專(zhuān)利名稱(chēng)：一種宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密數(shù)控機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大回轉(zhuǎn)范圍(如180度、360度以上)、全載荷(包括FX、FZ、 Fy的三項(xiàng)力及Mx、MY、Mz的三項(xiàng)矩，共六項(xiàng)全載荷)的精密超精密數(shù)控回轉(zhuǎn)機(jī)械需求越來(lái)越多，如超精密回轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)械、超精密回轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)械、超精密回轉(zhuǎn)加工機(jī)械等精密回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的工作精度已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入ΙΟ—1 10_3角秒(1角秒，即1 “約為0. 00028度)級(jí)，因此角秒 微角秒級(jí)的精密和超精密數(shù)控回轉(zhuǎn)機(jī)械成為高端數(shù)控機(jī)械的重要發(fā)展方向之一。超精密級(jí)數(shù)控機(jī)械的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、導(dǎo)軌裝置對(duì)其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度影響很大。提高大回轉(zhuǎn)范圍、全載荷精密超精密數(shù)控回轉(zhuǎn)機(jī)械精度的有效途徑之一是采用宏驅(qū)動(dòng)和微驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的宏微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由宏驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)大回轉(zhuǎn)范圍回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由微驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)角秒 微角秒級(jí)精密和超精密回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的宏驅(qū)動(dòng)一般采用機(jī)電結(jié)合模式(由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪或蝸輪機(jī)械傳動(dòng))帶動(dòng)輸出軸回轉(zhuǎn)；另一種是采用力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)模式(將力矩電機(jī)(大力矩的伺服電機(jī))的轉(zhuǎn)子與輸出軸合為一體，定子與殼體合為一體，實(shí)現(xiàn)無(wú)任何中間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié) (即零傳動(dòng))的直接驅(qū)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的微驅(qū)動(dòng)一般采用壓電致動(dòng)器或磁致伸縮致動(dòng)器等微致動(dòng)器，通過(guò)微致動(dòng)器的伸縮(直線運(yùn)動(dòng))、柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)驅(qū)使微動(dòng)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)。宏微驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方式為宏驅(qū)動(dòng)和微驅(qū)動(dòng)串聯(lián)方式，微驅(qū)動(dòng)的輸入端與宏驅(qū)動(dòng)的輸出端(可稱(chēng)為宏動(dòng)回轉(zhuǎn)體)連接，微驅(qū)動(dòng)的輸出端(微動(dòng)回轉(zhuǎn)體)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)連接。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的外載荷(包括工作載荷和重力載荷)一般包括Fx、FY、Fz三項(xiàng)力及 Mx、MY、Mz三項(xiàng)矩六項(xiàng)全載荷，其中回轉(zhuǎn)方向的外載荷禮由宏微驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)承受，其余外載荷 FX、FY、FZ&MX、MY*導(dǎo)軌副承受?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度(可用偏差描述)也有六項(xiàng)ex、ey、 ez、e0x、e0y、e0z，其中回轉(zhuǎn)方向的精度e0z取決于微驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其余五項(xiàng)精度(可用導(dǎo)向誤差ex、ey、ez、e0x、e0y表示)取決于導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度。目前的宏微驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置的主要結(jié)構(gòu)是僅在宏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的宏動(dòng)回轉(zhuǎn)體與宏動(dòng)殼體之間設(shè)置回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌(用軸承作回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌)。現(xiàn)有技術(shù)存在的不足有(1)微致動(dòng)器的直線運(yùn)動(dòng)沒(méi)有導(dǎo)向裝置，將影響微動(dòng)的運(yùn)動(dòng)精度(直線運(yùn)動(dòng)同樣也有&、 、^、^!￡、^,、^2共六項(xiàng)誤差)；(2)由于微致動(dòng)器沒(méi)有導(dǎo)向裝置，微驅(qū)動(dòng)器將會(huì)承受三項(xiàng)力及三項(xiàng)矩六項(xiàng)載荷，而微驅(qū)動(dòng)器采用壓電致動(dòng)器時(shí)， 壓電致動(dòng)器不宜承受橫向力和力矩，將影響微致動(dòng)器的工作性能；(3)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與宏動(dòng)回轉(zhuǎn)體之間沒(méi)有設(shè)置回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的六項(xiàng)全載荷全部要通過(guò)微驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞，因此回轉(zhuǎn)工作臺(tái)不能承受大的全載荷，除了驅(qū)動(dòng)力矩Mz取決于微壓電致動(dòng)器的選擇外，只適合無(wú)&不不及仏為載荷或?yàn)槲⑿≥d荷場(chǎng)合應(yīng)用；(4)除了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向的精度取決于微驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)外，其余五項(xiàng)精度取決于宏動(dòng)回轉(zhuǎn)體與宏動(dòng)殼體之間的導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度，而宏動(dòng)導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度有限，因此制約了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的其他五項(xiàng)精度的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)向精度不高、不能承受大的全載荷的問(wèn)題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，包括在底座的上表面固定安裝有力矩電機(jī)的殼體和軸承殼體，軸承殼體上端的內(nèi)沿臺(tái)階上套接有軸承，軸承的內(nèi)環(huán)與中間回轉(zhuǎn)體套接，中間回轉(zhuǎn)體的下端與軸承內(nèi)環(huán)壓蓋連接；軸承內(nèi)環(huán)壓蓋的下端外沿設(shè)置有圓光柵；力矩電機(jī)的殼體上表面設(shè)置有連接件，連接件的下端與力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固定連接，連接件和中間回轉(zhuǎn)體同時(shí)與微動(dòng)機(jī)構(gòu)下端連接，微動(dòng)機(jī)構(gòu)上端面與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)固定連接。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)設(shè)置直線運(yùn)動(dòng)變形導(dǎo)軌，壓電致動(dòng)器直線運(yùn)動(dòng)精度提高、受力狀況轉(zhuǎn)好；具有總閉環(huán)控制，既可宏、微單獨(dú)控制(微動(dòng)時(shí)宏動(dòng)停止，宏動(dòng)時(shí)微動(dòng)停止)，又可高精度地宏、微聯(lián)動(dòng)控制；宏、微結(jié)合實(shí)現(xiàn)大回轉(zhuǎn)范圍(360度以上)的精密定位， 實(shí)現(xiàn)大回轉(zhuǎn)范圍的高精度連續(xù)回轉(zhuǎn)控制；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與底座間設(shè)置了回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌，可以承受更大的全載荷；微動(dòng)機(jī)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線布置的柔性鉸可以對(duì)工作轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)精度。


圖1是本發(fā)明回轉(zhuǎn)裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的B-B截面俯視示意圖；圖3是本發(fā)明裝置中的中間回轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明裝置中的微動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.底座，2.力矩電機(jī)，3.軸承殼體，4.圓光柵，5.軸承內(nèi)環(huán)壓蓋，6.軸承， 7.軸承外環(huán)壓蓋，8.中間回轉(zhuǎn)體，9.連接件，10.微動(dòng)機(jī)構(gòu)，11.墊片，12.壓電致動(dòng)器， 13.回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，81.圓柱體，82.兩邊突起，83.凹槽，101.固定體，102.移動(dòng)體，103.回轉(zhuǎn)體，104.柔性鉸。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，就是一種力矩電機(jī)與壓電致動(dòng)器串聯(lián)宏微驅(qū)動(dòng)及柔性鉸變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置。如圖1、圖2所示，本發(fā)明的宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)是，包括在底座1 的上表面固定安裝有力矩電機(jī)2的殼體和軸承殼體3，軸承殼體3上端內(nèi)沿臺(tái)階上套接有軸承6，軸承6的外環(huán)上表面壓接有軸承外環(huán)壓蓋7，軸承6的內(nèi)環(huán)與中間回轉(zhuǎn)體8套接，中間回轉(zhuǎn)體8的下端與軸承內(nèi)環(huán)壓蓋5連接，軸承內(nèi)環(huán)壓蓋5和中間回轉(zhuǎn)體8固定連接并分別壓緊軸承6內(nèi)環(huán)的下、上表面，軸承外環(huán)壓蓋7與軸承殼體3固定連接且壓緊軸承6外環(huán)的上表面，并將軸承外環(huán)下表面與軸承殼體3的臺(tái)階面壓緊；軸承內(nèi)環(huán)壓蓋5的下端外沿設(shè)置有圓光柵4，圓光柵4的光柵尺固定安裝在軸承內(nèi)環(huán)壓蓋5上，圓光柵4的讀數(shù)頭固定安裝在軸承殼體3上，構(gòu)成宏微驅(qū)動(dòng)的總閉環(huán)控制；
力矩電機(jī)2的殼體上表面設(shè)置有連接件9，連接件9的下端與力矩電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸固定連接，連接件9和中間回轉(zhuǎn)體8同時(shí)與微動(dòng)機(jī)構(gòu)10下端連接。圖1也是圖2中的A-A截面圖。參照?qǐng)D3，中間回轉(zhuǎn)體8的結(jié)構(gòu)包括具有通孔的圓柱體81，圓柱體81的直徑兩邊設(shè)置有突起82，圓柱體81的通孔上端設(shè)置有凹槽83。參照?qǐng)D2、圖4，微動(dòng)機(jī)構(gòu)10包括一對(duì)固定體101和一對(duì)回轉(zhuǎn)體103，依次對(duì)稱(chēng)間隔排列在圓周，一對(duì)固定體101和一對(duì)回轉(zhuǎn)體103圍成的中間空間設(shè)置有移動(dòng)體102，在移動(dòng)體102內(nèi)腔設(shè)置壓電致動(dòng)器12，固定體101與連接件9的上端面固定連接；固定體101與移動(dòng)體102之間、以及移動(dòng)體102與回轉(zhuǎn)體103之間通過(guò)多個(gè)柔性鉸104連接；兩個(gè)回轉(zhuǎn)體 103下端面與中間回轉(zhuǎn)體8的上端兩邊突起82分別固定連接，回轉(zhuǎn)體103上端面與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13固定連接。連接件9設(shè)置在中間回轉(zhuǎn)體8的凹槽83中但不與凹槽83圓周接觸。軸承6作為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13與底座1之間的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌，回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌采用十字交叉滾子軸承、復(fù)合滾針軸承、靜壓軸承或氣浮軸承；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與底座間設(shè)置的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌，可以承受大的全載荷；柔性鉸可以對(duì)工作轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)精度。本發(fā)明的裝置，壓電致動(dòng)器的伸縮推動(dòng)微動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)體作微小直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)稱(chēng)于壓電致動(dòng)器軸線兩側(cè)布置的柔性鉸構(gòu)成直線運(yùn)動(dòng)的變形導(dǎo)軌，對(duì)壓電致動(dòng)器的直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向，提高微動(dòng)的運(yùn)動(dòng)精度和避免(或減少)壓電致動(dòng)器承受橫向力和力矩；對(duì)稱(chēng)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線布置的柔性鉸一方面將壓電致動(dòng)器和與其固定連接的微動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)體的微小直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲?dòng)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)體和與其固定連接的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的微小回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差(ex、ey、ez、e0x、e0y)進(jìn)行補(bǔ)償，提高回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)精度。
權(quán)利要求
1.一種宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，包括在底座(1)的上表面固定安裝有力矩電機(jī)(2)的殼體和軸承殼體(3)，軸承殼體(3)上端的內(nèi)沿臺(tái)階上套接有軸承 (6)，軸承(6)的內(nèi)環(huán)與中間回轉(zhuǎn)體⑶套接，中間回轉(zhuǎn)體⑶的下端與軸承內(nèi)環(huán)壓蓋(5) 連接；軸承內(nèi)環(huán)壓蓋(5)的下端外沿設(shè)置有圓光柵(4)；力矩電機(jī)(2)的殼體上表面設(shè)置有連接件(9)，連接件(9)的下端與力矩電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)軸固定連接，連接件(9)和中間回轉(zhuǎn)體(8)同時(shí)與微動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)下端連接，微動(dòng)機(jī)構(gòu)(10) 上端面與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(13)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，所述的中間回轉(zhuǎn)體(8)，包括具有通孔的圓柱體(81)，圓柱體(81)的直徑兩邊設(shè)置有突起(82)，圓柱體 (81)的通孔上端設(shè)置有凹槽(83)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，所述的微動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)的結(jié)構(gòu)是，包括一對(duì)固定體(101)和一對(duì)回轉(zhuǎn)體(103)依次對(duì)稱(chēng)間隔排列在圓周，一對(duì)固定體(101)和一對(duì)回轉(zhuǎn)體(103)圍成的中間空間設(shè)置有移動(dòng)體(102)，在移動(dòng)體 (102)內(nèi)腔設(shè)置壓電致動(dòng)器(12)，固定體(101)與連接件(9)的上端面固定連接；固定體 (101)與移動(dòng)體(102)之間、以及移動(dòng)體(102)與回轉(zhuǎn)體(103)之間通過(guò)多個(gè)柔性鉸(104) 連接；兩個(gè)回轉(zhuǎn)體(103)下端面與中間回轉(zhuǎn)體(8)的上端兩邊突起(82)分別固定連接，回轉(zhuǎn)體(103)上端面與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(13)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，所述的圓光柵(4)的光柵尺固定安裝在軸承內(nèi)環(huán)壓蓋(5)上，圓光柵(4)的讀數(shù)頭固定安裝在軸承殼體⑶上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，所述的軸承 (6)作為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(13)與底座(1)之間的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌，采用十字交叉滾子軸承、復(fù)合滾針軸承、靜壓軸承或氣浮軸承。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種宏微驅(qū)動(dòng)變形導(dǎo)軌精密回轉(zhuǎn)裝置，包括在底座的上表面固定安裝有力矩電機(jī)的殼體和軸承殼體，軸承殼體上端內(nèi)沿臺(tái)階上套接有軸承，軸承的內(nèi)環(huán)與中間回轉(zhuǎn)體套接，中間回轉(zhuǎn)體的下端與軸承內(nèi)環(huán)壓蓋連接；軸承內(nèi)環(huán)壓蓋的下端外沿設(shè)置有圓光柵；力矩電機(jī)的殼體上表面設(shè)置有連接件，連接件的下端與力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固定連接，連接件和中間回轉(zhuǎn)體同時(shí)與微動(dòng)機(jī)構(gòu)下端連接，微動(dòng)機(jī)構(gòu)上端面與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)固定連接。本發(fā)明的裝置，通過(guò)設(shè)置直線運(yùn)動(dòng)變形導(dǎo)軌，壓電致動(dòng)器微動(dòng)精度高、受力狀況好；可高精度地宏、微聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)大回轉(zhuǎn)范圍的高精度連續(xù)回轉(zhuǎn)控制。
文檔編號(hào)H02N2/02GK102501226SQ20111033507
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者侯文峰, 劉同慶, 呂維剛, 張廣鵬, 楊新剛, 楊滿(mǎn)芝, 黃玉美 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)