大型精密设备整体装配的位移微调工装设计

杨晨兴，宋 杰

（中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621999）

0 引言

高度复杂和精密的大型设备，外廓尺寸大、装配工序繁多，同时在整机装配过程中需要进行设备的举升、下降以及装配姿态的精确调整，设备到位后进行设备与设备的对接安装，在大型设备与大型设备对接安装时，位移的控制尤为重要，因属于大型精密设备，存在的任何轻微碰撞，都会影响设备的安装精度和使用。

1 微调工装概述

本文介绍针对两台大型精密设备整机对接的微调工装的设计方案。该微调工装的主要功能是在移动过程中实现无振动、可控位移量的要求，同时满足设备重量为1 t，空间位移量不超过5 mm 的技术与环境要求。

该微调工装主要由微调位移支撑部分和升降部分组成。微调位移支撑部分需满足支撑大型设备的负荷要求，并能够实现精确调整位移变化量。升降系统则要求提升力大于设备自身的重量。

总体设计方案：采用钢材作为微调位移支撑部分的主要材料，配合液压系统实现微小位移的调整。升降系统将采用大功率电机与减速器的组合，以确保提升力大于设备自身重量。同时，为了在移动过程中避免振动，将采用减振器与支撑架等附加装置提高微调工装的稳定性。

通过该设计方案，可有效满足两台大型精密设备整机对接的技术要求与环境要求，实现精细化移动与优良的稳定性。

2 微调工装结构组成

微调工装由微调位移支撑、升降两部分组成，如图1 所示。

图1 微调工装结构组成

3 微调工装结构设计

3.1 支撑系统

工装微调位移支撑系统主要构成如图2 所示。该系统由多个零件组成的，包括调整螺钉、钢珠、平面轴承保持架、平面轴承支撑平盘以及平面轴承底座。这些零件共同协作，来支撑并调整设备的微小位移。

图2 微调位移支撑系统三维模型俯视图

平面轴承底座作为机械设备中的一种常见零件，其作用是支撑平盘，使设备的旋转更加稳定平衡。然而，在一些特殊的情况下，需要对平面轴承底座进行一定的调整，以便实现设备在平面上的多向移动。

为了实现这一目的，可以在平面轴承底座四周调整螺钉的分布，具体来说，需要选择纵向与横向两组螺钉。其中，纵向两颗螺钉为一组，可以使平面轴承底座在平面上进行纵向位移；横向两颗螺钉为一组，则可以使平面轴承底座在平面上进行横向位移。这种方式的优点在于，通过对螺钉的微调，可以实现设备在平面上多向移动。

钢珠作为该工装较小的机械元件，却有着其自身独特的功能。在承重过程中，钢珠将物体整体的重量从承重脚板转化成各钢珠承担的滚动摩擦力，使得物体得以在钢珠的引导下进行移动和调整位置。由于钢珠直径为10 mm，因此在设计中使用了100 颗钢珠来支撑设备的重量。这样的设计方案可以大幅降低设备移动时的摩擦力，提高装置的灵活度和操作方便性，同时，配合调节螺钉的使用，钢珠可以调节设备移动的方向。当设备需要调整位置时，只需要调节螺钉即可控制支撑平盘滚动的方向，从而实现设备整体位置的调整和修正。

平面轴承保持架的主要作用是维持轴承内钢珠的相对位置，以保证钢珠均匀分布在轴承座内，避免钢珠与钢珠之间产生摩擦，从而减少轴承内部的磨损，增加轴承的使用寿命。

在工装设计中，保持架的设计是非常重要的。一方面，保持架必须满足轴承配套的要求，确保轴承在运动时不会失稳；另一方面，保持架的设计也要考虑到整个工装的实际情况，以确保它能够与其他部件协调配合，实现设备的运动。因此，在结构设计时，需要综合考虑保持架的形状、强度、重量、材料等多方面的因素，以确保其在工作过程中具有良好的稳定性和可靠性。

保持架的制作需要使用高精度的机械加工设备，以确保保持架的形状和尺寸的精确度。材料的选择也非常重要，一般需要优选耐磨、耐腐蚀的材料，以确保保持架能够在恶劣的工作环境下长期使用。此外，在制作过程中还需要注意加工表面的光滑度和平整度，以确保轴承环的安装和运行时平稳地滚动，减少摩擦力和能量损失。

总之，平面轴承保持架虽然看似只是一个简单的零部件，但它却承担着重要的工作。良好的保持架设计和制作不仅能够确保设备的平稳移动，还能够延长轴承的使用寿命，提高工装的整体性能。

平面轴承支撑平盘则作为整个工装组成中最为主要的移动部件之一，更是在各种特殊环境下扮演着重要的角色。平盘的设计结构巧妙，它的中心有一个凹槽用于放置液压千斤顶。同时，其特殊的设计结构也使得其拥有较高的耐用性和可靠性，可以承受较强的轴向负载。

除了平面轴承支撑平盘外，整个工装的基座也非常重要。平面轴承底座作为整个工装的基础，不仅要保证稳定性，同时还需满足一定的承重能力，以确保工装在使用时不会出现松动或抖动等情况。同时，平面轴承底座还需要具备防滑的性能，以保证工作过程中的平稳和安全。

3.2 升降部分

升降部分是整个设计不可或缺的部分，使设备稳定、安全地上下位移。该工装设计中使用液压千斤顶作为升降部分，是保障设备安全和可靠性的重要组成部分。

液压千斤顶是一种通过液体传递压力，提升和支撑重物的工具。相比于传统的机械千斤顶，液压千斤顶具有很多优势。首先，液压千斤顶升降平稳，没有明显的抖动。这是因为液压系统使用的是温和的液体力量，而非机械力传导方式，使得升降过程平稳而且流畅。

液压千斤顶的安全性高。机械千斤顶在升降大件物品时，容易造成卡顿或者损坏，不仅会损坏千斤顶本身，还会造成人员伤害。而液压千斤顶升降平衡，使用中不容易出现意外情况，大大降低了工作过程中的风险。

液压千斤顶是一种液体压缩装置，通过压缩液体来实现物体的升降，其主要由液压缸、液压泵、油箱等组成。当液压泵抽取油液时，液体会被送入液压缸，液压缸内的活塞会被推动，从而实现升降设备的移动。

相比于传统的机械升降方式，液压千斤顶具有升降平稳、负荷能力大等优点，其升降效率和安全性也更高。

4 设计使用流程和效果

微调工装使用效果如图3 所示，设备的安装对接是一个比较复杂的过程，需要采用一定的工具和工装来辅助完成。微调工装可以细微地调节设备的位置和方向，从而实现设备安装的精准对接。现场应用时准备好4 套微调工装，合理地布置在设备四周。

图3 微调工装使用效果图

设备安装是生产工艺中重要的一部分，对于安装的准确性和精度要求十分高。设备的垂直和水平度是直接影响设备运转和使用效果的因素，因此对安装要求十分严格。

在设备安装前，需要将设备准备好。首先需要检查设备的各项参数和部件是否齐全，并清理设备表面及内部。

设备安装时，首先需要进行千斤顶调节。使用液压千斤顶进行调节，将设备调整至水平，并将其调节至安装高度。通过调节千斤顶，可以使设备达到水平状态，为接下来的调节做好准备。

通过微调工装上的调节螺钉来调整设备的横向和纵向位移。在调节过程中，首先需要进行初步调整，将设备控制在一个大致的安装空位，然后通过不断地调整调节螺钉，使设备精准地到达安装位置。通过反复的调节，可以使设备满足安装对接的要求，从而保证安装的准确性和精度。

值得注意的是，设备安装过程中也需要考虑到安全因素，保障工作人员的人身安全。在调整设备时，需要确定好支撑点，并检查好设备的安装和牢固程度，确保不会发生设备倾倒或者脱落等紧急状态。

设备安装完成后，还要进行验收和调试工作，确保设备的各项指标均达到设计要求，并使其能够正常运转。只有在设备安装过程中严格按照流程操作，并认真对待每一个细节，才能将设备安装好，并保证设备的良好运行。

在实际操作中，要注意微调工装的调节方向和力度，避免过度调节或者调节不到位的情况。同时，还需要及时检查设备的位置和方向是否正确，以确保设备安装的质量和安全。只有在精心的准备和严谨的操作下，才能完成设备安装对接任务，为后续工作提供良好的基础。

5 结束语

在现代工业制造中，大型精密设备的装配是一个非常重要的工艺环节。精密设备的装配需要高度精确和可靠，即便是微小的差错也会对设备的运行产生不良影响。因此，提高大型精密设备的装配可靠性是企业必须面对并努力解决的问题。

本文所述的工装设计，可以为大型精密设备之间的装配过程提供可靠的帮助。正确使用工装，必须在工装设计时考虑要处理的材料和加工精度，选择合适的工装形式和加工工艺，以此来确保工装能够准确地定位和固定设备各部件。

在日新月异的发展时代，使用高效的工装设计方案来提升大型精密设备之间的装配质量是非常重要的。通过不断积累工装设计方案的实践经验，可以提高工装设计的准确性和可靠性，从而更好更快地解决大型精密设备装配中的问题。

工装设计是制造过程中的一项重要任务，为大型精密设备之间的装配提供可靠的解决方案。在现代制造过程中，工装设计与工艺流程密切相关。通过科学优化的工装设计，不仅可以降低制造成本、提高制造效率，而且可以提高制造产品的质量和精度，从而更好地满足客户的需求。

工装设计不仅仅是简单的制造一个设施，更是考虑到整个生产过程中的各种因素，包括物料的处理、设备的使用和运行维护等。因此，工业制造企业需要积极推进工装设计的研发和创新，以满足市场的需求。只有在这样的工作环境下，在制造业的道路上开拓出更广阔的未来之路，才能取得更好的发展和进步。

综上所述，在工业制造企业，工装设计是非常重要的工作内容。通过工艺流程全面考虑，科学优化工装设计可以降低制造成本、提高制造效率，从而实现产品的高品质和精度。因此，企业应积极推进工装设计的研发和创新，在制造业的道路上探索更广阔的未来之路。