申请/专利权人：复旦大学

申请日：2019-05-11

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN110103074B

主分类号：B23Q17/00

分类号：B23Q17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2019.09.03#实质审查的生效;2019.08.09#公开

摘要：本发明属于超精密检测测量加工技术领域，具体为一种基于铰链结构的中空型调心调平机构。调心调平机构包括：调平装置底座、上下转轴座及其转轴、铰链中继环、调平装置上板、调心精密调节螺纹副、调平螺钉和调心载物台；其中调心结构与调平机构通过铰链中继环连接，通过精密调节螺纹副实现机构的调心功能和锁死，通过调平螺钉实现机构调平的功能并锁死；本发明通过巧妙设计，实现了一种中空型的调节机构，缩短了各个调节平面的间距（即厚度缩小），也避免了柔性铰链方式的刚度不足以及小量程的缺点，在减小系统复杂度的同时，降低了成本，同时还能保证足够的调节精度，对于大型工件的测量和加工提供了很好的解决方案。

主权项：1.一种基于铰链结构的中空型调心调平机构，其特征在于，主要由调平装置底座、上部分转轴座、下部分转轴座及其转轴、铰链中继环、调平装置上板、调心精密调节螺纹副、调平螺钉和调心载物台构成；其中，铰链中继环安装在调平装置上板的下部，并且与调平装置上板中心线保持同轴；调平装置上板的本体为一圆环，在圆环体上等间距地设有4个调心精密螺纹接口，即2个接口间隔为90度，用于与4个调心精密调节螺纹副配合调心；在调心精密螺纹接口的中间位置处、圆环180度对称的两外侧分别设有向上凸起的翼板，每个翼板上设有上部分转轴座接口和调平螺钉接口；在调心精密螺纹接口的中间位置处、在圆环另一180度对称的两外侧分别设有向上凸起的翼板，每个翼板上也设有调平螺钉接口；其中，上部分转轴座接口是便于与上部分转轴座装配留出的通孔；调平螺纹接口是留出的与调平螺钉配合的螺纹孔；调心精密螺纹接口是留出的与调心精密调节螺纹副配合的通孔，安装时保证调心精密调节螺纹副与接口过盈配合；调心精密调节螺纹副四个，环形分布在调平装置上板上，每个调心精密调节螺纹副之间夹角为90°；调平螺钉四个，以环形分布在调平装置上板上，每个调平螺钉之间夹角为90°，且每个相邻的调心精密调节螺纹副与调平螺钉之间的夹角为45°；每两个呈180°角度安装的调平螺钉或调心精密调节螺纹副可以实现一个自由度的调节，同时还可以实现在该自由度上的锁死；铰链中继环与调平装置底座通过下部分转轴座和相应的转轴连接，调平装置底座与调平装置上板通过上部分转轴座和相应的转轴连接，通过铰链的转动，可以实现两个角度的旋转调节，从而实现调平的功能，并可以锁死；调平装置上板与调心载物台之间通过调心精密调节螺纹副固定；调心载物台为中心对称的回转体，上表面为放置工件表面，下部分是锥形面，以保证调心精密调节螺纹副可以在Z向卡住，实现Z向的锁死；在装配过程中，保证调平装置底座、铰链中继环、调平装置上板以及调心载物台中心线同轴。

全文数据：一种基于铰链结构的中空型调心调平机构技术领域本发明属于超精密检测测量加工技术领域，具体涉及一种基于铰链结构的中空型调心调平机构。背景技术伴随着机械制造行业的发展，机床的加工精度逐渐提高，逐渐达到了超精密加工的标准，对测量精度的要求也就随之提高；同时，检测技术的发展也进一步推进了加工技术的进步。开发一套适用于大口径的调心调平机构满足了先进制造的要求，不仅仅可以满足在超精密检测系统中的工件放置位姿调节，还可以提升超精密加工的精度，具有重要的社会意义。目前国内外的高精度调心调平机构主要应用在检测仪器中，例如圆度仪等。市场中出现的调心调平机构可以大致分为两种方式：手动调节与电动调节。使用电动调节平台的一般为国外厂商，例如英国的TaylorHobson公司，虽说电动调节平台在使用过程中操作简便，并且减少了人工操作产生的偶然误差，但是其结构相当复杂，并且在设备的前期安装过程及其繁琐，同时成本很高，不方便实现大量推广。国内目前使用的调心调平机构一般采用的是手动调节的方式，由于是使用手动调节的方式，往往较电动调节具有更高的调节精度，并且成本较低，但是手动调节精度受操作人员影响较大。目前最常见的手动调节主要是采用两种方案：一种是叠加式，也就是调平调节台配合二维平移台使用，这种调节机构结构简单，装配简单，但是一般重量很大，整体调节机构尺寸也会较大；另外一种则是柔性铰链的方式，柔性铰链可以大大减小机构的尺寸，但是受柔性铰链的元件强度的影响，往往行程较短并且负载有限，无法使用在大口径的工件检测加工中。发明内容为了解决现有技术的不足之处，本发明提供了一种基于铰链结构的中空型调心调平机构，该机构不仅仅可以适用于大口径的工件，可以保证有足够的负载，并且可以缩短整体调心调平机构的高度，缩短超精密测量和加工系统与工件的高度差，从而提升了其精度。为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：一种基于铰链结构的中空型调心调平机构，主要由调平装置底座、上下转轴座及其转轴、铰链中继环、调平装置上板、调心精密调节螺纹副、调平螺钉和调心载物台构成；其中，铰链中继环安装在调平装置的下部，并且与调平装置上板中心线保持同轴；图2为调平装置上板的结构示意图，调平装置上板的本体为一园环，在圆环体上等间距地设有4个调心精密螺纹接口（即2个接口间隔为90度），用于与4个调心精密螺纹配合调心；在调心精密螺纹接口的中间位置处、圆环180度对称的两外侧分别设有向上凸起的翼板，每个翼板上设有上部分转轴座接口和一个调平螺钉接口，该翼板的作用在于保证调平装置上板与铰链中继环的连接，同时通过提供的调平螺钉接口可以连接调平螺钉，以确保实现如图4中Rx的旋转，并确保在此调节自由度上的锁死；在调心精密螺纹接口的中间位置处、在圆环另一180度对称的两外侧分别设有向上凸起的翼板，每个翼板上也设有一个调平螺钉接口，该翼板的作用在于提供的调平螺钉接口可以连接调平螺钉，确保实现如图4中Ry的旋转，并确保在此调节自由度上的锁死；其中，上部分转轴座接口是为了便于与转轴座装配留出的通孔；调平螺纹接口是留出的与调平螺钉配合的螺纹孔；调心螺纹接口是留出的与调心精密调节螺纹副配合的通孔，安装时保证精密调节螺纹副与接口过盈配合；调心精密调节螺纹副四个，环形分布在调平装置上板上，每个精密调节螺纹之间夹角为90°；调平螺钉四个，以环形分布在调平装置上，每个调平螺钉之间夹角为90°，且每个相邻的调心精密调节螺纹与调平螺钉之间的夹角为45°；每两个呈180°角度安装的调平螺钉（或精密调节螺纹副）可以实现一个自由度的调节，同时还可以实现在该自由度上的锁死；如图4所示，铰链中继环与调平装置底座通过下部分转轴座和相应的转轴连接，调平装置底座与调平装置上板通过上部分转轴座和相应的转轴连接，通过铰链的转动，可以实现两个角度的旋转调节，从而实现调平的功能，并可以锁死；调平装置上板与调心载物台之间通过精密调节螺纹固定；如图3所示，调心载物台为中心对称的回转体，上表面为放置工件表面，下部分是锥形面，以保证精密调节螺纹可以在Z向卡住，实现Z向的锁死；在装配过程中，保证调平装置底座、铰链中继环、调平装置上板以及调心装置载物台中心线同轴。本发明中，在各个螺纹和有关部件表面接触面处，进行表面硬化处理，以保证足够的刚度。由于采用了如上述技术方案，本发明具有如下优越性：1、本发明调心模块调节平面为同一平面，同时缩短了几个调节平面的距离，调节机构的高度大大缩短，从而可以提高检测和加工的精度；2、调心使用精密调节螺纹副，可以保证调心的高精度调节功能；3、调平使用的高强度螺纹，可以保证机构具有足够的负载能力；4、在调心调平过程中，不仅仅可以实现高精度的调节，还可以实现锁死的功能；5、装置整体结构简单，易于装配。本发明通过巧妙设计，实现了一种中空型的调节机构，并且缩短了各个调节平面的间距（即：使其厚度缩小），同时也避免了柔性铰链方式的刚度不足以及小量程的缺点，在减小系统复杂度的同时，降低了成本，同时还能保证足够的调节精度，对于大型工件的测量和加工提供了很好的解决方案。附图说明图1是本发明的结构示意图。图2是调平装置上板的示意图。图3是调心载物台的结构示意图。图4是铰链中继环工作示意图。图5是调平功能实现示意图。图6是调心功能实现示意图。图中标号：1-调平装置底座；2-下部分转轴座；3-转轴；4-垫高块；5-垫片；6-轴端盖；7-铰链中继环；8-上部分转轴座；9-调平装置上板；10-调心精密调节螺纹副；11-调心装置载物台；12-调平螺钉。具体实施方式结合图1，本发明调心调平机构主要由调平装置底座1、转轴座2和转轴座8、转轴3、铰链中继环7、调平装置上板9、调心精密调节螺纹副10、调平螺钉12和调心载物台11构成。由图2可知，铰链中继环7与调平装置底座1通过下部分转轴座2和转轴3连接，与调平装置上板9通过上部分转轴座8和转轴3连接，通过铰链的转动，可以实现两个角度的旋转调节，从而实现调平的功能。由图1可知，四颗调心精密调节螺纹副10以90°角度相邻配置，四颗调平螺钉12也是以90°相邻配置，相邻的调平螺钉12与调心精密调节螺纹副10之间夹角为45°；结合图5、6可知，调平螺钉12与垫高块4表面接触，调心精密调节螺纹副10与调心装置载物台11底部斜面接触，这里需要注意的是，与螺纹接触的垫高块4还有调心装置载物台11底部斜面需要做局部硬化处理；在调节机构的装配过程中，需要保证调平装置底座1、铰链中继环7、调平装置上板9和调心装置载物台11中心线同轴。在调节过程中，需要先将工件调平再进行调心操作，结合图5可以明白机构的调平原理：在调平装置上板9上呈对称排布的调平螺钉12为一组，两颗同一组的调平螺钉12在调节过程中需要同时调节，也就是说一颗调平螺钉12在顺时针旋动时，另外一颗相对调平螺钉12就需要逆时针旋动，这样便能保证调平机构在调节过程中保持一定的稳定性，同时也可锁定调节后的姿态。同理，结合图6，通过调节调平装置上板9中安装呈180°的两颗调心精密调节螺纹副10，可以实现调心装置载物台11与调平装置上板9的锁死以及某一个自由度的微调，通过调节另外两颗调心精密调节螺纹副10，便可调节另外一个自由度，从而实现调整机构的调心功能，最终实现调平调心以及锁死。

权利要求：1.一种基于铰链结构的中空型调心调平机构，其特征在于，主要由调平装置底座、上下转轴座及其转轴、铰链中继环、调平装置上板、调心精密调节螺纹副、调平螺钉和调心载物台构成；其中，铰链中继环安装在调平装置的下部，并且与调平装置上板中心线保持同轴；调平装置上板的本体为一园环，在圆环体上等间距地设有4个调心精密螺纹接口，即2个接口间隔为90度，用于与4个调心精密螺纹配合调心；在调心精密螺纹接口的中间位置处、圆环180度对称的两外侧分别设有向上凸起的翼板，每个翼板上设有上部分转轴座接口和调平螺钉接口；在调心精密螺纹接口的中间位置处、在圆环另一180度对称的两外侧分别设有向上凸起的翼板，每个翼板上也设有调平螺钉接口；其中，上部分转轴座接口是便于与转轴座装配留出的通孔；调平螺纹接口是留出的与调平螺钉配合的螺纹孔；调心螺纹接口是留出的与调心精密调节螺纹副配合的通孔，安装时保证精密调节螺纹副与接口过盈配合；调心精密调节螺纹副四个，环形分布在调平装置上板上，每个精密调节螺纹之间夹角为90°；调平螺钉四个，以环形分布在调平装置上，每个调平螺钉之间夹角为90°，且每个相邻的调心精密调节螺纹与调平螺钉之间的夹角为45°；每两个呈180°角度安装的调平螺钉或精密调节螺纹副可以实现一个自由度的调节，同时还可以实现在该自由度上的锁死；铰链中继环与调平装置底座通过下部分转轴座和相应的转轴连接，调平装置底座与调平装置上板通过上部分转轴座和相应的转轴连接，通过铰链的转动，可以实现两个角度的旋转调节，从而实现调平的功能，并可以锁死；调平装置上板与调心载物台之间通过精密调节螺纹固定；调心载物台为中心对称的回转体，上表面为放置工件表面，下部分是锥形面，以保证精密调节螺纹可以在Z向卡住，实现Z向的锁死；在装配过程中，保证调平装置底座、铰链中继环、调平装置上板以及调心装置载物台中心线同轴。2.根据权利要求1所述的基于铰链结构的中空型调心调平机构，其特征在于，在各个螺纹和有关部件接触面处，进行表面硬化处理，以保证足够的刚度。

百度查询： 复旦大学 一种基于铰链结构的中空型调心调平机构

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