低对环境的要求。该工作台行程为220mm,定位精度可达16nm.(Mekid S.High precis1n linearslide.Part 1: design and construct1n[J].1nternat1nal Journal of MachineTools and Manufacture, 2000, 40(7): 1039?1050)。
[0004]2001年，东京工业大学的Shinno等人研制了混合直线电机驱动的两级驱动大行程超精密平台，采用直线电机进行粗定位，音圈电机精密定位(Shinno H, Hashizume
H.High speed nanometer posit1ning using a hybrid linear motor[J].CIRPAnnals-Manufacturing Technology, 2001, 50(1): 243?246)。
[0005]台湾淡江大学的Cha0.C.L等人也对精密调整定位工作台展开了研究，他们采用摩擦轮驱动和气体支撑的方式对工作台进行了设计，使用激光干涉仪作为反馈测量装置。该工作台在温度20土 1°C和湿度60±5%的环境中，其定位精度优于15nm(Cha0.C.L,Neou J.Model reference adaptive control of air-lubricated capstan drive forprecis1n posit1ning[J].Precis1n engineering, 2000, 24(4): 285?290)。
[0006]2003年，东京工业大学的Mao J、Tachikawa H等人，成功研制了采用直线电机驱动和空气静压丝杠驱动技术的超精密纳米定位工作台，并使用空气静压导轨进行支撑和导向，整个工作台的定位精度可以达到±2nm (Mao J, Tachikawa H, ShimokohbeA.Precis1n posit1ning of a DC-motor-driven aerostatic slide system[J].Precis1n engineering, 2003, 27 (I): 32?41)。
[0007]上述运动平台都具有较高的定位精度和位移分辨力，但都是在轻载情况下工作，无法满足航空发动机装配中数百公斤的大负载要求。
[0008]专利CN201310166438 “大行程微驱动精密二维工作台”提出了一种大行程微驱动精密二维工作台，为一种宏/微驱动结合结构；x向进给装置包括X向大行程进给装置和X向微进给装置，Y向进给装置包括Y向大行程进给装置和Y向微进给装置；γ向大行程进给装置设置于X向微进给装置之上且能随X向微进给装置的进给动作而移动；底座的过渡连接板与机床连接。
[0009]专利CN200620072502 “大行程高精度二维工作台”提出一种大行程高精度二维工作台，采用复合式磁浮一滑动导轨，设置二维移动工作台的顶部导向面与测量光栅的测量面相重合的结构形式，设置驱动区和工作区二级隔离。
[0010]专利CN200920177016“单层小行程二维工作台”提出一种单层小行程二维工作台，由固定滑块、过渡滑块、目标滑块、板式弹簧和调节螺钉组成，采用环状板式结构，通过调节螺钉和板式弹簧的共同作用，使目标滑块在同一水平层中完成X轴、Y轴二维方向的移动，解决普通双层结构的二维工作台占用较大空间的问题。
[0011]上述现有技术存在的共性问题是在大载荷的情况下，无法实现调整装置的高承载和高定位稳定性；然而在航空发动机装配中，发动机转静子以及相关夹具等回转体组件重达数百公斤，其装配工作直接在工作台上进行，装调中需大量反复调整工作以保证装配精度，这就要求使用的调整工作台能够承受大载荷并有很高的调整定位稳定性。
【发明内容】
[0012]本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提出一种通过主导向部件与副导向部件联合作用，并将内框、外框与运动台的运动相复合的高稳定性偏心调整定位方法，达到精密运动台沿X方向和Y方向高稳定性运动的目的。本发明还提供了一种基于上述方法的用于航空发动机装配的高稳定性双框共面导向式偏心调整定位装置。
[0013]上述目的通过以下的技术方案实现:
一种用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置，该装置包括内框、外框和运动台，且内框、外框和运动台的底面为共面结构；
所述的内框整体结构为封闭的“口 ”字型，在内框的面Al上配置有主导向部件A，所述主导向部件A引导运动台沿X方向运动，在与面Al相对的内框上的面A3上配置有弹性单元A，在弹性单元A上安装有副导向部件A，在弹性单元A的作用下副导向部件A可进行微量弹性运动，使运动台的导向工作面始终与主导向部件A紧密接触；在内框的面A2上配置有驱动系统A，所述驱动系统A驱动运动台沿X轴正向运动；在与面A2相对的内框上面A4上配置有运动回复系统A，所述运动回复系统A驱动运动台沿X轴反向运动；
所述的外框整体结构为封闭的“口 ”字型，面BI上配置有主导向部件B，所述主导向部件B引导运动台沿Y方向运动，在与面BI相对的外框上面B3上配置有弹性单元B，在所述弹性单元B上配置有副导向部件B，在弹性单元B的作用下副导向部件B可进行微量弹性运动，使运动台的导向工作面始终与主导向部件B紧密接触；在外框上的面B2上配置有驱动系统B，其驱动力直接作用于内框上，使运动台沿Y轴正向运动；在与面B2相对的外框的面B4上配置有运动回复系统B，其回复力直接作用于内框上，驱动运动台沿Y轴反向运动。
[0014]一种用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心方法，该方法通过内框、外框和运动台的复合运动实现，内框、外框和运动台的底面为共面结构；当运动台沿X方向运动时，内框和外框均保持静止不动，运动台沿X方向的运动由配置在内框上的主导向部件和副导向部件联合作用，其中主导向部件引导运动台沿X方向运动，副导向部件相对于主导向部件关于X轴对称配装且微弹性可动，压紧运动台始终与主导向部件紧密接触；当运动台沿Y方向运动时，外框保持静止不动，内框与运动台同步运动，且运动台沿Y方向的运动由配置在外框上的主导向部件和副导向部件联合作用，其中主导向部件引导运动台沿Y方向运动，副导向部件相对于主导向部件关于Y轴对称配装且微弹性可动，压紧运动台始终与主导向部件紧密接触。
[0015]内框上的主导向部件A、外框上的主导向部件B与运动台的配合工作面接触方式为点接触、线接触或面接触。
[0016]内框上的副导向部件A与主导向部件A关于X轴呈对称配置，外框上的副导向部件B与主导向部件B关于Y轴呈对称配置。
[0017]内框上的主导向部件A、外框上的主导向部件B与运动台的配合工作面之间均为滑动摩擦、滚动摩擦或滑动摩擦与滚动摩擦复合结构。
[0018]内框上的弹性单元A和外框上的弹性单元B的弹性力可根据需要进行调节。
[0019]内框上的运动回复系统A和外框上的运动回复系统B的回复力可根据需要进行调节。
[0020]本发明具有以下特点及有益效果:
1、本发明装置中内框、外框均为封闭的“口”字形结构，该结构刚度大、稳定性好，在受到较大驱动力和回复力时不易变形，可有效保证工作台沿X方向和Y方向的运动精度；
2、本发明装置中内框、外框和运动台的底面为共面结构，该结构显著降低了工作台轴向高度，极大地提高了系统的稳定性，避免了传统的双层结构平面两自由度调整装置存在的轴向尺寸大、结构复杂、制造成本高等问题；
3、本发明方法与装置中充分利用主导向部件与副导向部件的联合作用，即利用主导向部件对工作台进行运动方向引导，副导向部件确保运动台与主导向部件紧密接触，并且其接触力可根据需要通过弹性单元进行调控，一方面避免了约束过多易产生运动干涉的问题，另一方面也显著降低了核心部件(如副导向部件)的加工制造难度和成本。
[0021]本发明方法与装置用途广泛，尤其适用于航空发动机装配测量中大负载高稳定性场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置结构示意图； 图2为带有运动台的用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置结构示意图。
[0023]图中:1、内框;2、外框;3、运动台;1_1、主导向部件A ;1_2、副导向部件A ;1_3、弹性单元A ; 1-4、驱动系统A ; 1-5、运动回复系统A ;2-1、主导向部件B ;2-2、副导向部件B ;2-3、弹性单元B ;2-4、驱动系统B ;2-5、运动回复系统B ;A1、A2、A3、A4为内框上的四个面；B1、B2、B3、B4为外框上的四个面。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
[0025]如图1所示，一种用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置，主要由内框1、外框2和运动台3组成，内框1、外框2和运动台3的底面为共面结构，且为提高系统的稳定性，降低制作成本，将外框2的底面作为共同底面。
[0026]为保证系统刚度，将内框I整体结构设计成封闭的“口”字型，内框I的制作材料采用45钢，内框I上的面Al上配置有主导向部件A1-1，用于引导运动台C沿X方向运动，主导向部件Al-1采用具有自润滑特性的聚四氟乙烯材料制作，制作成2?3mm厚度的方形或圆形薄片，在面Al上左右对称固定；与面Al相对的面A3上配置有弹性单元1-3，该弹性单元采用圆柱螺旋弹簧提供弹力，借助顶紧螺钉调节弹力大小；弹性单元A1-3上固定安装有副导向部件A1-2，关于主导向部件Al-1对称配置，副导向部件A1-2的制作材料也可采用具有自润滑特性的聚四氟乙烯，左右对称固定弹性单元A1-3上，在弹性单元A1-3的作用下副导向部件A1-2可进行微量弹性运动，使运动台3的导向工作面始终与主导向部件Al-1紧密接触，面A2侧配置有驱动系统A1-4，驱动运动台3沿X轴正向运动，驱动系统可采用手动或电动方式，驱动力直接作用于运动台2上；与面A2相对的面A4侧配置有运动回复系统A1-5，该回复系统采用弹簧机构实现，驱动运动台3沿X轴反向运动。
[0027]外框2整体结构为封闭的“口”字型，制作材料采用45钢，同时外框2的底面作为内框I和运动台3的底面共用，该结构极大降低了调整系统的轴向尺寸，面BI上配置有主导向部件B2-1引导运动台3沿Y方向运动，主导向部件B2-1采用具有自润滑特性的聚四氟乙烯材料制作，制作成2?3mm厚度的方形或圆形薄片，在面BI上左右对称固定；与面BI相对的面B3上配置有弹性单元B2-3，弹性单元B2-3上配置有副导向部件B2-2，关于主导向部件B2-1对称配置，在弹性单元B2-3的作用下副导向部件B2-2可进行微量弹性运动，使运动台3的导向工作面始终与主导向部件B2-1紧密接触；面82侧配置有驱动系统B2-4，其驱动力直接作用于内框I上，该驱动系统可采用手动或电动结构，使运动台3沿Y轴正向运动；与面B2相对的面B4侧配置有运动回复系统B2-5，其回复力直接作用于内框I上，驱动运动台3沿Y轴反向运动，该回复力可由弹簧机构实现。
[0028]运动台3沿X方向运动时，内框I和外框2均保持静止不动；运动台3沿Y方向运动时，外框2保持静止不动，内框I与运动台3同步运动。
[0029]采用聚四氟乙烯制作主导向部件Al-1或B2-1时，主导向部件与运动台3的配合工作面接触方式为面接触，该接触方式可承担较大的压力，也根据需要设计为钢球结构实现点接触、或采用圆柱滚子实现线接触。
[0030]内框I上的主导向部件Al-1、外框2上的主导向部件B2-1与运动台3的配合工作面之间除了本实施例中给出的滑动摩擦形式，为减小摩擦阻力还可设计成滚动摩擦或滑动摩擦与滚动摩擦复合的形式。
[0031]当运动台3及其负载较大时，内框I上的弹性单元A1-3和外框2上的弹性单元B2-3的弹性力应相应的增大，可根据需要进行调节；与此相对应的内框I上的运动回复系统A1-5和外框2上的运动回复系统B2-5的回复力也要相应增大，可根据需要进行调节。
[0032]依据本发明建立的用于航空发动机装配的双框共面导向式偏心调整定位装置，同时兼有大承载和高稳定性等优良特性。
【权利要求】
1.一种用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置，其特征在于:该装置包括内框(I)、外框(2)和运动台(3)，且内框(I)、外框(2)和运动台(3)的底面为共面结构； 所述的内框(I)整体结构为封闭的“口”字型，在内框(I)的面Al上配置有主导向部件A(l-l)，所述主导向部件A(1-1)引导运动台(3)沿X方向运动，在与面Al相对的内框(I)上的面A3上配置有弹性单元A (1-3)，在弹性单元A (1-3)上安装有副导向部件A (1_2)，在弹性单元A(l-3)的作用下副导向部件A(l-2)可进行微量弹性运动，使运动台(3)的导向工作面始终与主导向部件A(1-1)紧密接触；在内框(I)的面A2上配置有驱动系统A(l-4)，所述驱动系统A(l-4)驱动运动台(3)沿X轴正向运动；在与面A2相对的内框(I)上面A4上配置有运动回复系统A(l-5)，所述运动回复系统A(l-5)驱动运动台(3)沿X轴反向运动； 所述的外框(2)整体结构为封闭的“口”字型，面BI上配置有主导向部件B(2-l)，所述主导向部件B(2-l)引导运动台(3)沿Y方向运动，在与面BI相对的外框(2)上面B3上配置有弹性单元B (2-3)，在所述弹性单元B (2-3)上配置有副导向部件B (2-2)，在弹性单元B(2-3)的作用下副导向部件B(2-2)可进行微量弹性运动，使运动台(3)的导向工作面始终与主导向部件B(2-l)紧密接触；在外框(2)上的面B2上配置有驱动系统B(2-4)，其驱动力直接作用于内框(I)上，使运动台(3)沿Y轴正向运动；在与面B2相对的外框(2)的面B4上配置有运动回复系统B(2-5)，其回复力直接作用于内框(I)上，驱动运动台(3)沿Y轴反向运动。
2.一种用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心方法，其特征在于:该方法通过内框、外框和运动台的复合运动实现，内框、外框和运动台的底面为共面结构；当运动台沿X方向运动时，内框和外框均保持静止不动，运动台沿X方向的运动由配置在内框上的主导向部件和副导向部件联合作用，其中主导向部件引导运动台沿X方向运动，副导向部件相对于主导向部件关于X轴对称配装且微弹性可动，压紧运动台始终与主导向部件紧密接触；当运动台沿Y方向运动时，外框保持静止不动，内框与运动台同步运动，且运动台沿Y方向的运动由配置在外框上的主导向部件和副导向部件联合作用，其中主导向部件引导运动台沿Y方向运动，副导向部件相对于主导向部件关于Y轴对称配装且微弹性可动，压紧运动台始终与主导向部件紧密接触。
3.根据权利要求1所述的用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置，其特征在于:内框(I)上的主导向部件A(l-l)、外框(2)上的主导向部件B(2-l)与运动台(3)的配合工作面接触方式为点接触、线接触或面接触。
4.根据权利要求1所述的用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置，其特征在于:内框⑴上的副导向部件A (1-2)与主导向部件A (1-1)关于X轴呈对称配置，外框(2)上的副导向部件B(2-2)与主导向部件B(2-l)关于Y轴呈对称配置。
5.根据权利要求1所述的用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置，其特征在于:内框(I)上的主导向部件A(l-l)、外框(2)上的主导向部件B(2-l)与运动台(3)的配合工作面之间均为滑动摩擦、滚动摩擦或滑动摩擦与滚动摩擦复合结构。
6.根据权利要求1所述的用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置，其特征在于:内框(I)上的弹性单元A (1-3)和外框(2)上的弹性单元B (2-3)的弹性力可根据需要进行调节。
7.根据权利要求1所述的用于航空发动机转静子装配测量的双框共面导向式调心装置，其特征在于:内框(1)上的运动回复系统八(1-5)和外框(2)上的运动回复系统8(5-5)的回复力可根据需要进行调节。
【文档编号】B23P19/00GK104400374SQ201410591413
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】黄景志, 谭久彬, 谷伟, 郭腾辉, 温众普 申请人:哈尔滨工业大学