一种用于六自由度调节的工装及调节方法与流程

1.本发明涉及轻质飞行器结构装配领域，尤其涉及一种大展弦比低载轻质飞行器结构装配控制工装调节及定位的六自由度调节装置。


背景技术：

2.由于大展弦比低载轻质飞行器是一种尺度大、结构零部件多的超轻型飞机，机体结构为多翼肋形式，为保持飞行器飞行时气动外形，机体结构会预制安装角，因此此类型飞行器机体结构装配过程中需要控制各翼肋的相对位置及角度。装配过程中需要控制多方面尺寸关系，如：各翼肋之间间距、翼肋前缘直线度、翼肋之间安装角、翼肋与主梁轴线垂直、翼肋与主梁配合面同轴。为保证装配要求，每个尺寸关系需配有可调装置；为方便装配时人员操作，装配工装应高度集成化，减少占用空间；为提高工作效率，工装调节需简单方便。目前此类型飞行器装配没有可参考样例，常规装配工装结构形式笨重、功能单一，无法满足大展弦比低载轻质飞行器的装配。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于六自由度调节的工装及调节方法，该调解工装结构简单、功能高度集成、能够实现多自由度调节、调试方便的工装，利用工装的单独调节功能，通过合理安排调试过程，逐一调试各装配要求，最终满足大展弦比低载轻质飞行器装配要求。
4.本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种用于六自由度调节的工装，包括：旋转定位块、旋转接头、y向调节板、z向调节板、x向调节板、安装接头、调节组件、m8x20内六角紧固螺钉、第一定位销和第二定位销；所述安装接头作为六自由度调节工装的安装基础；平板状结构的x向调节板通过m8x20内六角紧固螺钉安装在所述安装接头上表面，通过两个第二定位销与安装接头定位；l形的z向调节板的水平底面安装在x向调节板上方，通过两个第二定位销与x向调节板定位，通过4个m8x20内六角紧固螺钉与x向调节板连接；平板状结构y向调节板沿竖直方向安装在z向调节板的竖直面上，通过两个第二定位销与z向调节板定位，通过4个m8x20内六角紧固螺钉与z向调节板连接；所述旋转定位块安装在y向调节板中心部位，旋转接头通过第一定位销与旋转定位块固定；z向调节板、x向调节板、安装接头上均装有调节组件，分别对y向调节板、z向调节板、x向调节板进行位置调节。
5.进一步的，调节组件包括：盖板、固定座、第一内六角连接螺栓、十字沉头螺钉以及第二内六角调节螺栓；第二内六角调节螺栓插入固定座沉孔内，盖板通过十字沉头螺钉与固定座固定，固定后用于限制第二内六角调节螺栓轴向移动，调节组件通过第一内六角连接螺栓与各向调节板连接；盖板中心设置有通孔，六角扳手通过此通孔控制第二内六角调节螺栓旋转。
6.进一步的，上述用于六自由度调节工装，所述调节螺栓采用m5x40标准螺栓，通过
旋转m5x40内六角调节螺栓实现定量移动，旋转角度误差可控制在45
°
以内，调节精度能控制在0.1毫米以内。
7.进一步的，上述用于六自由度调节工装，所述m5x40内六角调节螺栓分别控制y向调节板、z向调节板、x向调节板，实现三个矢量方向单独调节功能。
8.进一步的，上述用于六自由度调节工装，所述z向调节板、x向调节板、安装接头上加工有两个定位销孔用于安装所述第二定位销，当旋转m5x40内六角调节螺栓时确保y向调节板、z向调节板、x向调节板方向可控。
9.进一步的，上述用于六自由度调节工装，所述y向调节板、z向调节板、安装接头上加工有四个条形孔用于安装所述m8x20内六角紧固螺钉，当调节到位时通过m8x20内六角紧固螺钉将其固定。
10.进一步的，上述用于六自由度调节工装，通过控制y向调节板、z向调节板、x向调节板移动可实现三个矢量方向移动；通过控制旋转定位块可实现沿x轴旋转；当两组调节工装对称使用，通过反向调节y向调节板可实现绕z轴微量旋转；通过反向调节z向调节板可实现绕y轴微量旋转；所述调节方式实现六自由度调节功能。
11.进一步的，上述用于六自由度调节工装，所述旋转定位块、旋转接头、y向调节板、z向调节板、x向调节板结构形式简单，功能集成度高，占用较小空间即可实现六自由度调节功能。
12.进一步的，上述用于六自由度调节工装，所述旋转接头、安装接头设计接口简单通用，通过设计不同转接件，可以将此工装应用于不同场景。
13.进一步的，基于上述调节工装，本发明还提出六自由度调节方法，包括如下步骤：步骤一：控制位于安装接头上的调节组件实现沿x轴移动，调节前将安装接头下方的紧固螺钉松开；使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓，x向调节板受拉力后沿x轴负方向移动；使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓，x向调节板受推力后沿x轴正方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉紧固；步骤二：控制位于z向调节板上的调节组件实现沿y轴移动，调节前将y向调节板左侧的紧固螺钉松开；使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓，y向调节板受拉力后沿y轴正方向移动；使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓，y向调节板受推力后沿y轴负方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉紧固；步骤三：控制位于x向调节板上的调节组件实现沿z轴移动，调节前将z向调节板上方的紧固螺钉松开；当使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓时，z向调节板受拉力后沿z轴负方向移动；当使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓时，z向调节板受推力后沿z轴正方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉紧固；步骤四：控制旋转定位块的安装角度实现工装沿x轴旋转，调节前将旋转定位块上的紧固螺钉松开后控制旋转定位块安装角度实现沿x轴旋转，调节到位后将紧固螺钉紧固；步骤五：当两组调节工装对称使用时，通过反向调节y向调节板实现绕z轴微量旋转，通过反向调节z向调节板实现绕y轴微量旋转。
14.本发明与现有技术相比，具有如下优点：（1）本发明用于六自由度调节的工装及调节方法，通过旋转调节组件中的调节螺栓实现三个矢量方向移动，调节到位后拧紧m8x20内六角紧固螺钉；通过控制旋转定位块角
度实现绕x轴旋转；当两组调节工装对称使用时，通过反向调节y向调节板可实现绕z轴微量旋转；通过反向调节z向调节板可实现绕y轴微量旋转。本发明中，各向移动及旋转为单独控制，结构形式简单，功能集成度高，占用较小空间即可实现六自由度调节功能；通过设计不同转接件，可以将此工装应用于所需场景；各向调节距离可控，通过控制调节组件的旋转圈数可实现定量移动。
15.（2）本发明功能集成度高，旋转定位块、旋转接头、调节组件、y向调节板、z向调节板、x向调节板结构形式简单，占用较小空间即可实现六自由度调节功能。
16.（3）本发明可实现各矢量方向单独调节功能，调节时对其他自由度没有影响。
17.（4）本发明调节原理简单实用，调节精度可控。
18.（5）本发明通用性强，旋转接头、安装接头设计接口简单通用，通过更换转接件，可将此工装应用于不同场景。
附图说明
19.图1示出了本发明实施例提供的用于六自由度调节工装结构正视图；图2示出了本发明实施例提供的用于六自由度调节工装结构侧视图；图3为六自由度调节工装中的旋转定位块零件；图4为六自由度调节工装中的旋转接头零件；图5为六自由度调节工装中的y向调节板零件；图6为六自由度调节工装中的z向调节板零件正视图；图7为六自由度调节工装中的z向调节板零件俯视图；图8为六自由度调节工装中的z向调节板零件侧视图；图9为六自由度调节工装中的x向调节板零件；图10为六自由度调节工装中的安装接头零件；图11为六自由度调节工装中的调节组件零件；图12为六自由度调节工装中的调节组件零件剖视图。
具体实施方式
20.本发明提供了一种六自由度调节工装。图1示出了本发明实施例提供的用于六自由度调节工装结构正视图；图2示出了本发明实施例提供的用于六自由度调节工装结构侧视图；图3为六自由度调节工装中的旋转定位块零件；图4为六自由度调节工装中的旋转接头零件；图5为六自由度调节工装中的y向调节板零件；图6为六自由度调节工装中的z向调节板零件正视图；图7为六自由度调节工装中的z向调节板零件俯视图；图8为六自由度调节工装中的z向调节板零件侧视图；图9为六自由度调节工装中的x向调节板零件；图10为六自由度调节工装中的安装接头零件；图11为六自由度调节工装中的调节组件零件；图12为六自由度调节工装中的调节组件零件剖视图。
21.如图1、图2所示，本发明六自由度调节工装包括：旋转定位块1、旋转接头2、y向调节板3、z向调节板4、x向调节板5、安装接头6、调节组件7、紧固螺钉8、第一定位销9和第二定位销10。其中，安装接头6作为六自由度调节工装的安装基础，下部圆环接口可更换，与应用场景
匹配即可。
22.如图9所示，平板状结构的x向调节板5安装在安装接头6之上，通过两个第二定位销10与安装接头定位，通过m8x20内六角紧固螺钉8固定，实现x向调节板沿一个方向移动；安装接头如图10所示。
23.如图6、7、8所示，l形的z向调节板4的水平底面安装在x向调节板5之上，通过两个第二定位销10与x向调节板定位，通过四个m8x20内六角紧固螺钉8固定，实现z向调节板沿一个方向移动；如图5所示，平板状结构y向调节板3沿竖直方向安装在所述z向调节板4的竖直面上，通过两个第二定位销10与y向调节板定位，通过四个m8x20内六角紧固螺钉8固定，实现y向调节板沿一个方向移动；旋转定位块1安装在y向调节板3中心部位，旋转接头2通过第一定位销9与旋转定位块1固定后，插入y向调节板中，通过m8x20内六角紧固螺钉8将旋转定位块与y向调节板固定，实现旋转接头角度调节功能；旋转定位块结构如图3所示，旋转接头结构如图4所示。
24.z向调节板4、x向调节板5、安装接头6上均装有调节组件7，分别对y向调节板3、z向调节板4、x向调节板5进行位置调节。
25.调节组件7分别与z向调节板4、x向调节板5安装接头6固定；m5x40内六角调节螺栓7
‑
5分别与y向调节板3、z向调节板4、x向调节板5螺接，通过旋转不同方向调节螺栓，实现各矢量方向移动功能，调节螺栓采用m5x40标准螺栓，通过旋转调节螺栓实现定量移动，旋转角度误差可控制在45
°
以内，调节精度能控制在0.1毫米以内。
26.第二内六角调节螺栓7
‑
5分别控制y向调节板3、z向调节板4、x向调节板5，实现三个矢量方向单独调节功能。z向调节板4、x向调节板5、安装接头6上均加工有两个定位销孔用于安装第二定位销10，当旋转第二内六角调节螺栓7
‑
5时确保y向调节板3、z向调节板4、x向调节板5方向可控。y向调节板3、z向调节板4、安装接头6上均加工有四个条形孔用于安装所述紧固螺钉8，当调节到位时通过紧固螺钉8将其固定。通过控制y向调节板3、z向调节板4、x向调节板5移动实现三个矢量方向移动；通过控制旋转定位块1实现沿x轴旋转。当两组调节工装对称使用，通过反向调节y向调节板实现绕z轴微量旋转；通过反向调节z向调节板实现绕y轴微量旋转，从而实现六自由度调节。
27.如图11、12所示，调节组件7包括：盖板7
‑
1、固定座7
‑
2、m5x25内六角连接螺栓7
‑
3、m3x10十字沉头螺钉7
‑
4、m5x40内六角调节螺栓7
‑
5；m5x40内六角调节螺栓7
‑
5插入固定座7
‑
2沉孔内，盖板7
‑
1通过m3x10十字沉头螺钉7
‑
4与固定座7
‑
2固定，固定后可以限制m5x40内六角调节螺栓7
‑
5轴向移动，调节组件7通过m5x25内六角连接螺栓7
‑
3与各向调节板连接。盖板7
‑
1中心有直径5通孔， m5六角扳手通过此孔控制m5x40内六角调节螺栓7
‑
5旋转。
28.通过上述工装进行六自由度调节时，通过如下步骤进行：步骤一：控制位于安装接头6上的调节组件7实现沿x轴移动，调节前将安装接头6下方的紧固螺钉8松开；使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓7
‑
5，x向调节板5受拉力后沿x轴负方向移动；使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓7
‑
5，x向调节板5受推力后沿x轴正方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉8紧固；步骤二：控制位于z向调节板4上的调节组件7实现沿y轴移动，调节前将y向调节板3左侧的紧固螺钉8松开；使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓7
‑
5，y向调节板5受
拉力后沿y轴正方向移动；使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓7
‑
5，y向调节板5受推力后沿y轴负方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉8紧固；步骤三：控制位于x向调节板5上的调节组件7实现沿z轴移动，调节前将z向调节板4上方的紧固螺钉8松开；当使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓7
‑
5时，z向调节板4受拉力后沿z轴负方向移动；当使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓7
‑
5时，z向调节板4受推力后沿z轴正方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉8紧固；步骤四：控制旋转定位块1的安装角度实现工装沿x轴旋转，调节前将旋转定位块1上的紧固螺钉8松开后控制旋转定位块1安装角度实现沿x轴旋转，调节到位后将紧固螺钉8紧固；步骤五：当两组调节工装对称使用时，通过反向调节y向调节板实现绕z轴微量旋转，通过反向调节z向调节板实现绕y轴微量旋转。
29.本发明中，各向移动及旋转为单独控制，结构形式简单，功能集成度高，占用较小空间即可实现六自由度调节功能；通过设计不同转接件，可以将此工装应用于所需场景；各向调节距离可控，通过控制调节螺栓的旋转圈数可实现定量移动。

技术特征：
1.一种用于六自由度调节的工装，其特征在于，包括：旋转定位块（1）、旋转接头（2）、y向调节板（3）、z向调节板（4）、x向调节板（5）、安装接头（6）、调节组件（7）、紧固螺钉（8）、第一定位销（9）和第二定位销（10）；所述安装接头（6）作为六自由度调节工装的安装基础；平板状结构的x向调节板（5）通过紧固螺钉（8）安装在所述安装接头（6）上表面，通过两个第二定位销（10）与安装接头（6）定位；l形的z向调节板（4）的水平底面安装在x向调节板（5）上方，通过两个第二定位销（10）与x向调节板（5）定位，通过四个紧固螺钉（8）与x向调节板（5）连接；平板状结构y向调节板（3）沿竖直方向安装在z向调节板（4）的竖直面上，通过两个第二定位销（10）与z向调节板（4）定位，通过四个紧固螺钉（8）与z向调节板（4）连接；所述旋转定位块（1）安装在y向调节板（3）中心部位，旋转接头（2）通过第一定位销（9）与旋转定位块（1）固定；z向调节板（4）、x向调节板（5）、安装接头（6）上均装有调节组件（7），分别对y向调节板（3）、z向调节板（4）、x向调节板（5）进行位置调节。2.根据权利要求1所述的一种用于六自由度调节工装，其特征在于：所述调节组件（7）包括：盖板（7
‑
1）、固定座（7
‑
2）、第一内六角连接螺栓（7
‑
3）、十字沉头螺钉（7
‑
4）以及第二内六角调节螺栓（7
‑
5）；第二内六角调节螺栓（7
‑
5）插入固定座（7
‑
2）沉孔内，盖板（7
‑
1）通过十字沉头螺钉（7
‑
4）与固定座（7
‑
2）固定，固定后用于限制第二内六角调节螺栓（7
‑
5）轴向移动，调节组件（7）通过第一内六角连接螺栓（7
‑
3）与各向调节板连接；盖板（7
‑
1）中心设置有通孔，六角扳手通过此通孔控制第二内六角调节螺栓（7
‑
5）旋转。3.根据权利要求2所述的一种用于六自由度调节工装，其特征在于：所述第二内六角调节螺栓（7
‑
5）采用m5x40标准螺栓，通过正反旋转第二内六角调节螺栓（7
‑
5）实现定量移动，旋转角度误差控制在45
°
以内，调节精度控制在0.1毫米以内。4.根据权利要求2所述的一种用于六自由度调节的工装，其特征在于，所述第二内六角调节螺栓（7
‑
5）分别控制y向调节板（3）、z向调节板（4）、x向调节板（5），实现三个矢量方向单独调节功能。5.根据权利要求2所述的一种用于六自由度调节的工装，其特征在于，所述z向调节板（4）、x向调节板（5）、安装接头（6）上均加工有两个定位销孔用于安装第二定位销（10），当旋转第二内六角调节螺栓（7
‑
5）时确保y向调节板（3）、z向调节板（4）、x向调节板（5）方向可控。6.根据权利要求1所述的一种用于六自由度调节的工装，其特征在于：所述y向调节板（3）、z向调节板（4）、安装接头（6）上均加工有四个条形孔用于安装所述紧固螺钉（8），当调节到位时通过紧固螺钉（8）将其固定。7.根据权利要求1所述的一种用于六自由度调节的工装，其特征在于：通过控制y向调节板（3）、z向调节板（4）、x向调节板（5）移动实现三个矢量方向移动；通过控制旋转定位块（1）实现沿x轴旋转。8.根据权利要求7所述的一种用于六自由度调节的工装，其特征在于：当两组调节工装对称使用，通过反向调节y向调节板实现绕z轴微量旋转；通过反向调节z向调节板实现绕y
轴微量旋转，从而实现六自由度调节。9.根据权利要求6所述的一种用于六自由度调节的工装，其特征在于：所述紧固螺钉（8）采用m8x20内六角紧固螺钉。10.一种基于权利要求1~9中任一项所述的用于六自由度调节工装实现的六自由度调节方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：控制位于安装接头（6）上的调节组件（7）实现沿x轴移动，调节前将安装接头（6）下方的紧固螺钉（8）松开；使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓（7
‑
5），x向调节板（5）受拉力后沿x轴负方向移动；使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓（7
‑
5），x向调节板（5）受推力后沿x轴正方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉（8）紧固；步骤二：控制位于z向调节板（4）上的调节组件（7）实现沿y轴移动，调节前将y向调节板（3）左侧的紧固螺钉（8）松开；使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓（7
‑
5），y向调节板（5）受拉力后沿y轴正方向移动；使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓（7
‑
5），y向调节板（5）受推力后沿y轴负方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉（8）紧固；步骤三：控制位于x向调节板（5）上的调节组件（7）实现沿z轴移动，调节前将z向调节板（4）上方的紧固螺钉（8）松开；当使用六角扳手顺时针旋转第二内六角调节螺栓（7
‑
5）时，z向调节板（4）受拉力后沿z轴负方向移动；当使用六角扳手逆时针旋转第二内六角调节螺栓（7
‑
5）时，z向调节板（4）受推力后沿z轴正方向移动；调节到指定位置后将紧固螺钉（8）紧固；步骤四：控制旋转定位块（1）的安装角度实现工装沿x轴旋转，调节前将旋转定位块（1）上的紧固螺钉（8）松开后控制旋转定位块（1）安装角度实现沿x轴旋转，调节到位后将紧固螺钉（8）紧固；步骤五：当两组调节工装对称使用时，通过反向调节y向调节板实现绕z轴微量旋转，通过反向调节z向调节板实现绕y轴微量旋转。
技术总结
一种用于六自由度调节的工装及调节方法，包括：旋转定位块、旋转接头、Y向调节板、Z向调节板、X向调节板、安装接头、调节组件、紧固螺钉和定位销。安装接头是调节工装的安装基础；各向调节板依次通过第二定位销及紧固螺钉与安装接头连接；调节组件安装在各向调节板上；旋转定位块与旋转接头通过第一定位销连接后与Y向调节板固定。通过正反旋转调节组件中的螺栓实现三个矢量方向移动，调节到位后拧紧紧固螺钉；通过控制旋转定位块角度实现绕X轴旋转；当两组调节工装对称使用时，通过反向调节Y、Z向调节板，实现绕Z轴、Y轴旋转功能。本发明各向移动及旋转为单独控制，结构简单，功能集成度高，占用较小空间即可实现六自由度调节功能。占用较小空间即可实现六自由度调节功能。占用较小空间即可实现六自由度调节功能。


技术研发人员：宋涛 屈保杰 付天厚 李晓晨 张建华
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2021.04.25
技术公布日：2021/6/29