一種超精密低速滾珠絲杠直線進給裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于滾珠絲杠直線進給裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超精密低速滾珠絲杠直線進給裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超精密加工技術(shù)作為現(xiàn)代高科技發(fā)展的重要支撐，是衡量一個國家科技水平的重要標(biāo)志，在IC制造、航天航空與核武器制造等領(lǐng)域發(fā)揮著極為重要的作用。隨著航空航天、高精密儀器儀表、慣導(dǎo)平臺、光學(xué)和激光等技術(shù)的迅速發(fā)展和多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對各種高精度復(fù)雜零件、光學(xué)零件、高精度平面、曲面和復(fù)雜形狀的加工需求日益迫切。
[0003]金剛石飛切機床是加工光學(xué)零件的重要裝備，其在加工面形精度及表面粗糙度要求很高的零件時(如KDP晶體)，需要直線進給裝置不僅定位精度高，而且在大行程微動運行過程中速度穩(wěn)定。然而切削實驗表明，由于速度的波動導(dǎo)致了面形精度較低，導(dǎo)致該問題的主要原因是直線進給裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計未能滿足設(shè)計要求。在超精密加工機床中，直線進給裝置對機床的最終加工精度起著決定性的影響，高精度高可靠性的直線進給裝置一直是超精密機床的一個研究重點。因此，必須對超精密低速直線進給裝置進行合理設(shè)計，保證良好的低速運行平穩(wěn)性，最終保證機床的加工精度。
[0004]目前，超精密機床使用的直線進給裝置主要有直線電機驅(qū)動和滾珠絲杠傳動。直線電機具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)性能高的優(yōu)點，在國內(nèi)工業(yè)中已廣泛應(yīng)用，但在低速進給傳動中的應(yīng)用還不太普遍，在此環(huán)境下，主要采用永磁式直線電機，但其存在著磁場強、退磁、裝配和拆卸不方便、直接驅(qū)動易引入振動而使裝置的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差等不足，降低了直線進給裝置的低速平穩(wěn)性。在采用滾珠絲杠的直線進給裝置中，由于配有精密在線檢測裝置作為進給量的檢測和反饋，很大程度上可消除了絲杠的積累誤差;在采用CO級滾珠絲杠的閉環(huán)控制裝置中，可以實現(xiàn)1nm的定位精度。利用滾珠絲杠的微小彈性變形原理，能夠?qū)崿F(xiàn)納米分辨率的進給，可以滿足大多數(shù)超精密加工的需要。
[0005]綜合考慮直線電機驅(qū)動和滾珠絲杠驅(qū)動形式的直線進給裝置的特點，擬選用滾珠絲杠形式的直線進給裝置作為微動特性研究的載體，設(shè)計滾珠絲杠驅(qū)動的直線進給裝置。合理的超精密低速直線進給裝置不僅可以解決單點金剛石飛切機床在動態(tài)精度保證方面所存在的問題，相應(yīng)的理論研究方法和技術(shù)手段可以為更高性能的超精密機床的研發(fā)提供基礎(chǔ)，為形成超精密機床核心單元的動態(tài)性能分析、優(yōu)化、設(shè)計的裝置性方法提供可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種超精密低速滾珠絲杠直線進給裝置。
[0007]—種超精密低速滾珠絲杠直線進給裝置，包括導(dǎo)軌基座I，導(dǎo)軌基座I上設(shè)有導(dǎo)軌，工作臺18架設(shè)在導(dǎo)軌上;導(dǎo)軌基座I的中部固定有滾珠絲杠6，所述滾珠絲杠6的固定端通過聯(lián)軸器9與伺服電機10連接，浮動端通過支撐單元進行支撐;滾珠絲杠6上安裝有絲杠螺母13，所述絲杠螺母13與工作臺18連接;其中，
[0008]導(dǎo)軌基座I為U型，其一側(cè)的上部由下至上依次設(shè)有第一側(cè)面導(dǎo)軌2和第一上側(cè)導(dǎo)軌4，另一側(cè)的上部由下至上依次設(shè)有第二側(cè)面導(dǎo)軌3和第二上側(cè)導(dǎo)軌5，且導(dǎo)軌基座I的左右兩側(cè)相互平行、等高，第一側(cè)面導(dǎo)軌2和第二側(cè)面導(dǎo)軌3相互平行、等高，第一上側(cè)導(dǎo)軌4和第二上側(cè)導(dǎo)軌5相互平行、等高；導(dǎo)軌基座1、第一側(cè)面導(dǎo)軌2和第一上側(cè)導(dǎo)軌4在一側(cè)形成U型導(dǎo)軌槽，導(dǎo)軌基座1、第二側(cè)面導(dǎo)軌3和第二上側(cè)導(dǎo)軌5在另一側(cè)形成U型導(dǎo)軌槽，工作臺18的兩側(cè)嵌入兩個U型導(dǎo)軌槽內(nèi)，從而將工作臺18架設(shè)在各導(dǎo)軌上；
[0009]滾珠絲杠6與各導(dǎo)軌平行，其上安裝有絲杠螺母13，所述絲杠螺母13上固定套裝有絲杠螺母座14，絲杠螺母座14通過柔性鉸鏈彈性聯(lián)接機構(gòu)16與工作臺18連接；
[0010]所述柔性鉸鏈彈性聯(lián)接機構(gòu)16包括位于內(nèi)部的方形結(jié)構(gòu)剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19和位于外部的框型結(jié)構(gòu)剛性聯(lián)接外平臺20，所述剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19和剛性聯(lián)接外平臺20之間通過柔性鉸鏈單元連接;絲杠螺母座14與剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19連接，剛性聯(lián)接外平臺20與工作臺18連接，從而實現(xiàn)絲杠螺母13與工作臺18之間的連接。
[0011]所述剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19的右側(cè)和剛性聯(lián)接外平臺20的右側(cè)之間通過第一柔性鉸鏈單元和第二柔性鉸鏈單元連接;所述剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19的下側(cè)和剛性聯(lián)接外平臺20的下側(cè)之間通過第三柔性鉸鏈單元和第四柔性鉸鏈單元連接;所述剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19的左側(cè)和剛性聯(lián)接外平臺20的左側(cè)之間通過第五柔性鉸鏈單元和第六柔性鉸鏈單元連接;所述剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19的上側(cè)和剛性聯(lián)接外平臺20的上側(cè)之間通過第七柔性鉸鏈單元和第八柔性鉸鏈單元連接;這些柔性鉸鏈單元關(guān)于剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19的橫軸成上下對稱分布，并關(guān)于剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19的縱軸成左右對稱分布。
[0012 ]所述第一柔性鉸鏈單元、第二柔性鉸鏈單元、第三柔性鉸鏈單元、第四柔性鉸鏈單元、第五柔性鉸鏈單元、第六柔性鉸鏈單元、第七柔性鉸鏈單元和第八柔性鉸鏈單元分別由2?3個平行分布的直梁型柔性鉸鏈組成。
[0013]所述第一柔性鉸鏈單元、第二柔性鉸鏈單元、第五柔性鉸鏈單元和第六柔性鉸鏈單元的柔性鉸鏈尺寸相同且平行分布;所述第三柔性鉸鏈單元、第四柔性鉸鏈單元、第七柔性鉸鏈單元和第八柔性鉸鏈單元的柔性鉸鏈尺寸相同且平行分布;且第一柔性鉸鏈單元、第二柔性鉸鏈單元、第五柔性鉸鏈單元和第六柔性鉸鏈單元的柔性鉸鏈的尺寸略大于第三柔性鉸鏈單元、第四柔性鉸鏈單元、第七柔性鉸鏈單元和第八柔性鉸鏈單元的柔性鉸鏈的尺寸。
[0014]所述柔性鉸鏈彈性聯(lián)接機構(gòu)16采用航空鋁材一體加工成型。
[0015]各導(dǎo)軌均為氣浮導(dǎo)軌，能夠減小工作臺18移動過程中的摩擦和波動。
[0016]導(dǎo)軌基座1、側(cè)面導(dǎo)軌、上側(cè)導(dǎo)軌和工作臺18均采用大理石材料。
[0017]所述滾珠絲杠6的固定端通過絲杠固定端支撐座8進行支撐，并伸出絲杠固定端支撐座8與伺服電機10連接;浮動端通過絲杠浮動端支撐座7進行支撐;其中，絲杠浮動端支撐座7通過支座支撐板11固定在導(dǎo)軌基座I的一端，伺服電機10通過電機支撐座12固定在導(dǎo)軌基座I的另一端，絲杠固定端支撐座8固定在導(dǎo)軌基座I上，位于伺服電機10內(nèi)側(cè)。
[0018]所述絲杠螺母座14通過螺母聯(lián)接板15與剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19連接，剛性聯(lián)接外平臺20通過工作臺聯(lián)接板17與工作臺18連接。
[0019]上述一種超精密低速滾珠絲杠直線進給裝置的工作方法為，伺服電機10驅(qū)動滾珠絲杠6轉(zhuǎn)動，帶動絲杠螺母13運動，絲杠螺母13通過柔性鉸鏈彈性機構(gòu)16帶動工作臺18沿著各導(dǎo)軌低速平穩(wěn)運動；
[0020]伺服電機10驅(qū)動工作臺18平動過程中，絲杠螺母13帶動柔性鉸鏈彈性機構(gòu)16內(nèi)部的的剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19移動，剛性聯(lián)接內(nèi)平臺19通過各柔性鉸鏈單元帶動剛性聯(lián)接外平臺20移動，從而由柔性鉸鏈彈性機構(gòu)16帶動工作臺18低速平穩(wěn)運動;采用柔性鉸鏈彈性機構(gòu)16能夠有效降低因滾珠絲杠6彎曲對工作臺18運動直線度的影響。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
[0022]1.本發(fā)明所述的一種超精密低速滾珠絲杠直線進給裝置，可以實現(xiàn)超低速平穩(wěn)直線運動，能夠滿足金剛石飛切機床加工光學(xué)零件的要求，適合加工面型精度和表面粗糙度要求很高的KDP晶體；
[0023]2.本發(fā)明所述的超精密氣浮直線進給裝置，采用氣浮導(dǎo)軌進行支撐，工作臺與側(cè)面導(dǎo)軌、上側(cè)導(dǎo)軌之間通過合理布置氣孔的位置，設(shè)計氣孔的大小，能夠減小工作臺移動過程中的摩擦和波動，為工作臺的低速平穩(wěn)運動提供了穩(wěn)定支撐；
[0024]3.本發(fā)明所述的超精密氣浮直線進給裝置，采用柔性鉸鏈彈性聯(lián)接機構(gòu)連接滾珠絲杠螺母副與工作臺。柔性鉸鏈彈性聯(lián)接機構(gòu)的內(nèi)部框架部分與絲杠螺母副連接，外部框架部分和工作臺連接，可以有效降低滾珠絲杠彎曲對工作臺運動直線度的影響。
[0025]4.本發(fā)明所述的柔性鉸鏈彈性聯(lián)接機構(gòu)，以直梁型柔性鉸鏈單元為基礎(chǔ)，采用直梁形柔性鉸鏈的平行組合形式進行機構(gòu)布置，對稱分布。該彈性機構(gòu)簡單緊湊，可以采用線切割或銑削的方法一次性加工完成，能夠省去裝配中可能存在的問題，無摩擦，無間隙，免于潤滑。
【附圖說明】
[0026]圖1為一種超精密低速滾珠絲杠直線進給裝置示意圖；
[0027]圖2為柔性鉸鏈彈性聯(lián)接機構(gòu)示意圖。
[0028]標(biāo)號說明:1-導(dǎo)軌基座，2-第一側(cè)面導(dǎo)軌，3-第二側(cè)面導(dǎo)軌，4-第一上側(cè)導(dǎo)軌，5-第二上側(cè)導(dǎo)軌，6-滾珠絲杠，7-絲杠浮動端支撐座，8-絲杠固定端支撐座，9-聯(lián)軸器，10-伺服電機，11-支座支撐板，12-電機支撐座，13-絲杠螺母，14-絲杠螺母座，15-螺母聯(lián)接板，16-柔性鉸鏈彈性聯(lián)接機構(gòu)，17-工作臺聯(lián)接板，18-工作臺，19-剛性聯(lián)接內(nèi)平臺，20-剛性聯(lián)接外平臺，21-第一柔性鉸鏈，22-第二柔性鉸鏈，23-第三柔性鉸鏈，24-第四柔性鉸鏈，25-第五柔性鉸鏈，26-第六柔性鉸鏈，27-第七柔性鉸鏈，28-第八柔性鉸鏈，29-第九柔性鉸鏈，30-第十柔性鉸鏈，31-第^^一柔性鉸鏈，32-第十二柔性鉸鏈，33-第十三柔性鉸鏈，34-第十四柔性鉸鏈，35-第十五柔性鉸鏈，36-第十六柔性鉸鏈。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0030]如圖1所示，超精密低速滾珠絲杠直線進給裝置的結(jié)構(gòu)是:導(dǎo)軌基座I為U型，其一側(cè)的上部由下至上依次設(shè)有第一側(cè)面導(dǎo)軌2和第一上側(cè)導(dǎo)軌4，另一側(cè)的上部由下至上依次設(shè)有第二側(cè)面導(dǎo)軌3和第二上側(cè)導(dǎo)軌5，且導(dǎo)軌基座I的左右兩側(cè)相互平行、等高，第一側(cè)面導(dǎo)軌2和第二側(cè)面導(dǎo)軌3相互平行、等高，第一上側(cè)導(dǎo)軌4和第二上側(cè)導(dǎo)軌5相互平行、等高。導(dǎo)軌基座1、第一側(cè)面導(dǎo)軌2和第一上側(cè)導(dǎo)軌4在一側(cè)形成U型導(dǎo)軌槽，導(dǎo)軌基座1、第二側(cè)面導(dǎo)軌3和第二上側(cè)導(dǎo)軌5在另一側(cè)形成U型導(dǎo)軌槽，工作臺18的兩側(cè)嵌入兩個U型導(dǎo)軌槽內(nèi)，從而將工作臺18架設(shè)在各導(dǎo)軌上。各導(dǎo)軌均為氣浮導(dǎo)軌，通過合理布置各氣浮導(dǎo)軌上氣孔的位置，設(shè)計氣孔的大小，控制氣流的壓力，能夠減小工作臺18移動過程中的摩擦和